กรดอะซิติกน้ำแข็ง (CAS 64-19-7 มากกว่าหรือเท่ากับ 99.5–99.8% CH₃COOH)ผลิตทางอุตสาหกรรมผ่านเส้นทางการสังเคราะห์ทางเคมีซึ่งสร้างกรดอะซิติกเจือจางในขั้นแรก ตามด้วยการกลั่นหลายขั้นตอนเพื่อทำให้บริสุทธิ์และการคายน้ำเพื่อกำจัดน้ำและติดตามสิ่งเจือปน อุปทานทั่วโลกถูกครอบงำโดยกระบวนการคาร์บอนิลเลชันของเมธานอล ซึ่งคิดเป็นส่วนใหญ่ของการผลิตเชิงพาณิชย์
ไม่ว่าเส้นทางการผลิตจะเป็นอย่างไร กรดอะซิติกน้ำแข็งขั้นสุดท้ายทั้งหมดจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ที่เข้มงวด และมีปริมาณน้ำน้อยที่สุดเพื่อให้มั่นใจในคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เสถียร
กรดอะซิติกน้ำแข็งในการผลิตภาคอุตสาหกรรมคืออะไร?
กรดอะซิติกน้ำแข็งหมายถึงกรดอะซิติกที่ไม่มีน้ำหรือมีความเข้มข้นสูงซึ่งแข็งตัวที่ 16.6 องศา ในทางปฏิบัติทางอุตสาหกรรม มันถูกกำหนดให้เป็นกรดอะซิติกที่มีปริมาณน้ำต่ำมาก โดยทั่วไปมีความบริสุทธิ์สูงกว่า 99.5%
วิธีการผลิตทั้งหมดจะสร้างกรดอะซิติกที่เป็นน้ำก่อน และเกรดน้ำแข็งจะเกิดขึ้นหลังจากกระบวนการคายน้ำและการแก้ไขเท่านั้น
เส้นทางที่ 1 – เมธานอลคาร์บอเนต (กระบวนการผลิตหลักทั่วโลก)
เมทานอลคาร์บอเนตเป็นวิธีการทางอุตสาหกรรมที่โดดเด่นในการผลิตกรดอะซิติกในปัจจุบัน มันมีอยู่ในระบบตัวเร่งปฏิกิริยาสองระบบ: กระบวนการโรเดียมมอนซานโตแบบเก่า และกระบวนการคาติวาอิริเดียมสมัยใหม่
กระบวนการ Cativa กลายเป็นเทคโนโลยีที่ต้องการสำหรับโรงงานผลิตใหม่ เนื่องจากความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีขึ้น ปริมาณน้ำในระบบเครื่องปฏิกรณ์ที่ลดลง และประสิทธิภาพโดยรวมที่สูงขึ้น
กระบวนการมอนซานโต (ตัวเร่งปฏิกิริยาโรเดียม – เทคโนโลยีดั้งเดิม)
- วัตถุดิบ: เมทานอลและคาร์บอนมอนอกไซด์
- ตัวเร่งปฏิกิริยา: สารเชิงซ้อนโรเดียม-ไอโอไดด์
- เงื่อนไข: 150–175 องศา , 2–3 MPa
- ผลลัพธ์: กรดอะซิติกที่มีการคัดเลือกสูงพร้อมการรีไซเคิลก๊าซที่ไม่ทำปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่อง
กระบวนการนี้มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์ แต่ปัจจุบันถูกแทนที่ด้วยโรงงานอุตสาหกรรมใหม่เป็นส่วนใหญ่
กระบวนการ Cativa (ตัวเร่งปฏิกิริยาอิริเดียม – มาตรฐานสมัยใหม่)
กระบวนการ Cativa ซึ่งพัฒนาโดย BP ปัจจุบันเป็นเทคโนโลยีชั้นนำในการติดตั้งใหม่
การปรับปรุงที่สำคัญ ได้แก่ :
- ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้อิริเดียม-พร้อมโปรโมเตอร์ไอโอไดด์
- ลดความเข้มข้นของน้ำในตัวกลางปฏิกิริยา
- การก่อตัวของผลพลอยได้ลดลง (เช่น เมทิลอะซิเตต)
- ปรับปรุงอายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยาและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
ส่งผลให้กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ขั้นปลายมีประสิทธิภาพมากขึ้นและการผลิตกรดอะซิติกน้ำแข็งที่มีความบริสุทธิ์สูง-ได้ง่ายขึ้น
การทำให้บริสุทธิ์และการกลั่น
หลังจากการสังเคราะห์ กรดอะซิติกดิบประกอบด้วย:
- น้ำ
- เมทานอล
- เมทิลอะซิเตต
- ติดตามสารเร่งปฏิกิริยาที่ตกค้าง
การทำให้บริสุทธิ์เกี่ยวข้องกับ:
- แสง-สิ้นสุดการกลั่น (กำจัดเมทานอลและสารระเหย)
- การกลั่นแบบคายน้ำ (การนำน้ำออกไปยังระดับที่ต่ำมาก)
- การแยกสารอย่างหนัก- (การกำจัดสิ่งเจือปนอินทรีย์)
ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะถูกเก็บไว้ในถังสแตนเลสภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่ควบคุมได้สูงกว่า 16.6 องศา เพื่อป้องกันการตกผลึก
เส้นทางที่ 2 – อะซีตัลดีไฮด์ออกซิเดชัน (กระบวนการดั้งเดิม)
ออกซิเดชันของอะซีตัลดีไฮด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายก่อนที่เมทานอลคาร์บอเนตจะมีความโดดเด่น
