10. Технологическая схема производства циклогексанола гидрированием фенола

Все техно­логические схемы газофазного гидрирования включают систему компримирования и рециркуляции водорода, его насыщения пара­ми органического реагента, предварительного подогрева смеси, конденсации и ступенчатого отделения целевого вещества от водо­рода и летучих побочных продуктов (метан и др.). Различия в схемах имеются главным образом на стадии разделения жидких продуктов и в конструкции реакционного узла.

Рисунок 80 - Технологическая схема производства циклогексанола гидрированием фенола

В качестве типичной ниже рассмотрена технологическая схема производства циклогексанола гидрированием фенола, изображен­ная в упрощенном виде на рисунке 80. Гидрирование проводится в трубчатом реакторе с никелевым, катализатором на носителе (А1₂О₃ или Сг₂О₃) при 140—150 °С и 10—20 ат.

Свежий водород, очищенный от механических примесей и катализаторных ядов, сжимают компрессором 6 до 10—20 ат и после охлаждения в холодильнике 1 отделяют от масла в маслоотдели­теле 2. Рециркулирующий водород, потерявший часть давления на преодоление сопротивлений в трубопроводах и аппаратуре, дожи­мают до рабочего давления циркуляционным компрессором 7, охлаждают в холодильнике 3 и отделяют от масла в маслоотде­лителе 4. После этого свежий и рециркулирующий водород смеши­ваются в ресивере 5, подогреваются в теплообменнике 13 за счет тепла реакционной смеси, выходящей из реактора, и поступают через барботер в испаритель-сатуратор 10. Фенол из емкости 8 насосом 9 высокого давления тоже подается в испаритель-сатура­тор 10. Во избежание кристаллизации фенола емкость 8 и трубо­проводы, по которым транспортируется фенол, обогреваются па­ром. Уровень фенола в испарителе 10 и температуру в нем (120— 125 °С) регулируют автоматически, с тем чтобы состав паро-газовой смеси был постоянным и соответствовал оптимальному избыт­ку водорода (примерно 10-кратному по отношению к расходу на гидрирование). В верхней части испарителя имеется насадка из фарфоровых колец Рашига, служащая каплеотбойником.

Паро-газовая смесь из испарителя-сатуратора проходит пере­греватель 11 и затем перемещается по трубам реактора 12. Выде­ляющееся тепло отводится кипящим водным конденсатом (пар давлением 3 — 4 ат можно использовать для технологических нужд или конденсировать, возвращая конденсат как хладоагент в межтрубное пространство реактора). Степень конверсии фенола в ре­акторе в разных случаях составляет от 85 до 99%.

Горячие реакционные газы из контактного аппарата направ­ляются в теплообменник 13, где их тепло используется для подо­грева водорода. Затем они дополнительно охлаждаются водой в холодильнике 14, и образовавшийся конденсат отделяется от водо­рода в сепараторе высокого давления 17. Водород циркуляцион­ным компрессором 7 возвращается на гидрирование. Конденсат из сепаратора 17 дросселируется до атмосферного давления в редук­ционном клапане 15 и в сепараторе низкого давления 16 отделяет­ся от газа (водород+метан), который направляют в линию топ­ливного газа.

Циклогексанол-сырец, содержащий непревращенный фенол и немного циклогексанона, циклогексана, циклогексена и воды, сте­кает из сепаратора 16 в емкость 18, откуда идет на ректификацию. При вакуум-ректификации вначале отгоняются три последних ве­щества, образующие азеотропную смесь. Затем циклогексанол вместе с циклогексаноном отделяют от вышекипящих примесей и фенола, который возвращают на гидрирование. Примесь цикло­гексанона в готовом продукте не имеет существенного значения, так как при дальнейшей переработке в капролактам или адипино-вую кислоту циклогексанон дает те же продукты, что и циклогекс­анол. Выход целевого вещества превышает 96% при селективности реакции около 98%. ,

При других процессах газофазного гидрирования отличия в технологической схеме могут состоять в следующем. Испаритель-сатуратор 10 иногда монтируется совместно с реактором, а при работе с более летучими веществами вообще отсутствует. В по­следнем случае водород и подлежащая гидрированию жидкость просто смешиваются в определенной пропорции перед теплооб­менником 13. При малоэкзотермических реакциях только часть поступающего в реактор водорода подогревается в теплообменни­ке 13, а остальное количество подается в реактор холодным. При ведении процесса в реакторах со сплошным слоем контакта, осо­бенно при газофазном гидрировании сложных эфиров, требуется дополнительный подогреватель исходной смеси, работающий на постороннем теплоносителе. При гидрировании нитросоединений и карбоновых кис­лот одним из продуктов реакции является вода. Если она нерас­творима в органическом веществе, то для ее отделения после се­паратора высокого давления необходим еще один сепаратор для разделения двух жидких фаз. Насыщающий воду целевой продукт извлекают тем или иным способом, зависящим от физических свойств системы.