Sơ đồ phản ứng chính & phụ của phản ứng oxy hóa benzoic acid để sản xuất phenol ... Hiện nay, phương pháp chính được sử dụng để điều chế phenol là phản ứng oxy hóa cumene.. Vì vậy, trong
Giới thiệu chung
SƠ LƯỢC VỀ PHENOL
Phenol được phát hiện vào năm 1834 bởi Friedlieb Ferdinand Runge, khi ông chiết xuất nó từ nhựa than đá ở dạng chưa tinh khiết; than đá từng là nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất phenol cho tới khi ngành công nghiệp hóa dầu phát triển Năm 1841, nhà hóa học Pháp Auguste Laurent thu được phenol ở dạng tinh khiết Tính khử trùng của phenol được Sir Joseph Lister ứng dụng lần đầu trong kỹ thuật phẫu thuật: ông cho rằng vết thương phải được làm sạch hoàn toàn và phủ lên chúng một miếng vải lanh hoặc giẻ được ngâm axit carbolic trên bề mặt da, bất chấp kích ứng da do tiếp xúc với phenol Trong khi đó, tại Carlisle, Anh, chính phủ đã thử nghiệm phương pháp xử lý nước thải bằng axit carbolic nhằm giảm mùi từ các hồ nước thải.
Axit carbolic (phenol) là một hoạt chất được dùng trong một số thuốc giảm đau đường uống như Chloraseptic và trong các sản phẩm xịt hít đường hô hấp như Carmex Nó cũng là thành phần chính của quả cầu khói Carbolic Ball, một thiết bị được quảng bá ở Luân Đôn vào thế kỷ XIX nhằm chống lại cúm và các bệnh khác.
Với giá thành rẻ và dễ điều chế, phenol đã từng được sử dụng như một phương tiện giết người của chế độ Đức quốc xã trong Chiến tranh thế giới thứ hai, từ năm 1939 cho tới những ngày cuối cùng của cuộc chiến Trong khi Zyklon-B được dùng trong các phòng hơi ngạt để giết người hàng loạt, chế độ phát xít cũng tiêm phenol cho một số nạn nhân nhằm sát hại một nhóm nhỏ với chi phí tối thiểu Việc tiêm phenol diễn ra ở hàng ngàn người tại các trại tập trung, đặc biệt là ở Auschwitz-Birkenau.
Phenol là một hợp chất hữu cơ có vòng thơm và công thức phân tử C6H5OH Phân tử của phenol gồm một nhóm phenyl (-C6H5) liên kết với một nhóm hydroxy (-OH) Ở điều kiện thường, phenol tồn tại dưới dạng tinh thể rắn và dễ bay hơi, có độ hòa tan đáng kể trong nước với khoảng 84,2 g hòa tan trên 1000 mL nước (tương đương khoảng 0,895 M); khi nhiệt độ tăng lên đến 66°C, độ tan của phenol được cho là tăng rất nhiều, gần như tan vô hạn.
Phenol là một axit yếu Trong dung dịch với nước, có pH vào khoảng 8 - 12, ở trạng thái cân bằng tạo anion phenolate C6H5O- (còn gọi là phenoxide)
Phenol dễ tham gia vào phản ứng thế điện từ trên nhân thơm nhờ các electron π của nguyên tử oxy nhường mật độ điện tích lên vòng thơm, khiến vòng thơm trở nên giàu electron và nhạy cảm với các tác nhân thế Do đó, phenol có thể được thế bởi nhiều nhóm chức trên vòng thơm thông qua các quá trình halogen hóa, acyl hóa, sulfon hóa và các quá trình khác, tạo ra một loạt hợp chất phong phú với ứng dụng đa dạng trong hóa học và công nghiệp.
Phenol phản ứng với axit nitric loãng ở nhiệt độ phòng để cho ra một hỗn hợp gồm 2-nitrophenol và 4-nitrophenol Khi gặp axit nitric đặc, vòng phenol bị nitro hóa nhiều lần để hình thành 2,4,6-trinitrophenol, còn được gọi là axit picric.
