РАЗРАБОТКА РЕАКЦИОННО-РЕКТИФИКАЦИОННОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСИ МЕЗИТИЛА. I. МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ И ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ В РЕАКЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

Окись мезитила является важным продуктом органического синтеза, который находит применение в производстве фармацевтических препаратов и в качестве растворителя. Спрос на окись мезитила растет, что определяет необходимость дальнейшего усовершенствования ее производства. Недостатком традиционных способов получения окиси мезитила являются низкие значения конверсии реагентов и селективности. Для их устранения предложено получать окись мезитила в совмещенном реакционно-ректификационном процессе. Объединение в одном аппарате химического превращения и разделения образовавшейся реакционной смеси посредством ректификации позволяет осуществлять непрерывный отвод образовавшихся продуктов из зоны реакции, что увеличивает скорость целевой реакции, конверсию и селективность. В соответствии с современной стратегией разработки химико-технологических процессов выполнен сбор и обработка физико-химической информации о свойствах компонентов и смесей, содержащихся в реакционной системе. На основе экспериментальных данных определены параметры модели фазового равновесия и оценена ее адекватность. Модель фазового равновесия использована для построения диаграммы дистилляции, проверки ее непротиворечивости и проведения расчетных исследований реакционно-ректификационного процесса. Выполнен расчет термохимических параметров целевых реакций, определены константы равновесия, установлена их температурная зависимость. На основе анализа литературных данных предложена кинетическая модель процесса и с помощью нее определены условия, благоприятные для протекания целевого химического превращения. Полученные данные необходимы для проведения анализа статики, построения принципиальной технологической схемы и расчета ее статических параметров.

реакционно-ректификационные процессы, окись мезитила, модель фазового равновесия, кинетическая модель, анализ статики, принципиальная технологическая схема

1. Saayman N., Lund G.J., Kindermans S. Process for production of MIBK using CD technology: pat. US 6,762,328 B2 USA. № 10/289,693; filed 07.11.2002; publ. 03.04.2003.

2. O’Keefe W.K., Jiang M., Ng F.T.T., Rempel G.L. Liquid phase kinetics for the selective hydrogenation of mesityl oxide to methyl isobutyl ketone in acetone over a Pd/Al2O3 catalyst // Chem. Eng. Sci. 2005. V. 60. № 15. P. 4131-4140.

3. Christopher R.H., Zheng S., Shylesh S., Bell A.T. The mechanism and kinetics of methyl isobutyl ketone synthesis from acetone over ion-exchanged hydroxyapatite // J. Catal. 2018. V. 365. P. 174-183.

4. Xu L., Wang F., Huang J., Yang Ch., Yu L., FanY. L-Proline and thiourea co-catalyzed condensation of acetone // Tetrahedron. 2016. V. 72. № 27-28. P. 4076-4080.

5. Яхьяев М.А., Писаренко Ю.А., Серна-Лоаиза С., Кардона К.А. Анализ стехиометрических закономерностей, ограничивающих стационарные состояния реакционно-ректификационных процессов // Тонкие химические технологии. 2018. Т. 8. № 1. С. 66-74.

6. Лосев Ю.П., Лосева Л.П., Паушкин Я.М., Исакович В.Н. Способ совместного получения окиси мезитила и ацетона: а. с. 734183 СССР. № 2563375/23-04; заявл. 30.12.77; опубл. 15.05.80. Бюл. № 18.

7. Черных С.П., Тимофеев В.С., Григорьев А.А., Гусева С.И., Чеботаев В.Ф., Долгий И.Е., Пинхасик Э.В., Заворотов В.И., Зиль Т.И., Кацман Е.А., Асилова Н.Ю. Способ получения окиси мезитила: а. с. SU 1555322 A1 СССР. № 4275658/23-04; заявл. 01.07.87; опубл. 07.04.90. Бюл. № 13.

8. Верховская З.Н., Клименко М.Я., Залесская Е.М., Бычкова И.Н. Синтез диацетонового спирта и окиси мезитила на ионообменных смолах // Хим. пром. 1967. № 7. C. 20-23.

9. Keil F.J. Modeling of Process Intensification. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2007. 422 p.

10. Harmsen J. Reactive distillation: The frontrunner of industrial process intensification. A full review of commercial applications, research, scale-up, design and operation // Chem. Eng. & Proc. 2007. V. 7. № 46. P. 774-780.

11. Gorban A.N., Yablonskii G.S., Bykov V.I. The path to equilibrium // Int. Chem. Eng. 1982. V. 22. № 2. P. 368-375.

12. Писаренко Ю.А., Серафимов Л.А. К статике систем с химическими превращениями // Теор. основы хим. технологии. 1991. Т. 25. № 5. 627-637.

13. Rameshwar H.S., Nitin V.B., Yogesh M.S., Sanjay M.M. Industrial applications of reactive distillation: Recent trends // Int. J. Chem. Reactor Eng. 2004. V. 52. № 2. P. 1-52.

14. Писаренко Ю.А., Серафимов Л.А., Кулов Н.Н. Основы анализа статики реакционно-ректификационных процессов с несколькими химическими реакциями // Теор. основы хим. технологии. 2009. Т. 43. № 5. 1-18.

15. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Справочник по растворимости. М.: Академия наук СССР, 1961. Т. 1. 970 с.

16. Огородников С.К., Лестева Т.М., Коган В.Б. Азеотропные смеси. Справочник. Л.: Химия, 1971. 848 с.

17. Жаров В.Т., Серафимов Л.А. Физико-химические основы дистилляции и ректификации. Л.: Химия, 1975. 238 с.

18. Thotla S., Agarwal V., Mahajani S.M. Simultaneous production of diacetone alcohol and mesityl oxide from acetone using reactive distillation // Chem. Eng. Sci. 2007. V. 8. № 62. P. 5567-5574.