Dimensionarea tehnologică a unei coloane de rectificare pentru separarea unui amestec binar - azeotrop apă-izopropanol

1.Consideratii teoretice

Acetona, compusul organic cu formula (CH3)2CO (de asemenea, cunoscută şi sub numele de dimetil cetonă şi 2-propanonă) este o substanţă clară, incoloră, cu punct de fierbere scăzut, inflamabilă, volatilă, caracterizată prin evaporarea rapidă şi un slab miros dulceag. Este uşor miscibilă în majoritatea solvenţilor organici şi complet miscibil, în toate proporţiile, în apă. Acetona este cea mai simplă şi mai importantă dintre cetonele alifatice.

Pericolul cel mai frecvent asociat acetonei este inflamabilitatea sa extremă. Aceasta se auto-aprinde la o temperatură de 465 ° C (869 ° F). La temperaturi mai mari decât punctul de aprindere al acetonei de -20 ° C (-4 ° F), amestecuri de aer între 2,5% şi 12,8% acetonă, în volum, pot exploda sau provoca un incendiu.

În prezent există două procese care fabrică acetonă în cantităţi mari. Materiile prime pentru acestea sunt fie alcoolul izopropilic, fie cumenul. În ultimii câţiva ani a existat o tendinţă constantă departe de alcool izopropilic şi faţă de cumen, dar alcoolul izopropilic ar trebui să continue ca un precursor, deoarece fabricarea de acetonă doar din cumen ar necesita o echilibrare a pieţei cu fenol, co-produs de la acest proces. Acest lucru nu este întotdeauna uşor de făcut, aşa că o sursă alternativă de acetonă este necesară. De fapt, alcoolul izopropilic poate deveni din nou atractiv, din moment ce cumenul poate fi utilizat pentru a creşte cifra octanică în benzină fără plumb. Distribuirea procentuală dintre cele două metode este dată în Tabelul 1.

Tabel 1. Fabricarea acetonei

Alcoolul izopropilic, obţinut din hidroliza propilenei, este transformat în acetonă fie prin dehidrogenare (de preferat) sau oxidare cu aer. Acestea sunt procese catalitice la 500˚C şi 40-50 psia. Acetona este purificată prin distilare, 56˚C (punct de fierbere). Conversia pe trecere este de 70 - 85%, iar randamentul este de peste 90%.

Acetona este adesea fabricată ca un produs secundar în producţia de fenol. Hidroperoxidul de cumen generat în acest proces se desface pentru a forma fenol şi acetonă. Cu toate acestea, acetona fabricată astfel, în general, conţine cantităţi mici de reactant benzen şi fenol, produsul dorit. În trecut, aceste impurităţi au fost considerate a fi în limitelor admisibile. Cu toate acestea, recentele revizuiri ale acestor limite de către “US Food and Drug Administration” a făcut procese alternative (care nu implică benzen) mai atractive.

Dehidrogenarea catalitică a izopropanolului poate fi aleasă ca o cale sintetică alternativă atunci când se cere acetonă de înaltă puritate, ca de exemplu în aplicaţii biomedicale.

Astfel, în acest proiect s-a studiat obtinerea acetonei din izopropanol.

Amestecul ternar acetona- IPA-apa la presiunea de 1 atmosferă formează un azeotrop, la temperatura de 80,28 0C, cu o compozitie de 0,67 IPA și 0,33 apă. Datorită formării azeotropului separarea IPA-apa nu se poate face decat sub azeotrop.