Phenol được trung hòa bởi natri hydroxide (NaOH), hình thành natri phenate (phenolate) Tuy nhiên, do tính axit của phenol yếu hơn axit carbonic nên nó không thể bị trung hòa bằng natri bicarbonate (NaHCO3) hay natri carbonate (Na2CO3) để giải phóng CO2.
Phenol đóng vai trò chủ chốt trong sản xuất nhựa, lên tới hai phần ba sản lượng được dùng làm tiền chất cho ngành công nghiệp nhựa Khi ngưng tụ với acetone, phenol cho ra bisphenol-A, một tiền chất quan trọng của nhựa polycarbonate và nhựa epoxy Quá trình ngưng tụ phenol với formaldehyde, hoặc với alkylphenol/diphenol, tạo ra nhựa phenolic, ví dụ như nhựa Bakelite Hydro hóa một phần phenol tạo ra cyclohexanone, tiền chất của nylon.
Phenol là chất được dùng trong nghiên cứu sinh học phân tử để chiết xuất axit nucleic từ mô hoặc mẫu nuôi cấy tế bào Tùy thuộc vào độ pH của dung dịch, DNA hoặc RNA có thể được chiết xuất, giúp tách riêng axit nucleic khỏi các thành phần tế bào và chuẩn bị cho các phân tích tiếp theo.
Phenol từng được sử dụng rộng rãi như một chất khử trùng và được Joseph Lister tiên phong áp dụng trong y học Nó cũng được dùng làm chất bảo quản trong một số loại vắc-xin Ở nồng độ 1,4%, phenol là một hoạt chất y tế có tác dụng giúp giảm đau họng.
Hoạt chất này là thành phần chủ chốt trong một số thuốc giảm đau cổ họng, như Chloraseptic spray, TCP và Carmex, thường được dùng để làm dịu cổ họng và giảm các triệu chứng viêm họng tạm thời.
Dẫn xuất phenol từng được sử dụng trong nhiều sản phẩm mỹ phẩm, từ kem chống nắng và thuốc nhuộm tóc đến các chế phẩm làm sáng da và tẩy da chết Tuy nhiên, do các lo ngại về an toàn, phenol hiện bị cấm sử dụng trong mỹ phẩm tại Liên minh Châu Âu (EU) và Canada.
CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP PHENOL TRONG CÔNG NGHIỆP
Do tầm quan trọng thương mại của phenol, đã có nhiều phương pháp tổng hợp được phát triển để đáp ứng nhu cầu sản xuất và ứng dụng đa dạng Trong số các phương pháp này, thủy phân benzenesulfonate được nhắc đến như một trong những phương pháp cổ điển và có vai trò lịch sử quan trọng trong tổng hợp phenol Các phương pháp hiện đại tiếp tục được tối ưu hóa để nâng cao hiệu suất, giảm chi phí và nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm phenol Hiểu về các phương pháp tổng hợp phenol giúp tối ưu chu trình sản xuất và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường công nghiệp hóa chất Bài viết này tóm tắt sự phát triển của các phương pháp tổng hợp phenol và vị trí của thủy phân benzenesulfonate trong lịch sử công nghiệp.
Tuy nhiên, hiện nay, quy trình cumene là công nghệ chiếm ưu thế nhất
Trong phương pháp này, cumene được tổng hợp từ benzene và propylene, sau đó được oxi hóa thành cumene hydroperoxide và phân hủy bằng xúc tác axit để tạo ra phenol và acetone Theo tính toán, quy trình này cho hiệu quả kinh tế cao nhờ điều kiện phản ứng ôn hòa và hiệu suất tạo ra phenol lớn Đồng thời, acetone là sản phẩm đi kèm quan trọng của quá trình Tuy nhiên, theo thời gian, giá trị thương mại của acetone giảm sút trong khi nhu cầu phenol tăng cao, dẫn đến sự mất cân bằng cung cầu trong ngành.
