Dimensionarea unei instalații de separare prin rectificare din schema tehnologică de fabricație a acetonei

1. Introducere

1.1. Generalități - Obținerea Acetonei

Acetona este adesea produsă ca produs secundar la fabricarea fenolului. Hidroperoxidul de cumen generat în acest proces este scindat pentru a forma fenol și acetonă. Dehidrogenarea catalitică izopropanolului poate fi aleasă ca metodă de sinteză alternativă, atunci când trebuie obținută acetonă de înaltă puritate, cum ar fi în aplicații biomedicale. Turton et.al. menționează că o singură trecere de conversie 85-92% în ceea ce privește izopropanolul, cu condiții din reactor de 2 bari și 350°C, este, în general de ajuns. Un flux de sare topită va fi utilizată o sursă de căldură pentru reacția endotermă:

(CH3)2CHOH - (CH3)2CO + H2 (1)

Acetona produsă în reactorul de tip Plate Flow Reactor(PFR), trece într-un separator de fază și apoi într-un sistem de separare, în care hidrogenul este eliminat din amestecul de reacție, care include o stripare și două coloane de distilare. Cele doua coloane de rectificare au la baza un principiu de functionare diferit si anume: una cu amestec ternar si cealalta cu amestec binar cu compoziția rezultată din blazul coloanei cu amestec ternar.

Alte doua reactii principale ce stau la baza procesului:

2CH3-CHOH-CH3 - (CH3)2CH-O-CH(CH3)2 + H2O (2)

CH3-CHOH-CH3 - CH2=CH-CH3 + H2O (3)

Pentru amplasarea celor două coloane de rectificare, se utilizează softul SIMULIS, prin care se studiază comportărea amestecului ternar IPA-Acetonă-Apă, care formează amestec azeotrop, indicând o comportare puternic neideală a sistemului ternar.

Realizarea simularii se va face avand la baza diagrama “ceapa”. Aceasta diagrama este construita pe principiul luarii celei mai bune decizii locale. Fiecare utilaj este adaugat doar daca poate fi justificat pe baza informatiilor de care se dispune la un moment dat. [4],[5]

2. TEMA DE PROIECT

Să se dimensioneze o instalație continuă de separare prin rectificare din schema tehnologică de fabricație a acetonei. Separarea amestecului ternar acetonă - alcool isopropilic - apă produs în proces se realizează conform schemei de mai jos.

Date de proiectare:

debitul de alimentare a coloanei ternare: 90 kmoli/h

- compoziția debitului de alimentare a coloanei ternare (fracții molare):

- xFA = 0,4381; xFB = 0,0519; xFC = 0,5100

- gradele de separare ale componenților:

- - coloana ternară: s1A = 0,9951; s1B = 0,9948; s1C = 1;

- - coloana binară: s2A = 1; s2B = 0,9921; s2C = 0,9497

- presiuni de operare ale coloanei ternare și binare:

- p1F = 1,3 bar; p1D = 1,2 bar; p1W = 1,4 bar

- p2F = 1,4 bar; p2D = 1,2 bar; p2W = 1,4 bar

- starea termică a alimentării: - coloana binară: q = 1,02

- coloana ternară: q = 1

- tipul utilajului de separare a amestecului binar: coloană cu umplutura

- tipul utilajului de separare a amestecului ternar: coloană cu talere

- Datele de echilibru pentru amestecuri ternare și binare se vor calcula în SIMULIS. În măsura posibilităților, să se evalueze prin simulare viabilitatea proiectului elaborat.