فرایند تولید سلولز استات
سلولز استات یکی از محصولات فوق العاده در صنایع شیمیایی است که تاریخچه جذابی دارد. این ماده در جنگ جهانی اول و دوم به عنوان عایق حرارتی برای جلوگیری از سوختن بالهای هواپیما استفاده شده است. بعدها این ماده در تولیدات مربوط به نساجی و الیاف سلولزی و پنبه ای کاربرد زیادی داشته و اکنون اصلی ترین استفاده آن در تولید مواد اولیه بهداشتی و آرایشی مانند دستمال کاغذی، پوشک بچه و صنایع مشابه آن کاربرد دارد.
این ماده از واکنش استیلاسیون چوب یا مواد سلولزی یا پنبه به وجود می آید. فرایند تولید این ماده در تصویر زیر نمایش داده شده است.
واحد شستشو و خشک کن سلولز
سلولز که از چوب کتان یا هر منبع سلولزی دیگری تهیه می شود باید شسته شود و مواد اضافی آن جدا شود. آلودگی های سلولز بعد از شست و شو جدا سازی می شود. با توجه به اینکه سلولز استات باید بعد از این مرحله با استیک اسید شسته شود باید خشک شود تا آب و دیگر محصولات اضافی آن کاملا جدا شود و آماده شستشو با اسید گردد. در این مرحله بیشتر سلولز در استیک اسید حل شده و واکنش پذیری را با استیک انیدرید بیشتر می کند. اسید سولفوریک به عنوان یک ماده کاتالیزور عمل می کند و در راکتور واکنش وارد خواهد شد.
راکتور واکنش تولید سلولز استات
راکتور واکنش قلب تپنده تمام واکنش است و محصول نهایی در آن تولید می گردد. در این بخش ماده ها به مقدارهای مشخصی در یکدیگر مخلوط شده و با زمان ماند مشخصی واکنش تکمیل می شود تا سلولز استات تولید گردد. باید توجه شود که واکنش باید به خوبی انجام شود تا محصول نهایی آن تولید گردد.
جداسازی استیک اسید و استیک انیدرید از محلول سلولز استات
بعد از قسمت هیدرولیز
واحد تولید استیک انیدرید
روش‌های مختلفی برای تولید کتن یا دیگر هومولوگ‌های آن شناخته شده اند. به طور کلی، این روش‌ها، از شسکت کتون‌ها، اسیدهای ارگانیک یا اسید انیدرید تشکیل شده است. برای مثال، استون ممکن است در دماهای بالا شکسته شده تا به خود کتن تبدیل شود و متیل اتیل کتون میتوند به روش مشابه به مخلوطی از متیل کتن و کتن تبدیل شود. کتن ها محصولاتی بسیار واکنش پذیر هستند و به عنوان یک ماده واسط برای بسیاری از فرآیندها قابل استفاده هستند. به عنوان مثال، می توانند با اسیدها واکنش داده و انیدرید تولید کنند، با الکلها اکنش د اده و استر تولید کنند و … .
یکی از واکنش‌هایی که به خودی خود بسیار با ارزش است، واکنش کتن به تنهایی همراه با استیک اسید است که منجر به تولید انیدرید میشود که در صنایع تولید سلولوز استرها مورد استفاده قرار می گیرد. در این فرآیند استون در دمای بالا و در فاصله تماسی کوتاه شکسته شده تا کتن تولید کند که بعد از آن در یک برج تقطیر با برخورد مستقیم استیک اسید و کتن استیک انیدرید تولید میشود. استونی که در برج هنوز واکنش نداده است، و مقداری استیک اسید که در فرآیند باقی مانده است، از بالای برج خارج می‌شوند. همچنین استیک و استیک انیدرید از پایین برج استخراج می‌شوند. موادی که از بالای برج خارج می‌شوند، در یک برج خنک کننده رفته تقطیر می‌شوند تا برای استفاده مجدد به سیکل برگشت داده شود. با این حال، در شرایط معمول عملیاتی گازهای به دست آمده پایدار (مانند CO، CO2، CH4 و C2H4) و مقداری استون تبخیر شده باعث میشود که حدود 7.5 درصد تمامی خوراک استون موجود در فرآیند همراه با گازهای متصاعد شده که در دمای حدود 80 درجه فارنهایت (27 درجه سانتی گراد) به وسیله آب کندانس میشود، از دست می‌روند.
بنابراین هدف از ابداع این روش برای تولید استیک انیدرید، به دست آوردن فرآیندی برای کمتر کردن میزان استون از دست رفته در گازهای متصاعد شده یا به صفر رساندن این مساله است.
مطالب دیگر این اختراع، برای کسانی که الباقی این مطلب را مطالعه کرده و مراحل مختلف را با توجه به فلودیاگرام کشیده شده در بالا مشاهده کنند، قابل بهره برداری و مشخص خواهد شد. در شکل سعی شده است که از یک فلودیاگرام که لوله‌های مختلف را به هم متصل کرده است استفاده شود و با شماره گذاری هر نقطه به بررسی بیشتر هر یک از آنها پرداخته شود.
با نگاه دقیق‌تر و ویژه به شکل، شماره 2 یک تبخیر کننده (Vaporizer) برای تبخیر کردن استون است، که می‌تواند از یک محفظه با کویل معمولی و یا یک ظرف از جنس استیل باشد که زیر آن شعله روشن باشد. بخارساز با لوله شماره 3 به پیش گرم کننده‌ی شماره 4 (preheater) متصل شده است که از یک ساختار بسیار ساده مانند بخارساز است یا از یک کویل اسپیرال (S-coil or Spiral Coil) تشکیل شده است..
