Лекция: Получаване на етилбензен чрез алкилиране. Изолиране и пречистване на етилбензен

03.11.2023

КУРСОВА РАБОТА

по дисциплината "Основи на технологията за производство на органични вещества"

на тема „Технология за получаване на стирен чрез дехидрогениране на етилбензен”

Съдържание
Въведение
1. Стирен. Имоти
2. Производство на стирен
3. Производство на стирен
5. Дехидрогениране на етилбензен
Заключение

Въведение

Стиренът е един от основните мономери за производството на полимерни материали, без които никоя индустрия днес не може да направи, както в Русия, така и в чужбина.Стиролът се използва за производство на полистирол, термопластични еластомери и различни бои и лакови състави. Основният метод за получаване на стирен е процесът на дехидрогениране на етилбензен. Това определи избора като тема на курсовата работа.

Тази работа описва свойствата на стирола, неговото приложение, основните производствени методи и технологичните процеси.

Целта на работата е да се разгледа технологията за получаване на стирен чрез дехидрогениране на етилбензен, като основен метод за получаване на въпросния мономер.

1. Стирен. Имоти

Стирен C8H8 (фенилетилен, винилбензен) е безцветна течност със специфична миризма. Стиренът е практически неразтворим във вода, силно разтворим в органични разтворители и добър разтворител за полимери. Стиренът принадлежи към втория клас на опасност.

Физични свойства

Моларна маса 104,15 g/mol

Плътност 0,909 g/cm

Топлинни свойства

Точка на топене -30 °C

Точка на кипене 145 °C

Имоти

Стиренът лесно се окислява, добавя халогени, полимеризира (образувайки твърда стъкловидна маса - полистирол) и съполимеризира с различни мономери. Полимеризацията настъпва вече при стайна температура (понякога с експлозия), следователно по време на съхранение стиренът се стабилизира с антиоксиданти (например трет-бутилпирокатехол, хидрохинон). Халогенирането, например, в реакцията с бром, за разлика от анилина, не се извършва по бензеновия пръстен, а по протежение на виниловата група с образуването на 1,2-дибромоетилфенил.

1. Окисляване: C6H5-CH=Cp+O2>C6H5-Cp-COOH

2. Халогениране: C6H5-CH=CH2 +Br2> C6H5-CHBr=CHBr2

3. Полимеризация: n Cp=CH-C6H5>(-Cp-CH-) n - C6H5

4. Съполимеризация: Cp=CH+Cp=CH-CH=Cp>-Cp-CH-Cp-CH=CH-Cp-C6H5 -C6H5

Токсичност

Стиренът е общотоксична отрова, има дразнещ, мутагенен и канцерогенен ефект и има много неприятна миризма (прагът на миризмата е 0,07 mg/m3). При хронична интоксикация работниците са засегнати от централната и периферната нервна система, хемопоетичната система и храносмилателния тракт, азотно-протеиновият, холестеролният и липидният метаболизъм са нарушени, а при жените се наблюдават нарушения на репродуктивната функция. Стиролът навлиза в тялото главно чрез вдишване. Когато изпаренията и аерозолите влязат в контакт с лигавиците на носа, очите и гърлото, стиренът предизвиква дразнене. Като тест за експозиция се използва съдържанието на бензенови метаболити в урината - бадемова, фенилглиоксинова, гинурова и бензоена киселини.

Средната летална доза е около 500-5000 mg/m3 (за плъхове). Стиренът принадлежи към втория клас на опасност.

Максимално допустими концентрации (ПДК) на стирен:

MPCr.z. = 30 mg/m

MPCr.s. = 10 mg/m

MPCm.r. = 0,04 mg/m3

MPCs.s. = 0,002 mg/m

MPCv. = 0,02 mg/l

Приложение

Стиренът се използва почти изключително за производството на полимери. Многобройни видове полимери на основата на стирол включват полистирен, полистиролова пяна (експандиран полистирол), модифицирани със стирен полиестери, ABS (акрилонитрил бутадиен стирен) и SAN (стирен-акрилонитрил) пластмаси. Стиренът също е част от напалма.

