ایزوپروپیل الکل چیست ؟
ایزوپروپیل الکل (IPA) مایعی بی رنگ با بوی تند است که در صنایع مختلف کاربرد زیادی دارد. علاوه بر ضدعفونی کردن به عنوان حلال ، عامل ضد کف و عامل کاهش ویسکوزیته عمل میکند. در طیف گستردهای از محصولات مانند لوسیون، صابون، مواد شوینده، آرایش، عطر، رنگ مو، شامپو و ضدعفونی کننده دست وجود دارد. همچنین با این نامهای 2-پروپانول، ایزوپروپانول، 1-متیل اتانول یا 2-هیدروکسی پروپان شناخته میشود. این ترکیب آلی یک مایع قابل اشتعال است و در صورت قرار گرفتن در معرض بخار به مقدار زیاد یا برای مدت طولانی به طور ملایمی برای انسان تحریککننده است. ایزوپروپیل یک ماده مصنوعی است و از طریق هیدراتاسیون پروپیلن ساخته میشود.
ایزوپروپیل الکل چگونه تولید میشود؟
IPA حلال های شیمیایی است کاربردهای ایزوپروپیل الکل بسیار زیاد است که یک آلکیل استات به شمار میرود که شامل استر اسید استیک و الکل است. سه روش برای تولید ایزوپروپیل الکل وجود دارد:
- هیدراتاسیون غیرمستقیم پروپیلن یا فرآیند اسید سولفوریک
- هیدراتاسیون مستقیم پروپیلن
- هیدروژنه کردن کاتالیزوری استون
هیدراتاسیون غیر مستقیم پروپیلن
هیدراتاسیون غیر مستقیم پروپیلن قدیمی ترین و رایج ترین روش ساخت IPA است که در دو مرحله تولید انجام میشود. پروپیلن یک گاز آلی است که معمولاً بهعنوان محصول جانبی فرآوری گاز طبیعی و پالایش نفت تولید میشود.
- در این فرآیند، پروپیلن با اسید سولفوریک واکنش داده و ایزوپروپیل سولفات را تشکیل میدهد.
- ایزوپروپیل سولفات هیدرولیز میشود تا ایزوپروپیل الکل و اسید سولفوریک تشکیل شود.
فرآیند هیدراتاسیون غیرمستقیم نسبتاً ارزان است و به راحتی قابل افزایش است. با این حال، تعدادی محصولات جانبی از جمله اسید سولفوریک تولید میکند که میتواند برای محیط زیست مضر باشد. تا سال ۱۹۵۱ تنها روش صنعتی تولید ایزوپروپیل الکل، هیدراتاسیون غیرمستقیم بود.
اگر فرآیند از نوع اسید قوی باشد یعنی غلظت اسید سولفوریک بیشتر از ۸۰ درصد وزنی و دمای واکنش نسبتا پایین حدود ۲۰ تا ۳۰ درجه سانتیگراد نگه داشته شود، دو راکتور جداگانه در نظر گرفته میشود.
- راکتور اول برای جذب پروپیلن در اسید سولفوریک است.
- راکتور دوم برای تبدیل سولفاتهای تشکیل شده به ایزوپروپیل استفاده میشود.
اما در صوتی که غلظت اسید سولفوریک حدود ۶۰ تا ۸۰ درصد باشد و دمای واکنش بالاتر در حدود ۶۰ تا ۶۵ درجه سانتیگراد باشد، همه مراحل در یک راکتور انجام میشود.
هیدراتاسیون مستقیم پروپیلن
هیدراتاسیون مستقیم پروپیلن روش جدیدتری است و در یک مرحله انجام میشود. در این فرآیند، پروپیلن در حضور کاتالیزوری مانند اسید فسفریک یا اکسید روی با آب واکنش میدهد. کاتالیزور به تسریع واکنش و تولید با بازده بالاتر ایزوپروپیل الکل کمک میکند. فرآیند هیدراتاسیون مستقیم برخلاف هیدراتاسیون غیرمستقیم، اسید سولفوریک را به عنوان یک محصول جانبی تولید نمیکند و با محیط زیست سازگارتر است. با این حال، در این روش باید از پروپیلن با خلوص بالا استفاده شود.
