مقدمة للعمليات الكيميائية الضوئية – عملية الإنتاج المضغوطة

كما ذكرنا سابقًا، فإن التفاعل بين الأمينات العضوية والفوسجين لإنتاج الإيزوسيانات العضوية يتم بشكل عام في خطوتين تحت الضغط العادي:

R-NH 2 +COCl → R-NHCOCl + حمض الهيدروكلوريك      (1)

R-NHCOCl→R-NCO + حمض الهيدروكلوريك                   (2)

من التفاعل (1)، يمكن ملاحظة أن حجم خليط غاز الفوسجين وحمض الهيدروكلوريك لا يتغير، كما أن زيادة الضغط لا يؤثر سلباً على التفاعل من اليسار إلى اليمين. لكن الوضع في رد الفعل (2) مختلف؛ فقط في ظل ظروف الضغط العادي أو الفراغ، عندما تتم إزالة غاز حمض الهيدروكلوريك المتولد على الفور، فإنه يفضل تحلل كلوريد الكاربامويل إلى إيزوسيانات.

ومع ذلك، على عكس ذلك، سواء كان التفاعل (1) أو التفاعل (2)، عندما يكون ضغط التشغيل بين 1.0 إلى 5.0 ميجا باسكال، سيتم الحصول على عائد أعلى من الأيزوسيانات. من الناحية النظرية، زيادة الضغط بشكل كبير من شأنه أن يسبب رد فعل عكسي لـ (2)، مما يعيق تكوين الإيزوسيانات. ربما يكون السبب الرئيسي وراء قدرة طريقة الضغط العالي على زيادة المحصول هو أن قابلية ذوبان غاز الفوسجين في درجات حرارة عالية تزداد تحت الضغط.

الخصائص الأخرى للطريقة المضغوطة هي كما يلي:

1  وتحت الضغط العالي، تقل مسألة فصل الفوسجين الزائد عن كلوريد الهيدروجين. ونظرًا لسهولة تكثيف غاز غاز الفوسجين واستعادته تحت ضغط عالٍ، تكون معدات الاسترداد أصغر حجمًا، ويحتوي كلوريد الهيدروجين المنتج على كمية قليلة من غاز غاز الفوسجين أو لا يحتوي عليه مطلقًا، مما يجعل العملية أكثر أمانًا.

2  تحت الضغط العالي، في خطوة التفاعل الثانية، يمكن تحقيق تركيز أعلى من الأيزوسيانات في مادة التفاعل، مما يحسن كفاءة التقطير.

3  يمكن استخدام المذيبات ذات نقطة الغليان المنخفضة كمواد مخففة، مما يسمح بفصل الأيزوسيانات عن طريق التقطير البسيط، وبالتالي توفير الطاقة.

يظهر أدناه مخطط تدفق الإنتاج المضغوط للأيزوسيانات. هذه العملية تحقق عوائد أفضل. يجب أن يكون الفوسجين المستخدم زائدًا، بشكل عام 100% أو أكثر من الكمية النظرية (150%-350%)؛ يتم التحكم في درجة حرارة التفاعل بين 80-115°ج؛ والضغط 1.0-5.0 ميجا باسكال.

عملية الإنتاج المضغوط للإيزوسيانات العضوية

يدخل محلول الأمين العضوي إلى منطقة دورة التفاعل من خلال خط أنابيب، ويدخل الفوسجين أيضًا إلى مضخة تدوير السائل 1 والفاصل 2 من خلال خط الأنابيب وخزان الموازنة 3 بالتناسب (يفضل تفاعل دوران عالي السرعة في منطقة تفاعل مكونة من مادة أفقية). الدورق المخروطي، بمعدل دوران 20-30 ضعف إجمالي حجم المواد المضافة لكل وحدة زمنية. ويمكن أيضًا استبدال وظائف حلقات التفاعل 1 و2 و3 و4 بجهاز فنتوري). يخرج الخليط من تفاعل الخطوة الأولى من الفاصل ثم يدخل إلى منتصف برج الفوسجين عالي الضغط 4 عبر خط أنابيب. ضغط التشغيل للبرج أعلى من 1.0 ميجا باسكال، ودرجة الحرارة السفلية هي 145°ج، وأعلى درجة حرارة 80°C. يتم تفريغ غاز حمض الهيدروكلوريك الناتج عن التفاعل بعد التجميد الثانوي واسترداد الفوسجين، ويتم إرسال الأيزوسيانات والمذيبات والفوسجين المتولدة إلى منتصف برج الضغط الجوي 8 لمزيد من المعالجة من خلال صمام تخفيف الضغط 6. يتم إخراج منتجات التفاعل إلى قسم التفريغ والتقطير من خلال خطوط الأنابيب.

على سبيل المثال، إذا كان الحجم الإجمالي لنظام التفاعل هو 15 لترًا، تتم تغذية محلول ثنائي أمين التولوين 12.75% في إيزوبوتيل أيزوبوتيرات بشكل مستمر بمعدل 94 كجم/ساعة، ويتم تغذية الفوسجين السائل بمعدل 48.6 كجم/ساعة وهو 150% من الكمية النظرية للفوسجين. تبلغ كمية دوران السائل في النظام 20 ضعف إجمالي كمية السائل الداخل لكل وحدة زمنية، ويتم الحفاظ على درجة الحرارة في منطقة التفاعل عند 110°ج، والضغط 1.5 ميجا باسكال.

يتدفق خليط التفاعل من منطقة التفاعل إلى برج الفوسجين عالي الضغط 4 عبر خط أنابيب بمعدل 142.6 كجم/ساعة. يبلغ ارتفاع البرج 1.5 متر، وقطره الداخلي 35 سم، وهو محشو بحلقات راشيكج. يتم الحفاظ على درجة الحرارة في البرج عن طريق تسخين 33 كجم/ساعة من البخار من خلال السخان 7، مع الحفاظ على درجة الحرارة السفلية عند 145°م ودرجة الحرارة القصوى عند 82°C. الضغط في البرج 1.5 ميجا باسكال. يتم تفريغ حمض الهيدروكلوريك الناتج عن التفاعل (الذي يحتوي على 2.5 مول من الفوسجين لكل 100 مول من حمض الهيدروكلوريك) بعد استخلاص الفوسجين بواسطة 20°مكثف ج 5 و -20°المكثف ج 5. تكوين مواد التفاعل التي يتم تفريغها من أسفل البرج 4 هو كما يلي:

ثنائي إيزوسيانات التولوين: 16.5 كجم/ساعة

إيزوبوتيل أيزوبيوتيرات: 82 كجم/ساعة

الفوسجين: 20.2 كجم/ساعة

يعمل البرج 8 تحت ضغط جوي، مع درجة حرارة سفلية تبلغ 158°مئوية، ودرجة الحرارة العظمى حوالي 70°C. يتم تفريغ ثنائي إيزوسيانات التولوين والمذيب عبر خطوط الأنابيب، ومن ثم يتم الحصول على ثنائي إيزوسيانات النقي من خلال العمليات العامة، بإنتاجية تبلغ 96.6%.