2. Производство на стирен

По-голямата част от стирола (около 85%) се произвежда промишлено чрез дехидрогениране на етилбензен при температура 600-650 ° C, атмосферно налягане и разреждане с прегрята пара 3-10 пъти. Използват се катализатори от желязо-хромов оксид с добавка на калиев карбонат.

Друг промишлен метод, чрез който се получават останалите 15%, е чрез дехидратиране на метилфенилкарбинол, образуван по време на производството на пропилей оксид от етилбензен хидропероксид. Етилбензен хидропероксидът се получава от етилбензен чрез некаталитично окисление с въздух.

Разработват се алтернативни методи за производство на стирол. Каталитична циклодимеризация на бутадиен във винилциклохексен, последвана от неговото дехидрогениране. Окислителна комбинация от толуен за образуване на стилбен; метатеза на стилбен с етилен води до стирен. Стиренът може да се получи и чрез взаимодействие на толуен с метанол. В допълнение, активно се разработват методи за изолиране на стирен от течни пиролизни продукти. Към днешна дата нито един от тези процеси не е икономически жизнеспособен и не е прилаган в индустриален мащаб.

В лабораторни условия може да се получи чрез нагряване на полистирол до 320 °C с незабавното му отстраняване.

1) Термично декарбоксилиране на канелена киселина се извършва при температура 120-130°C и атмосферно налягане. Добивът на стирен е около 40%

2) Дехидратация на фенилетилов алкохол. Реакцията може да се проведе както в газова, така и в течна фаза. Дехидратацията на фенилетилов алкохол в течна фаза се извършва в присъствието на фосфорна киселина или калиев бисулфит. Дехидратацията в парната фаза се извършва върху катализатори: алуминиеви, ториеви или волфрамови оксиди. При използване на алуминиев оксид добивът на стирен е до 90% от теоретичния.

3) Синтез от ацетофенон. Стиренът може да се получи чрез реакция на ацетофенон с етилов алкохол върху силикагел:

Рандеманът е около 30%.

4) Получаване на стирен от халоетилбензен:

5) Получаване на стирен чрез дехидрогениране на етилбензен.

6) Метод за производство от етилбензен чрез етилбензен хидропероксид с едновременно производство на пропиленов оксид (халконов процес):

7) Получаване на стирен чрез метатеза на етилен със стилбен, получен чрез окисление на толуен:

8) Получаване на стирен чрез каталитична циклодимеризация на бутадиен:

Всички горепосочени методи за производство на стирен (с изключение на дехидрогенирането) са многоетапни, използват високо налягане и висока температура, което прави производството по-сложно и скъпо. Някои методи използват суровини, които не са много достъпни. Малки изходи.

Основният метод за промишлено производство на стирен е каталитичното дехидрогениране на етилбензен. Повече от 90% от световното производство на етилбензен се произвежда по този метод. Като катализатори за дехидрогениране се използват сложни състави на базата на цинкови или железни оксиди. Преди това най-разпространеният катализатор беше стирен-контакт на базата на ZnO. Напоследък се използват предимно катализатори от железен оксид, съдържащи 55-80% Fe2O3; 2-28% Cr2O3; 15-35% K2CO3 и някои оксидни добавки. По-специално, катализаторът NIIMSK K-24 със състав Fe2O3 е широко използван - 66-70%; K2CO3 - 19-20%; Cr2O3 - 7-8%; ZnO2 - 2,4-3,0%; K2SiO3 - 2,0-2,6%. Значителното съдържание на K2CO3 в катализатора се дължи на факта, че той насърчава допълнителната саморегенерация на катализатора поради превръщането на въглеродните отлагания с водна пара. Катализаторът работи непрекъснато 2 месеца, след което се регенерира чрез изгаряне на кокса с въздух. Общият срок на експлоатация на катализатора е 2 години. [6]

Реакционната единица за дехидрогениране на етилбензен може да се извърши по различни начини. Един вариант е тръбен реактор, загряван от димни газове от вида, показан на фигура 1

Ориз. 1 Реакционна единица за дехидрогениране на алкохол: 1 - изпарители-прегреватели; 2 - тръбен реактор; 3 - цеда; газов вентилатор

Неговото предимство е температурен профил, близък до изотермичен, което позволява да се получи повишена степен на преобразуване с добра селективност. Високата металоемкост и капиталовите разходи на такъв реактор обаче доведоха до създаването на други устройства - с непрекъснат слой катализатор и без топлообменни повърхности (фиг. 2а).