Từ đó, quy trình Dow được đề ra như một phương án thay thế tối ưu để tổng hợp phenol
Quá trình oxi hóa toluene bằng oxy, có sự tham gia của xúc tác Co-Mn, biến đổi toluene thành axit benzoic; sau đó axit benzoic tiếp tục được oxi hóa để hình thành phenol nhờ các hệ xúc tác thích hợp.
Cơ sở cho quá trình thiết kế
THÔNG TIN CÁC PHẢN ỨNG
Trong thực tế có nhiều phản ứng phụ diễn ra song song, nhưng ảnh hưởng đáng kể đến mô hình chính là quá trình phân hủy axit benzoic thành benzene và carbon dioxide (CO2) Các phản ứng phụ khác tồn tại ở song song, nhưng chúng hầu như không làm thay đổi kết quả của quá trình phân hủy chính Vì vậy, mô hình được tập trung mô tả sự phân hủy của axit benzoic để tạo ra benzene và CO2 như sản phẩm chủ đạo của hệ thống.
KHẢO SÁT ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG
Do thiếu các thông số quan trọng của phản ứng chính từ các nguồn tài liệu đáng tin cậy như hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt hóa, ta chỉ thu được thông tin về độ chuyển hóa (conversion), độ chọn lọc và tốc độ phản ứng ở một nhiệt độ xác định Phản ứng trong quy trình được thiết lập theo loại chuyển đổi (conversion) và độ chuyển hóa được khảo sát thông qua đặc tính của xúc tác, như được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 1 trình bày độ chuyển hóa và độ chọn lọc của phản ứng khi sử dụng các hệ xúc tác khác nhau Điều kiện phản ứng được thiết lập với tỉ lệ n axit benzoic : n không khí : n hơi nước : n khí nitơ = 1 : 8 : 40 : 12 và nhiệt độ phản ứng ở 400 °C.
Trong bài tập này, nhóm chọn thực hiện với hệ xúc tác NiO:NiFe2O4 với tỉ lệ mol 1:1, độ
Quy trình sản xuất phenol
NGUYÊN LIỆU & SẢN PHẨM
Benzoic acid, có công thức hóa học C7H6O2 (hoặc C6H5COOH), là chất rắn tinh thể không màu thuộc nhóm axit cacboxylic thơm đơn giản nhất Tên gọi của nó bắt nguồn từ gum benzoin, một nguồn để điều chế benzoic acid Ở điều kiện bình thường, benzoic acid có vẻ ngoài trắng mịn, nhưng thực tế tồn tại ở dạng tinh thể dạng kim Đây là axit yếu và các muối của nó được sử dụng làm chất bảo quản thực phẩm Đây cũng là một chất ban đầu quan trọng để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác Thông tin sản phẩm:
Ngoại quan: Là một chất rắn dạng bột hoặc hạt màu trắng
Bảo quản: Nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp
Không khí trong tự nhiên có thành phần chính bao gồm 20% O2, 80% N2, là nguồn cung cấp
O2 cho quá trình oxi hóa benzoic acid
Nguồn cung cấp nước chính là nước máy có qua xử lý sơ bộ ở điều kiện nhiệt độ bình thường, áp suất khí quyển
Nitơ ở điều kiện bình thường là một chất lỏng không màu, không mùi và không vị Nó hóa lỏng ở khoảng -196°C và hóa rắn ở khoảng -210°C Khí nitơ rất ít tan trong nước và không hỗ trợ sự cháy.
Hình 1 Benzoic Acid lưu trữ trong thực tế
Khí nitrogen nguyên chất được điều chế bằng máy sản xuất khí trơ Parker Domnick Hunter, nhờ đó ta có thể tiết kiệm được chi phí mua khí nitrogen và chi phí lưu trữ, đồng thời tối ưu hóa quy trình vận hành và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Hình 2 Máy sản xuất khí nitrogen trơ
NiO, hay oxit nickel, là một hợp chất hóa học có công thức NiO, có màu dao động từ xanh lục đến đen Nó có thể chuyển sang màu vàng và khi bị đun nóng sẽ sinh ra khí độc.
