بخشی از مقاله
چکیده
هیدرولیز متیل استات توسط آب و تولید اسید استیک و متانول از آن که موضوع این تحقیق میباشد، فرایندی است که طی انجام آن مادهای با ارزش اقتصادی پایین که به صورت محصول فرعی در واکنشهای تولید پلیوینیل الکل و ترفتالیک اسید تولید میشود، را به دو ماده ارزشمند پتروشیمی تبدیل مینماید. دراین مقاله روش فرایندی جدیدی که ضمن سهولت طراحی، منجر به کاهش هزینههای ثابت و عملیاتی میشود، ارائه میگردد.
استفاده از ظرف جمعآوری مایع برگشتی از چگالنده به عنوان راکتور واحد هیدرولیز، مبین مزایای فوق الذکر میباشد. در عین حال پارامترهای موثر بر کل فرایند شامل نسبت مولی آب به متیل استات در خوراک ، دمای منطقه واکنش گپ ، نسبت حجم خوراک ورودی به راکتور به حجم کاتالیست و نیز دمای ریبویلر در برج متیل استات، برای بهترین جداسازی بررسی و مقادیر بهینه گزارش گردیدهاند. کلیه نتایج با مقادیر محاسبه شده توسط نرم افزار شبیه ساز مطابقت بسیار خوبی دارد.
مقدمه
ترفتالیک اسید از محصولات استراتژیک پتروشیمی است که جهت تولید پلیاتیلن ترفتالات استفاده میشود و همچنین پلیوینیل الکل نیز محصول دیگری است که جهت تولید فیبر، فیلم، مواد اولیه چسبها و تهیه کاغذ مورد استفاده قرار میگیرد. در تولید هر دوی این مواد متیل استات به میزان زیادی به عنوان محصول فرعی تولید میشود که میتوان با هیدرولیز آن مواد ارزشمند اسید استیک و متانول را تولید نمود. این کار در واحدهای ترفتالیک اسید با برخی محدودیتها مواجه است، اما غیرممکن نیست ولی در واحدهای پلیوینیل الکل کاملاﹰ امکانپذیر و اساسا" ضروری است. شکل ١ شمایی از تولید پلی وینیل الکل و ارتباط آن با دو محصول فوقالذکر را نشان میدهد.
شکل ١- شمایی از فرایند تولید پلیوینیل الکل
مقدار متیل استات تولیدی در واحدهای تولید پلیوینیل الکل، به ازای یک کیلوگرم از این محصول حدود ٧/١-٥/١ کیلوگرم میباشد که مقدار بسیار قابل توجهی است. براساس واکنش هیدرولیز فوق الذکر:
مقدار تئوری ل حدود ٢٦% است، اما در روش فرایندی قدیم مقادیر ١٤/٠-١٢/٠ هم به سختی، حاصل میگردید ]١.[ درصورت انجام واکنش در یک راکتور بستر ثابت مقادیر زیادی از متیل استات واکنش نکرده که توسط ستونهای تقطیر از محصول واکنش جدا شدهاند، در سیستم چرخش میکند. بنابراین ظرفیت تولید در این روش، به مقداری مشخص محدود میشود و از طرف دیگر مصرف انرﮊی به طور قابل ملاحظهای بالا است.
استفاده از روش تقطیر واکنشی درحال حاضر روش مرسوم برای تبدیل هرچه بیشتر واکنشگرها در واکنشهای تعادلی است. میزان بازدهی فرآیند تقطیر واکنشی در مورد این واکنش به طور اصولی به فراریت نسبی واکنشگرها درمقایسه با محصولات واکنش بستگی دارد. در سیستمهای شیمیایی که فراریت واکنشگرها بین فراریت محصولات واکنش قرار میگیرند، استفاده از تقطیر واکنشی مفید خواهد بود.
در این سیستم واکنش نقطه جوش استاندارد واکنشگرها - متیل استات و آب - به ترتیبهپ١/٥٧ و١٠٠ و محصولات - اسید استیک متانول - به ترتیبهپ١/١١٨ و ٧/٦٤ است. بنابراین هیدرولیز متیل استات یک نمونه از سیستمهای شیمیایی با فراریتهای مرتب شده در بالا میباشد ]٢.[ در طراحی و روش مورد استفاده در این تحقیق، شرایط عملیاتی به فرایند تقطیر واکنشی بسیار نزدیک است. در این روش
یک ستون تقطیر مورد استفاده قرار گرفته که خوراک آن محصول خروجی از راکتور میباشد و مشابه ستون خل، از بالاترین سینی تأمین میشود. راکتور واحد هم ظرف جمعآوری مایع چگالش یافته از چگالنده همین برج میباشد. تنها محصول خروجی، محصول پایین برج است که با تنظیم شرایط ریبویلر میزان متیل استات واکنش نکرده در خروجی آن را به حدود صفر و به ترتیب درصد وزنی اسید استیک و متانول را تا مقادیر حدود٣١% و ١٣% رساندهایم.
تجهیزات آزمایشگاهی و شرح فرآیند
طراحی تجهیزات آزمایشگاهی مطابق شکل٢ شامل یک برج تقطیر شیشهای به ارتفاع عط٧٠، پرشده با ذرات کروی -آلومینا و راکتور شیشهای پرشده با رزین تبادل یونی ساخت شرکت فطکق آلمان، با خاصیت اسیدی قوی میباشد که ارتفاع این بستر است. سه عدد پمپ پراستالتیک جهت تزریق مواد با دبی بسیار پایین و به صورت پیوسته مورد استفاده قرار گرفتهاند که به ترتیب آب، متیلاستات ﻭ مایع چگالش یافته از چگالنده را به بخش واکنش تزریق مینمایند. از دو سیرکولاتور جهت تأمین انرﮊی مورد نیاز سیستم استفاده میشود که اولی جهت کنترل و حفظ دمای بستر راکتور و دومی جهت تأمین گرما ﻭ بخار موردنیاز برج تقطیر، به کار می رود. کل فرآیند تحت شرایط اتمسفری انجام میگیرد.
در ابتدا پس از رسیدن دمای راکتور به شرایط مورد نظر عملیاتی، توسط پمپ شماره ۱ آب از مخزن A به تنهایی به راکتور تزریق میشود و پس از مدت زمان معین، متیل استات نیز با دبی مشخص به این جریان افزوده میشود. پس از گذر از بستر کاتالیستی، مخلوط هیدرولیز شامل آب، اسید استیک، متانول و متیلاستات واکنش نکرده در بالاترین نقطه وارد برج تقطیر پرشده میشوند
شکل شماره ۲- شمایی از تجهیزات آزمایشگاهی هیدرولیز متیل استات با روش جدید