Те работят при адиабатни условия и реакционната смес постепенно се охлажда, а водната пара тук също играе ролята на акумулатор на топлина, предотвратявайки прекаленото охлаждане на сместа. Когато се произвежда стирен в единичен адиабатен реактор, типичната степен на превръщане на етилбензен е около 40%. Недостатъците на такъв единичен реактор са значително охлаждане на сместа, едновременно изместване на равновесието в нежелана посока и произтичащо от това намаляване на скоростта и селективността. Степента на преобразуване не може да бъде доведена до приемлива стойност, т.к това увеличава специфичния разход на пара.

Ориз. 2 а - единичен адиабатен тип реактор; b - блок от два реактора с междинно нагряване на сместа; c - реактор с няколко слоя катализатор и секционно захранване с прегрята пара.

Други инсталации (фиг. 2 B) доближават процеса до изотермичен и по-добре отчитат особеностите на реакционното равновесие. В такава инсталация има 2 реактора (или два слоя катализатор). Охладената в първия реактор смес се нагрява с прегрята пара, преди да се подаде във втория реактор. Реакторът на Фигура B има два или три пръстеновидни слоя катализатор, като първият слой получава целия етилбензен, но само част от водните пари.

В пространството между слоевете на катализатора се подава допълнително количество прегрята пара. С негова помощ температурата на сместа се повишава и се получава стъпаловидно разреждане на сместа, отдалечавайки я от равновесното състояние, което допринася за увеличаване на скоростта и селективността на реакцията.

3. Производство на стирен

Технология за съвместно производство на стирен и пропиленов оксид

Общата технологична схема за съвместно производство на стирен и пропиленов оксид е показана на фиг. 3. При тази технология окислението на етилбензен се извършва в плоча колона 1. В този случай както нагрятият етилбензен, така и въздухът се подават към дъното на колоната. Колоната е оборудвана с намотки, разположени върху плочи. Топлината се отстранява от водата, подадена към тези намотки. Ако се използва катализатор за интензифициране на процеса, тогава процесът трябва да се проведе в серия от последователно свързани балонни реактори, в които заряд от етилбензен (смес от пресен и рециклиран етилбензен с разтвор на катализатор) се подава в противоток на въздуха . В този случай продуктите на окисление преминават последователно през реактори, всеки от които се захранва с въздух.

Паро-газовата смес от горната част на реактора влиза в кондензатор 2, в който се кондензира главно увлеченият етилбензол, както и примеси от бензоена и мравчена киселина. След отделяне на кондензата от кутиите, той се изпраща в скрубер 4 за неутрализиране на киселини с алкали. След неутрализация етилбензенът се връща в реактор С 1. Етилбензенът също се подава там от колона 10. Газовете се отстраняват от системата. Оксидът от дъното на колона 1, съдържащ около 10% хидропероксид, се изпраща в дестилационна колона 3 за концентриране. Концентрирането на хидропероксида се извършва под висок вакуум. Въпреки високите енергийни разходи, този процес се извършва най-добре в двойна дестилационна единица. В този случай в първата колона част от етилбензола се дестилира при по-нисък вакуум, а във втората колона при по-дълбок вакуум се дестилира останалият етилбензен с примеси. Дестилатът от тази колона се връща в първата колона, а в куба се получава концентриран (до 90%) хидропероксид, който се изпраща за епоксидиране. Оксидирането се охлажда предварително в топлообменник 5 с оригиналния етилбензен.