Ngoại quan: Dạng bột màu xanh
Bảo quản: Nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp
Nikel Ferrite là một Spinel sắt, loại vật liệu cấu trúc nano được quan tâm đến hiện nay NiFe2O4 có những ưu điểm như:
- Tinh thể từ tính không đằng hướng cao
- Từ tính bão hòa cao
- Tính chất siêu thuận từ phụ thuộc vào hình dáng và kích thước
Ngoại quan: dạng viên màu đen xám
Bảo quản: Chứa trong gói chân không, bảo quản nơi khô ráo, tránh ánh nắng trực tiếp.
SƠ ĐỒ QUY TRÌNH
Hình 4 Sơ đồ quy trình công nghệ điều chế
Vì phản ứng diễn ra ở pha khí, nên nguồn nguyên liệu trước khi đưa vào Feed Mixer được chuyển thành pha khí như sau:
- Nước và Benzoic acid với suất lượng mol lần lượt là 400 kmol/h và 10 kmol/h được cho vào Liquid mixer để hòa tan benzoic acid Tỉ lệ này được giới hạn dựa trên bài nghiên cứu của Jun Miki cùng những đồng sự của mình Tuy nước không phải là tác chất tham gia phản ứng nhưng dựa trên nghiên cứu của nhóm nghiên cứu M Stolcova, hoạt độ và độ chọn lọc của xúc tác sẽ bị ảnh hưởng bởi hơi nước có mặt trong dòng chất, nghĩa là sự có mặt của nước làm tăng độ chọn lọc của phenol và thời gian sử dụng xúc tác Sau đó, dòng lưu chất sau trộn được tăng áp suất lên 1200 kPa qua bơm và nâng nhiệt độ bởi Liquid Heater lên 400 o C và đưa vào bình trộn Feed Mixer trước khi vào bình phản ứng
- 80 kmol/h không khí được nén lại dưới áp suất 1200 kPa được trộn lẫn với khí N 2 sau xử lý Ban đầu 120 kmol/h N2 ở 3000 kPa trong bình chứa được dẫn qua valve tiết lưu để hạ áp suất còn 1200 kPa và trộn lẫn với không khí ở Gas mixer Hỗn hợp khí này sau đó được nâng lên 400 o C
Nguồn nguyên liệu gồm acid benzoic, không khí, nước và nitơ ở dạng hơi với tỉ lệ mol 1/8/40/12 được đưa vào bình Conversion Reactor, có độ chuyển hóa 100% benzoic acid và độ chọn lọc Phenol đạt 88% theo khảo sát; lưu lượng dòng sản phẩm Gas Crude từ bình phản ứng là 8.8 kmol Phenol/giờ ở vapour outlet Làm lạnh dòng sản phẩm xuống 30 o C bằng Cooler để tách thành hai pha, pha khí gồm chủ yếu nitơ, oxy và một lượng hơi nước cùng với 1.0293 kmol benzene/giờ (sản phẩm phụ); pha lỏng gồm chủ yếu hai chất là phenol 8.7960 kmol/giờ và nước 399.1420 kmol/giờ được chuyển qua Separator nhằm tách hai pha rõ ràng; đồng thời pha lỏng sẽ bước vào khâu chưng cất nhằm thu được nồng độ phenol sản phẩm cao nhất có thể Phenol sản phẩm được thu ở đáy tháp chưng cất (Distillation Column) tại nhiệt độ 288.2 o C, áp suất 1000 kPa với 99.81% w/w phenol, trong khi hơi nước ngưng tụ ở đỉnh vẫn còn 0.0442% phenol w/w; lực lượng sản phẩm mong muốn thu được là 8.4833 kmol/h.
