Quá trình oxi hoá p- xylen thành axit terephtalic (PTA) được trình bày ở hình 1.11 [25].
Hình 1.11. Cơ chế của quá trình oxy hoá chọn lọc p- xylen
p- xylen dưới tác dụng của xúc tác một nhóm metyl bị oxi hóa tạo thành chất 4- metyl benzaldehyde, sau đó chất này tiếp tục bị oxi hóa nhóm –CHO thành axit
4 – metyl benzoic. Quá trình oxi hóa nhóm metyl thứ hai của p- xylen tiếp tục xảy ra, cuối cùng ta thu được axit terephtalic. Tuy nhiên, trong quá trình oxi có cho ta rất nhiều sản phẩm phụ như toluen, benzen, 1,4 benzo quinon, furan-2,5-dione maleic axit.
Nhưng theo A. Cincotti và cộng sự [26] thì quá trình oxi hoá p-xylen lại xảy ra theo cơ chế khác (hình 1.12):
Hình 3.12. Cơ chế quá trình oxi hoá xylen theo A. Cincotti
Nói chung, các quá trình chuyển hóa trên đều oxi hóa của p-xylen thành axit terephtalic qua trung gian là các hợp chất benzandehit. Quá trình này được thể hiện một cách tổng quát qua sơ đồ dưới đây:
Hình 3.13. Sơ đồ chuyển hóa trong quá trình oxi hóa p-xylen thành axit terephtalic
1.7.2.4. Động học quá trình oxi hóa p- xylen
Phản ứng oxy hoá p- xylen tuân theo cơ chế Mars-van Krevelen. Phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Hydrocacbon từ pha khí sẽ tương tác với bề mặt đã bị oxy hóa của xúc tác (tương tác với oxy mạng lưới) để tạo thành sản phẩm oxy hoá và khử xúc tác về trạng thái hoá trị thấp hơn.
- Giai đoạn 2: Bề mặt xúc tác sẽ bị oxy hoá lại bởi oxi trong pha khí.
Tốc độ của giai đoạn thứ nhất (vr) tỷ lệ với áp suất riêng phần của hydrocacbon (pRH) và phần bề mặt bị che phủ bởi oxi hoạt tính.
vr =k1.pRH. (1.20)
Trong đó : - vr: tốc độ của giai đoạn thứ nhất
- k1: hằng số cân bằng của phản ứng giai đoạn thứ nhất - pRH: áp suất riêng phần của hydrocacbon
Tốc độ của giai đoạn oxy hoá lại xúc tác tỷ lệ bậc n với áp suất riêng phần của oxi trong pha khí và tỷ lệ với phần bề mặt không bị che phủ bởi oxi hoạt tính.
vO2=k2.pO2n.(1- ) (1.21)
Trong đó: - vO2 : Tốc độ của giai đoạn oxi hóa lại xúc tác
-k2: hằng số cân bằng của phản ứng giai đoạn thứ hai
-pO2: áp suất riêng phần của oxi trong pha khí
- : bề mặt bị che phủ bởi oxi hoạt tính
Nếu gọi β là số phân tử oxi cần thiết để oxi hoá một phân tử hydrocacbon, trong điều kiện cân bằng ta có thể viết:
. k1. pRH. =k2.pO2n.(1- ) (1.22) Do vậy:
=k2.pO2n/( .k1.pRH + k2.pO2n) (1.23) Từ phương trình (1.20) và (1.23) ta có thể xác định được tốc độ quá trình như sau:
vr = 1/ (1/(k1.pRH + β / k2.pO2n )) (1.24)