Ориз. 4. Технологична схема за съвместно производство на стирен и пропиленов оксид; 1 - окислителна колона; 2 - кондензатор; 3.7-10.18 - дестилационни колони; 4 - алкален скрубер; 5,12,14 - топлообменници; 6 - колона за епоксидиране; 11 - смесителен изпарител; 13,15 - реактори за дехидратация; 16 - хладилник; 17 - Флорентински съд; I - въздух; II - етилбензен; III -пропилен; IV - алкален разтвор; V - газове; VI - разтвор на катализатор; VII -пропиленов оксид; VIII - смоли; IX - воден слой; X - стирен; XI - за дехидрогениране; XII-чифтове

В колона 3 етилбензенът с киселинни примеси се дестилира, така че горният продукт също се изпраща в скрубер 4. От дъното на колона 3 концентрираният хидропероксид влиза в епоксидиращата колона 6. (Епоксидирането може да се извърши и в каскада от реактори. ) В долната част на колоната се подава разтвор на катализатор - смесен разтвор от куб на колона 9. Там се подава и пресен катализатор. В долната част на колоната се подава и пресен и обратен (от колона 7) пропилен. Реакционните продукти, заедно с разтвора на катализатора, се отстраняват от горната част на колоната и се изпращат в дестилационна колона 7 за дестилация на пропилей. Газовете се отстраняват от горната част на колоната и от системата за изхвърляне или изгаряне. Продуктът от дъното на колона 7 влиза в дестилационната колона 8 за изолиране на продукта пропилей оксид като дестилат. Течността от дъното на колона # влиза в колона 9 за отделяне на продуктите на синтеза от разтвора на катализатора.

Разтворът на катализатора от дъното на колоната се връща в колоната за епоксидиране 6, а горният продукт влиза в дестилационната колона Yull за отделяне на етилбензен от метилфенилкарбинол и ацетофенон. Смес от метилфенилкарбинол (MPC) и ацетофенон се подава в изпарител 11, в който метилфенилкарбинол и ацетофенон се изпаряват и отделят от смолите с помощта на прегрята пара. Паровата смес, прегрята до 300 °C, влиза в реактор 13 за дехидратиране на метилфенилкарбинол. В този реактор се извършва частична дехидратация. Тъй като реакцията на дехидратация е ендотермична, преди продуктите на дехидратация да влязат в друг реактор (реактор 15), продуктите на дехидратация се прегряват в топлообменник 14.

Конверсията на метилфенилкарбинол след два реактора достига 90%. Продуктите от дехидратацията се охлаждат с вода в хладилника 76 и постъпват във флорентинския съд 17, в който органичният слой се отделя от водния. Горният въглеводороден слой влиза в дестилационната колона 18 за отделяне на стирен от ацетофенон. След това ацетофенонът се хидрогенира в отделна инсталация в метилфенилкарбинол, който влиза в отдела за дехидратация.

Селективността на процеса за пропиленов оксид е 95-97%, а добивът на стирол достига 90% за етилбензен. В този случай от 1 тон пропиленов оксид се получават 2,6-2,7 тона стирен.

По този начин разглежданата технология представлява сложна система, включваща много рециклирания на етилбензен, пропилен и катализатор. Тези рецикли водят, от една страна, до увеличаване на енергийните разходи, а от друга позволяват процесът да се проведе в безопасни условия (при ниска концентрация на хидропероксид - 10-13%) и да се постигне пълно превръщане на реагентите: етилбензен и пропилен.

Следователно този процес трябва да бъде оптимизиран. Предложената технологична схема използва пълноценно топлината на реакциите и потоците. Въпреки това, вместо хладилник 16 е по-добре да се използва котел за отпадна топлина, в който може да се произвежда пара с ниско налягане. За да направите това, е необходимо да подадете воден кондензат към котела за отпадъчна топлина, от който ще се произвежда пара. Освен това е необходимо да се предвиди по-пълно използване на отпадъчни газове и смола, алкален разтвор на соли от скрубер 4, както и допълнително пречистване на водния слой на флорентинския съд. Най-същественото подобрение в технологичната схема може да бъде замяната на дехидратиращите реактори с колона, в която може да се организира комбиниран реакционно-дестилационен процес. Този процес протича върху йонообменен катализатор във вариант пара-течност, т.е. при точката на кипене на смесите, преминаващи през колоната, и може да се представи с диаграма (фиг. 5).