Phân tích các giai đoạn của quy trình
Các cấu tử
Phản ứng chính trong quy trình công nghệ là điều chế phenol bằng cách oxi hóa không hoàn toàn axit benzoic bằng O2, đồng thời sinh ra CO2 Bên cạnh đó còn diễn ra các phản ứng phụ tạo thành benzen, cùng với các vết của biphenyl và phenyl benzoate, những sản phẩm này không được đề cập chi tiết trong quy trình.
Trong các quá trình công nghiệp, không khí được dùng làm nguồn cung cấp O2 cho phản ứng oxi hóa, với H2O làm dung môi và N2 làm chất mang N2 được lựa chọn nhờ tính trơ, lợi ích kinh tế và tính phổ biến của nó trên thị trường.
Từ các dữ kiện nêu trên, các cấu tử được sử dụng trong HYSYS gồm benzoic acid, oxygen, phenol, carbon dioxide, benzene, nitrogen và water
Hình 5 Danh sách các cấu tử được nhập trong HYSYS
Gói nhiệt động
Các cấu tử được đề cập ở phần 4.1.1 có độ phân cực mạnh, do đó không thể dùng các gói mô hình thông dụng như Peng-Robinson hay PRSV cho hệ này Trong bài này, gói nhiệt động được sử dụng là NRTL-PR, với các hệ số tương tác nhị phân giữa các cấu tử ở pha lỏng và pha khí được ước lượng dựa trên UNIFAC VLE.
Hình 6 Gói nhiệt động được sử dụng trong HYSYS
Phản ứng
Quá trình phản ứng được thực hiện với xúc tác NiO/NiFe2O4 ở tỉ lệ 1:1, cho phép đồng thời diễn ra nhiều cơ chế phản ứng khác nhau Các phản ứng nổi bật bao gồm oxi hóa không hoàn toàn và ester hóa, cùng với các phản ứng phụ có thể nảy sinh tùy thuộc vào điều kiện phản ứng và thành phần tham gia Hệ xúc tác NiO/NiFe2O4 được cho là giúp tăng hoạt tính và độ chọn lọc cho các sản phẩm mong muốn, đồng thời ảnh hưởng đến đường đi phản ứng và tốc độ chuyển hóa Nghiên cứu cho thấy sự phối hợp giữa NiO và NiFe2O4 ở tỉ lệ 1:1 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định bản đồ đường phản ứng và kết quả tổng hợp của hệ.
Hình 7 Sơ đồ phản ứng chính & phụ của phản ứng oxy hóa benzoic acid để sản xuất phenol
Tuy nhiên, ngoài 2 sản phẩm có độ chọn lọc cao nhất là phenol và benzene, các hợp chất
Do đó, trong phần bài tập chỉ xét hai phản ứng chính:
Do điều kiện không cho phép nhập dữ liệu phản ứng động học (kinetic) hoặc dữ liệu phản ứng cân bằng (equilibrium), ta chỉ sử dụng kiểu phản ứng độ chuyển hóa (conversion) Theo dữ kiện thu được từ bài báo khoa học, với các điều kiện về bình phản ứng, nhiệt độ và xúc tác như đã được đề cập, độ chuyển hóa của benzoic acid là 100%, trong đó độ chọn lọc của phản ứng (1) là 88%.
Hình 8 Thông số phản ứng (1) được nhập trong HYSYS
Hình 9 Thông số phản ứng (2) được nhập trong HYSYS
THIẾT KẾ QUY TRÌNH
4.2.1 Điều kiện các dòng nhập liệu
Phản ứng pha hơi, áp suất khí quyển (10 atm) và nhiệt độ giữ không đổi ở 400 o C
4.2.2 Xử lý trước khi vào bình phản ứng
Hình 10 Phần xử lý trước khi vào bình phản ứng
Axit benzoic và nước được trộn theo tỉ lệ mol 1:40 và khuấy ở nhiệt độ phòng cho đến khi hòa tan hoàn toàn dưới áp suất khí quyển Dung dịch hòa tan sau đó được bơm vào thiết bị gia nhiệt và hóa hơi ở nhiệt độ 400°C.