پیش گرم کن به وسیله مجرای شماره 5 به اتاق تجزیه شماره 6 متصل شده است که می‌تواند از یک لوله کوچک و یا یک کویل (یا هر مدل مبدل دیگری) تشکیل شده باشد. کویل مورد نظر می‌تواند از جنس مس یا هر آلیاژ مناسب دیگری باشد مانند استیل ضد زن که دارای درصد بیشتری کروم باشد (SS316L). اتاق تجزیه شماره 6 به وسیله‌ی یک مجرای لوله به یک برج جذب (شماره 8 ) متصل شده است که طراحی آن با توجه به فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برج تقطیر (شماره 8) به وسیله لوله کشی انجام شده (شماره 9) برای تزریق استیک اسید که قرار است با کتن واکنش دهد و یک لوله کشی برای تخلیه که در پایین برج قرار دارد (شماره 10) تجهیز شده است. لوله کشی شماره 10، مواد پایین برج را به یک برج شکست (Fractionator) هدایت میشود. قسمت بالایی برج شماره 8 لوله کشی که با شماره 8 نامگذاری شده است به یک کندانسور متصل شده است تا الباقی استون اضافی به سمت ورودی برگشت داده شود. فراکشناتور یا برج شکست شماره 11 به وسیله یک خروجی برای استیک اسید در پایین برج (شماره 11) تجهیز شده است. همچنین در بالای این برج، فرآیند تقطیر در کنداسنور شماره 16 که بوسیله لوله کشی شماره 15 انجام شده است انجام میشود. بخار به جا مانده از این تقطیر در کندانسور به برج جذب شماره 8 بازگشت داده میشود و الباقی مایع تقطیر شده برای واکنش دوباره به وسیله لوله کشی (شماره 15a) به برج شکست یا فراکشناتور بازگشت داده میشود. کندانسور شماره 13 که به وسیله لوله کشی شماره 17 به یک نظیف کننده متصل است Scrubber، بخارات به دست آمده را به این واحد هدایت می‌کند. در بالای تنظیف کننده ورودی استیک اسید وجود دارد که با بخارات واکنش اولیه را داده و الباقی استیک اسید به سمت برج جذب از طریق لوله کشی شماره 9 هدایت میشود. کویل‌های 21 و 22 برای تنظیم دمای برجهای جذب 8 و 13 در پایین برج در نظر گرفته شده اند تا گرمای مورد نیاز برای واکنش را تامین کنند.
جزئیاتی که در ادمه این مطلب آماده است، کاملا مشخص می کند که این فرآیند چگونه کار می کند و اینکه استفاده از متریال مختلف مساله ای در نوع تولید نخواهد داشت.
با ارجاع دوباره به شکل، استون ابتدا بخار شده و سپس تا دمای 620 درجه سانتیگراد پیش گرم میشود. در پیش گرم کن شماره 4 و سپس به یک محفظه شکست شماره 6 از طریق لوله کشی شماره 5 هدایت می شود که تا دمای 640 درجه سانتیگراد گرم میشود. میزان عبور استون در این قسمت 11.3 کیلوگرم در ثانیه به ازای هر فوت سطح حرارتی باید باشد تا یک زمان بین 0.3 تا 0.5 ثانیه را برای استون فراهم کند تا در پایان آن با 80 درصد selectivity به کتن تبدیل شود. برای جلوگیری از پلیمرازیسیون کتن، گازهای به وجود آمده که از محفظه شکست بیرون میآیند به وسیله لوله کشی شماره 7 وارد Absorber می شوند. که در آنجا به صورت جریان متقابل از glacial acetic acid که به وسیله لوله کشی 9 تامین میشود برخورد می کند. همچنین پایان برج جذب به عنوان یک عملیات حرارتی برای کامل کردن واکنش کتن و استیک اسید رفتار می کندو چرا که کتن سریعا با استیک اسید برای تولید انیدرید واکنش می دهد. یک زمان محدودی برای اینکه فشار جزئی کتن بالای محلول به صفر برسد مورد نیاز است. برج جذب همچنین به عنوان یک مبدل حرارتی که از یک سمت اسید از طریق خط 9 به آن وارد می شود و اسید بازیافت شده از کندانسور 19 تامین می شود رفتار می کند که باعث جذب گرما برای کامل کردن واکنش و همچنین خنک کردن بخارهای ورودی از خط 7 خواهد شد.
در نتیجه گازهای پخش شده در بالای برج با محصول تقطیر شده که کاملا عاری از استون هست در تماس خواهند بود و استون در جایی در بین برج جمع خواهد شد، ولی با تبخیر دوباره هر استونی توسط کویل شماره 21 که به پایین برج می رسد در نهایت تمامی استون تبخیر شده و در بالای برج، این مرحله را ترک خواهد کرد. ترکیبی از استیک اسید و استیک انیدید از پایین برج توسط لوله کشی شماره 10 عبور کرده و به فرکشنر fractioner شماره 11 وارد میشود که در این جا جداسازی بین استیک اسید و استیک انیدرید به دست خواهدآمد. محصولات اولیه توسط لوله کشی شماره 15 به کنداسنور شماره 16 هدایت میشود و محصولات ثانویه از پایین کندانسور به داخل فرکشنر بازخواهند گشت. لوله کشی شماره 15A این عمل را انجام خواهد داد.الباقی محصولات از طریق لوله کشی به برج جذب هدایت خواهد شد.