هیدروژناسیون کاتالیستی استون
هیدروژنه کردن کاتالیزوری استون سومین روش تولید ایزوپروپیل است. در این فرآیند، استون با گاز هیدروژن در فشار بالا و در حضور کاتالیزورهای فلزی مانند پلاتین یا پالادیوم واکنش میدهد. کاتالیزور به تسریع واکنش و تولید ایزوپروپیل الکل به عنوان تنها محصول کمک میکند.
هیدروژنه کردن کاتالیزوری استون نسبت به روشهای دیگر با محیط زیست بسیار سازگار است زیرا هیچ محصول جانبی دیگری تولید نمیکند.استون از نظر ساختار شیمیایی ارتباط نزدیکی با ایزوپروپیل الکل دارد.در واقع
- اگر ایزوپروپیل الکل اکسید شود، استون تولید میشود.
- اگر استون احیا شود، دوباره ایزوپروپیل الکل به دست میآید.
از جمله کاتالیستهای مورد استفاده میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- رینی نیکل (Raney Nickel)
- پالادیوم (Palladium)
- روتنیوم (Ruthenium)
این روش بسیار پر هزینه است و زمانی بسیار مقرونبهصرفه است که کارخانه مقدار زیادی استون اضافی در اختیار داشته باشد.
مقایسه روشهای تولید ایزوپروپیل الکل
| هیدراتاسیون مستقیم پروپیلن | هیدراتاسیون غیرمستقیم پروپیلن | هیدروژنه کردن کاتالیزوری استون | |
| ماده اولیه | پروپیلن با خلوص بالا + آب | پروپیلن (حتی با خلوص پایینتر) + اسید سولفوریک + آب | استون + هیدروژن |
| نوع واکنش | هیدراتاسیون مستقیم | هیدراتاسیون غیر مستقیم همراه با اسید سولفوریک | احیای استون با هیدروژن |
| خلوص خوراک | بسیار بالا (معمولاً بیش از ۹۰٪ پروپیلن) | امکان استفاده از خوراک رقیق پالایشگاهی | وابسته به خلوص استون |
| واحدهای اصلی فرآیند | راکتور، برج تقطیر، واحد خالصسازی | راکتور جذب، راکتور هیدرولیز، برج تقطیر، بازیابی اسید | راکتور هیدروژناسیون، برج تقطیر، واحد خالصسازی |
| محصولات واسطه | ندارد | مونوایزوپروپیل سولفات و دیایزوپروپیل سولفات | ندارد |
| تعداد مراحل | یک مرحله ای | دو مرحله ای (تشکیل سولفات هیدرولیز) | یک مرحله ای |
| خوردگی تجهیزات | ندارد | (به دلیل اسید سولفوریک) دارد | ندارد |
| مصرف اسید | ندارد | زیاد | ندارد |
| نیاز به تقطیر | دارد | دارد | دارد |
| مزایا | فرآیند سادهتر، خوردگی کمتر، آلودگی کمتر، هزینه نگهداری پایینتر | امکان استفاده از خوراک ارزانتر و کمخلوص، فناوری اثبات شده | مناسب زمانی که استون مازاد وجود دارد، عدم نیاز به اسید سولفوریک |
| معایب | نیاز به پروپیلن بسیار خالص و فشار بالا | خوردگی زیاد، مصرف اسید، هزینه بازیابی اسید و تجهیزات مقاوم به خوردگی | به قیمت استون وابسته است و نیاز به هیدروژن و کاتالیست فلزی دارد |
| اثرات زیست محیطی | کمتر | بیشتر (مدیریت و بازیابی اسید ضروری است) | وابسته به منبع تولید هیدروژن و مدیریت کاتالیست |
| هزینه سرمایه گذاری | متوسط | نسبتا زیاد | متوسط تا زیاد |
طبق منبع معتبرNIH : اگر هدف تولید انبوه با تجهیزات مدرن باشد، هیدراتاسیون مستقیم پروپیلن معمولاً انتخاب مناسبتری است؛ زیرا خوردگی تجهیزات کمتر بوده و فرآیند سادهتری دارد. در مقابل، هیدراتاسیون غیرمستقیم زمانی مزیت دارد که خوراک پروپیلن خلوص پایینی داشته باشد. هیدروژناسیون استون نیز در مجتمعهایی که استون مازاد تولید میکنند، از نظر اقتصادی میتواند گزینه مناسبی باشد.