Hình 12 Thông số dòng lỏng sau khi được bơm qua thiết bị gia nhiệt và hóa hơi
Khí nitrogen tinh khiết (N2) được đưa từ bình nén và xả qua van tiết lưu ở áp suất 12 atm Không khí bên ngoài được lọc qua màng lọc bụi, sau đó nén lên 12 atm và hòa trộn với dòng N2 Dòng khí sau khi trộn được gia nhiệt lên tới 400°C, tiếp tục hòa trộn với hơi nước và axit benzoic rồi nhập trực tiếp vào thiết bị phản ứng.
Hình 13 Phần chuẩn bị dòng khí trước khi vào thiết bi phản ứng
Hình 14 Thông số dòng khí sau khi qua tiền xử lý trước khi vào bình phản ứng
4.2.3 Hoạt động của bình phản ứng
Bình phản ứng PFR nhập liệu liên tục với lưu lượng 610 kmol/h sử dụng xúc tác NiO - NiFe2O4 ở tỉ lệ 1:1 là tối ưu cho độ chuyển hóa xấp xỉ 100% và độ chọn lọc sản phẩm chính đạt 88% Xúc tác có diện tích bề mặt riêng 6.1 m²/g Tại đây, phản ứng chính (tạo ra phenol) và phản ứng phụ (tạo ra benzene) xảy ra đồng thời Thể tích bình phản ứng khoảng 100 m³ và thời gian lưu tương ứng là 0.178 phút, có lắp thiết bị thu nhiệt để cố định nhiệt độ phản ứng ở 400 °C.
Hình 16 Thông số các dòng trước và sau khi vào thiết bị phản ứng
4.2.4 Xử lý sau phản ứng
Trong chu trình xử lý, giai đoạn làm lạnh là bước hạ nhiệt sản phẩm sau phản ứng, nhằm tách pha và chuẩn bị cho thiết bị tách pha lỏng – khí Dòng sản phẩm sau phản ứng ban đầu được đưa vào quá trình làm lạnh để đạt nhiệt độ phù hợp, giảm sự hình thành các pha không mong muốn và ổn định điều kiện vận hành trước khi vào thiết bị tách pha Sau khi hạ nhiệt, sản phẩm sẽ được đưa tới thiết bị tách pha lỏng – khí, nơi các thành phần phân bố theo độ bay hơi và áp suất, cho phép tách rời các pha lỏng và khí một cách hiệu quả Các thông số vận hành ban đầu của dòng sản phẩm sau phản ứng thường gồm nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và thành phần, nhằm tối ưu hoá quá trình tách và chuẩn bị cho các bước xử lý tiếp theo.
Hình 17 Thông số của dòng sản phẩm thô ở pha khí
Hình 18 Thông số của sản phẩm sau làm lạnh
Ở điều kiện ban đầu, nhiệt độ vẫn ở 400°C và áp suất 1200 kPa, sau khi qua Cooler dòng sản phẩm được làm lạnh xuống 30°C và áp suất giảm còn 1100 kPa Lựa chọn 1100 kPa nhằm đảm bảo áp suất của hệ thống lớn hơn áp suất trong bình chưng cất; bình chưng cất hoạt động ở 1000 kPa, và nếu áp suất bình chưng cất nhỏ hơn 1000 kPa thì ở đỉnh bình sẽ tồn tại hai pha Sau quá trình làm lạnh, sản phẩm có nhiệt độ 30°C và áp suất 1100 kPa, với điều kiện bình chưng cất ở 1000 kPa.
