b. Công nghệ RCH/RP Khí
2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ đã chọn
Nguyên liệu đầu là: propylen và khí tổng hợp. Khí tổng hợpở bể chứa (2) được nén tới áp suất cần thiết của phản ứng ( P =4-6 Mpa). Khi nén áp suất tăng thì nhiệt độ cũng tăng theo, sau đó được chia làm 2 phần: một phần đưa vào đáy thiết bị hydroformyl hóa dạng cánh khuấy (4) để thực hiện phản ứng Hydroformyl hóa, một phần đưa vào đáy của tháp chưng cất tách phần nhẹ (11) để cấp nhiệt bay hơi lượng propylen hòa tan còn trong pha lỏng. Propylen mới ở bể chứa (1) được nén tới áp suất cần thiết của phản ứng kết hợp với dòng khí từ đỉnh tháp chưng cất tách phần nhẹ (11) và tháp tách 2 pha (12) ( dòng khí này có chứa H2, CO, Propylen chưa phản ứng) được đưa vào đáy lò phản ứng dạng cánh khuấy (4). Dung dịch xúc tác HRhCO(TPPTS)3(Rhodium carbonyl tri-triphenyl phosphine trisunfuanate trong nước đã được tái sinh từ thiết bị tái sinh(8), có bổ sung xúc tác mới từ bể chứa xúc tác(10), gia nhiệt, sau đó được bơm lên và tưới vào đỉnh tháp hydroformyl hóa (4). Khi pha khí ( nguyên liệu ) sục vào pha
lỏng (xúc tác), tiếp xúc pha với nhau xảy ra phản ứng hydroformyl hóa propylen tạo thành sản phẩm n,iso butanal ( iso-butanal là sản phẩm chính), nhờ có hệ thống khuấy trộn liên tục làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, do đó làm tăng tốc độ phản ứng. Điều kiện phản ứng ở nhệt độ khoảng 110º C-130ºC, áp suất 4-6Mpa, phản ứng tỏa nhiệt ∆H<0. Và một số phản ứng phụ khác như hydro hóa sản phẩm tạo rượu iso,n- butanol, nguyên liệu tạo propan,ngưng tụ aldol tạo sản phẩm 2-etyl-hexanal, 2-etyl- hexanol………. Thiết bị phản ứng hydroformyl hóa là dạng cánh khuấy có bố trí hệ thống ống xoắn ruột gà phía trong thiết bị kết hợp với vỏ bọc ngoài để tách nhiệt phản ứng kết hợp. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị: nhờ hệ thống cánh khuấy dạng mái chèo khuấy trộn đồng đều hỗn hợp phản ứng trong toàn thể tích của thiết bị làm cho phản ứng xảy ra dễ dàng hơn.Chất tải nhiệt ở đây là nước vì nhiệt phản ứng tỏa ra không lớn lắm. Sau phản ứng hỗn hợp khí-lỏng ( khí:CO, H2, propan,propylen; lỏng: n,iso-butanal và hỗn hợp ancol là n,iso-butanol, 2-etyl-hexanol) được hút ra ở cạnh sườn tháp nhờ bơm ly tâm (10) sau đó đi qua thiết bị làm mát (5) là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, hỗn hợp sản phẩm đi trong ống và được làm mát bằng nước lạnh, nhiệt độ giảm xuống và sau đó qua van tiết lưu (6) khi đó nhiệt độ tiếp tục giảm xuống dẫn đến độ hòa tan của các cấu tử nhẹ ( propan, propylen) trong pha lỏng giảm thì các cấu tử nhẹ này sẽ tách ra nằm ở dạng khí, hỗn hợp tiếp tục đưa vào tháp tách 3 pha. Ở đây khí (CO, H2, propan, propylen) được tách ra trên đỉnh tháp, 2 pha lỏng là pha hữu cơ và pha xúc tác cũng được tách ra. Pha xúc tác thì đi tái sinh và bổ sung xúc tác mới quay lại thiết bị phản ưng chính(4). Còn pha khí (có thể có một phần sản phẩm lỏng bị cuốn theo) kết hợp với dòng khí lấy từ đỉnh tháp phản ứng (4) (dòng khí này gồm CO, H2, propylen chưa phản ứng, propan, n và iso butanal ở dạng hơi) được làm mát thì n,iso-butanal ngưng tụ và qua van tiết lưu thì áp suất giảm thì khí và lỏng được tách ra khỏi nhau và đưa hỗn hợp vào tháp tách 2 pha (12) thì khí và lỏng được tách ra. Pha khí bao gồm CO , H2 và Propylenvà một lượng nhỏ propan lấy ra ở đỉnh, 1 phần quay lại kết hợp với dòng khí từ tháp (11) rồi nén rồi trở về thiết bị phản ứng (4), một phần xả ra ngoài. Dòng lỏng là các n,iso butanal sẽ được lấy ra ở dưới đáy đưa vào tháp chưng (15). Pha hữu cơ từ tháp tách (7) (n, iso-butanal, propylen hòa tan và 1
số sản phẩm phụ như ancol và sản phẩm của quá trình ngưng tụ aldol) được đưa vào đỉnh tháp chưng cất tách phần cất nhẹ (11) và đáy là dòng khí CO, H2 đã được nén. Ở đây chỉ xảy ra quá trình cất nhẹ để tách propylen hòa tan trong lỏng, khí thoát ra trên đỉnh tháp là hỗn hợp CO, H2, propylen quay lại thiết bị phản ứng (4) còn dòng lỏng được lấy ra ở đáy tháp ( n,iso-butabal và các sản phẩm nặng) đưa qua tháp chưng (15). Tháp chưng cất tách phần nhẹ sử dụng tháp đệm. Người ta sử dụng nhiệt của phản ứng chính trong thiết bị (4) để gia nhiệt cho phần lỏng ( n, iso-butabal và các sản phẩm nặng) trước khi đưa vào tháp chưng (15). Ở tháp chưng này đỉnh tháp thu được iso butanal đem đi làm lạnh một phần cho hồi lưu lại trên đỉnh tháp, 1 phần lấy ra đưa vào bồn chứa (17). Còn dưới đáy là n-butanal và các sản phẩm nặng. Một phần dùng để gia nhiệt đun sôi đáy tháp quay lại tháp, 1 phần đưa sang tháp chưng (19). Ở đây đỉnh tháp thu được n-butanal cũng làm lạnh, ngưng tụ, hồi lưu 1 phần còn 1 phần lấy ra đưa vào bồn chứa (20).Đáy tháp là các sản phẩm nặng đưa vào bồn chứa (21).