- วัตถุดิบ: เอทิลีน → อะซีตัลดีไฮด์ → ออกซิเดชัน
- ตัวเร่งปฏิกิริยา: เกลือแมงกานีสหรือโคบอลต์
- สารออกซิแดนท์: ออกซิเจนหรืออากาศ
ข้อจำกัด:
- ประสิทธิภาพคาร์บอนต่ำกว่าเมื่อเทียบกับคาร์บอนิลเลชั่น
- การสร้างผลพลอยได้ที่สูงขึ้น
- ต้นทุนการดำเนินงานที่สูงขึ้นต่อตัน
ปัจจุบันวิธีการนี้จำกัดเฉพาะโรงงานผลิตขนาดเล็กหรือระดับภูมิภาคเท่านั้น
เส้นทางที่ 3 – การหมัก (การผลิตทางชีวภาพ)
การหมักใช้แบคทีเรีย Acetobacter เพื่อออกซิไดซ์เอธานอลให้เป็นกรดอะซิติกเจือจาง
- ความเข้มข้นโดยทั่วไป: สารละลายกรดอะซิติก 5–15%
- วัตถุดิบ: เอทานอลจากชีวมวล
- กระบวนการ: ออกซิเดชันทางชีวภาพแบบแอโรบิก
ข้อจำกัด:
- ผลผลิตที่เจือจางมากต้องใช้การกลั่นอย่างกว้างขวาง
- วงจรการผลิตที่ยาวนาน
- ไม่เหมาะในเชิงเศรษฐกิจสำหรับการผลิตกรดอะซิติกน้ำแข็งจำนวนมาก
เส้นทางนี้ใช้เป็นหลักสำหรับน้ำส้มสายชูและอาหารเกรดพิเศษ- แทนที่จะเป็นกรดอะซิติกน้ำแข็งอุตสาหกรรม
เปรียบเทียบเส้นทางการผลิต
| เส้นทาง | ส่วนแบ่งอุตสาหกรรม | การใช้งานทั่วไป | ข้อได้เปรียบที่สำคัญ | ข้อจำกัด |
|---|---|---|---|---|
| เมธานอลคาร์บอเนต (Cativa/Monsanto) | >90% | กรดอะซิติกอุตสาหกรรมจำนวนมาก | ประสิทธิภาพสูง ปรับขนาดได้ | ต้นทุนตัวเร่งปฏิกิริยาและการควบคุมการกัดกร่อน |
| อะซีตัลดีไฮด์ออกซิเดชัน | <10% | การผลิตในระดับภูมิภาคมีจำกัด | อุปกรณ์ง่ายๆ | ประสิทธิภาพลดลง ผลพลอยได้เพิ่มมากขึ้น |
| การหมัก | <2% | น้ำส้มสายชูและผลิตภัณฑ์พิเศษ | วัตถุดิบทดแทน | เอาต์พุตเจือจางมาก |
เส้นทางการผลิตส่งผลต่อเกรดผลิตภัณฑ์อย่างไร
กรดอะซิติกน้ำแข็งทั้งหมดมีโครงสร้างทางเคมีเหมือนกัน (CH₃COOH) โดยไม่คำนึงถึงวิธีการผลิต ความแตกต่างในการผลิตส่วนใหญ่ส่งผลต่อระดับสิ่งเจือปน
- เกรดอุตสาหกรรม: ใช้ในการเคลือบ สิ่งทอ สารเคมี
- เกรดอาหาร (FCC): ควบคุมสิ่งเจือปนสำหรับการใช้งานในอาหาร (E260)
- เกรดรีเอเจนต์: มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับใช้ในห้องปฏิบัติการและการวิเคราะห์
ความบริสุทธิ์เกิดขึ้นได้จากกระบวนการกลั่นและการแยกน้ำแบบควบคุม แทนที่จะใช้เส้นทางการสังเคราะห์เอง
คำถามที่พบบ่อย
คำถามที่ 1: กรดอะซิติกน้ำแข็งผลิตโดยตรงในเครื่องปฏิกรณ์หรือไม่
ไม่ กระบวนการทั้งหมดจะผลิตกรดอะซิติกที่เป็นน้ำก่อน ซึ่งต่อมาจะถูกทำให้บริสุทธิ์และทำให้แห้ง
คำถามที่ 2: เหตุใดเมธานอลคาร์บอเนตจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย
เนื่องจากให้ประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่อตันต่ำ และการผลิตต่อเนื่องที่ปรับขนาดได้
คำถามที่ 3: การหมักสามารถใช้กับกรดอะซิติกน้ำแข็งอุตสาหกรรมได้หรือไม่
ไม่ ผลิตสารละลายที่เจือจางมากซึ่งไม่เหมาะในเชิงเศรษฐกิจสำหรับการผลิตเกรดน้ำแข็งจำนวนมาก-
Q4: ทำไมต้องเก็บกรดอะซิติกน้ำแข็งที่อุณหภูมิสูงกว่า 16.6 องศา ?
เพราะมันแข็งตัวต่ำกว่าอุณหภูมินี้ ส่งผลต่อระบบการขนย้ายและขนถ่าย
บทสรุป
การผลิตกรดอะซิติกน้ำแข็งทางอุตสาหกรรมนั้นใช้เทคโนโลยีเมทานอลคาร์บอเนตเป็นหลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งกระบวนการ Cativa สมัยใหม่ วิธีการทางเลือก เช่น ออกซิเดชันและการหมักอะซีตัลดีไฮด์ มีจำนวนจำกัดหรือการใช้งาน ไม่ว่าเส้นทางการสังเคราะห์จะเป็นเช่นไร ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดจะต้องผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์และการทำให้แห้งเพื่อให้ได้กรดอะซิติกน้ำแข็งที่มีความบริสุทธิ์สูง- ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้ในอุตสาหกรรม อาหาร และห้องปฏิบัติการ.
ผู้จัดจำหน่ายกรดอะซิติกน้ำแข็ง