Nếu như giảm xuống 30 o C thì sau khi tách, dòng sản phẩm khí sẽ có chứa thêm phenol:
Trong khi đó, dòng sản phẩm sau tách ở 50 o C là:
Hình 20 Dòng sản phẩm sau tách ở 50 o C
Việc hạ nhiệt độ ở mức như vậy tuy tiêu thụ lượng năng lượng lớn, khoảng 2,564×10^7 kJ/giờ, nhưng sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất thu hồi sản phẩm cuối ở các bước xử lý tiếp theo.
4.2.5 Hoạt động của bình tách 2 pha
Hình 21 Thông số bình tách hai pha
Mục đích của bình tách pha là đưa pha khí ra ngoài và tách pha lỏng cho bước xử lý tiếp theo Theo nguyên tắc tách, pha khí nằm ở trên cùng còn pha lỏng nằm ở dưới, cho phép phân tách hai pha một cách hiệu quả Với thiết lập hiện tại, không cần nhập thêm tham số nào khác và kết quả tách sẽ cho thấy pha khí ở đỉnh và pha lỏng ở đáy, sẵn sàng cho các bước xử lý tiếp theo.
Hình 22 Thành phẩn các dòng trước và sau khi vào thiết bị tách hai pha
4.2.6 Hoạt động của tháp chưng cất
Trước khi vào tháp chưng cất, dòng lưu chất được nâng lên 180 o C để đảm bảo nhiệt độ mâm từ 180 o C trở lên:
Tháp chưng cất đóng vai trò rất quan trọng trong quy trình này, theo bài báo của nhóm nghiên cứu Jun Miki, Minoru Asanuma, Yakudo Tachibana và Tsutomu Shikada Lượng nước đầu vào lớn đóng vai trò chất mang và hỗ trợ hiệu quả phản ứng Trước khi vào tháp chưng cất, nồng độ phenol trong dòng chất chỉ khoảng 0.1029% w/w, do đó việc tăng nồng độ sản phẩm được xem là cần thiết để tối ưu hóa quá trình.
Hình 24 Thông số dòng chất trước khi vào tháp chưng cất
Qua các lần khảo sát thì số mâm tối thiểu để đạt spec nồng độ là 9
Hình 25 Tháp chưng cất khi số mâm bằng 8, spec nồng độ ở đỉnh & đáy lần lượt là 0.999 và 0.9979
Hình 26 Tháp chưng cất khi số mâm bằng 9, spec nồng độ ở đỉnh & đáy lần lượt là 0.999 và 0.9979
Tuy nhiên để đảm bảo đạt hiệu quả chưng cất như mong muốn với nồng độ ở đỉnh và đáy cao hơn 0.99 thì số mâm được chọn lúc này là 10
Hình 27 trình bày tháp chưng cất khi số mâm bằng 10, với spec nồng độ ở đỉnh và đáy lần lượt là 0.999 và 0.9979 Ở đây, ta chỉ quan tâm đến hai thông số này: nồng độ H2O ở đỉnh là 0.9979 và nồng độ benzoic acid ở đáy là 0.999 Ta không thể tiếp tục nâng nồng độ đỉnh lên vì để đạt
Hình 28 Các specs & thông số của tháp chưng cất khi số mâm bằng 10
Theo các thông số đã cho, nồng độ phenol tại mâm 7 và mâm 8 xấp xỉ bằng nồng độ phenol của dòng nhập liệu, đồng thời nhiệt độ ở hai mâm này cũng gần bằng nhiệt độ của dòng nhập liệu; do đó, hai mâm trên được xem là lựa chọn tối ưu cho nhập liệu Trong bài viết này, chúng ta chọn mâm nhập liệu là mâm số 7.
Hình 29 Thành phần của dòng sản phẩm cuối cùng
Hình 30 Các thông số của dòng sản phẩm cuối cùng
Dòng sản phẩm cuối cùng có lưu lượng 8.492 kgmole/h, đạt hiệu suất tổng quát 84.92% Nhiệt độ của dòng sản phẩm là 288.2 o C