Ориз. 5. Принципна схема на дизайна на комбинирания процес

В тази версия на процеса преобразуването и селективността могат да достигнат 100%, тъй като процесът протича при ниски температури и кратко време на престой на продуктите от синтеза в реактора.Предимството на този вариант на процеса е също, че стиренът не навлиза в дъното на колоната, но се освобождава под формата на хетероазеотроп с вода (температура на кипене под 100 °C), което елиминира неговата термополимеризация.

4. Принципи в технологията на съвместно производство на стирен и пропиленов оксид

Технологията за производство на стирен и пропилей оксид използва лесно достъпни, изобилно произведени етилбензен и пропилен като суровини. Този процес не може да се класифицира като процес на нисък етап, тъй като включва няколко химични реакции: окисляване на етилбензен до хидропероксид, епоксидиране на пропилей, дехидратиране на метилфенилкарбинол, хидрогениране на ацетофенон. Въпреки това, дори такава многоетапна технологична структура позволява получаването на целеви продукти със селективност за пропилей оксид от 95-97% и добив на стирен за етилбензен до 90%. Така въпросното производство може да се класифицира като високоефективно. Освен това тази технология е ярък пример за „свързано“ производство, осигуряващо едновременното производство на няколко целеви продукта, позволява производството на стирен с по-високо качество, отколкото при дехидрогениране (от гледна точка на полимеризационните процеси) и замества екологично замърсените производство на пропилей оксид по метода на хлорохидрина. Поради многоетапния характер на технологията е необходимо да се откроят звена, които осигуряват високи конверсии в едно преминаване - епоксидиране, дехидратация, хидрогениране и тези, които нямат такъв характер - производството на етилбензен хидропероксид.

В този случай ограниченията върху превръщането на етилбензен са свързани с последователния характер на страничните реакции и експлозивността на хидропероксида при високи концентрации при температурни условия (140-160 ° C) на реакцията. Съответно рециклираните потоци, насочени към пълното използване на суровината, имат големи обеми в етапа на окисляване и по-малки обеми за други етапи (рециклиране през разтвора на катализатора на етапа на епоксидиране; рециклиране чрез връщане на етилбензен.

Поради многоетапния си характер, тази технология изисква пълно прилагане на принципа на пълно изолиране на продуктите от реакционната маса, тъй като именно чистите съединения, влизащи във всеки етап от химичната трансформация, осигуряват висока производителност на процеса като цяло. . Екзотермичният характер на процесите на окисляване и епоксидиране дава възможност да се използват енергийните ресурси (пара), получени на тези етапи, за процеси на разделяне и по този начин да се осигури прилагането на принципа на пълно използване на енергията на системата. Като цяло разработеното и внедрено у нас технологично решение е високоефективно.

5. Дехидрогениране на етилбензен

Дехидрогенирането на етилбензен до стирен протича съгласно реакцията:

C6H5CpCp > C6H5CH=Cp + p

Реакцията е ендотермична и протича с увеличаване на обема. Съответно, с повишаване на температурата и намаляване на парциалното налягане на въглеводорода, степента на превръщане на етилбензена в стирен се увеличава. При налягане от 0,1 MPa тази зависимост изглежда така:

Температура на дехидрогениране, K 700 800 900 1000

Равновесна степен на преобразуване 0,055 0,21 0,53 0,83

За да се увеличи дълбочината на трансформация, суровината се разрежда с водна пара, което е еквивалентно на намаляване на налягането на реагиращата смес. По този начин, при 900K, равновесната степен на дехидрогениране на етилбензен в стирен, в зависимост от разреждането с водна пара, се увеличава, както следва:

Моларно съотношение pO: C6H5CH=Cp 0 5 10 20

Равновесна степен на дехидрогениране 0,53 0,77 0,85 0,9

Когато етилбензенът се дехидрогенира, заедно със стирола се образуват редица странични продукти. По-специално, в съответствие със схемата за химична трансформация, дадена по-долу, бензенът и толуенът се получават в най-големи количества:

C6H5C2H5 > C6H5CH=Cp + p (стирен)

C6H5C2H5 > C6H6 + C2H4 (бензен)

C6H5C2H5 > C6H5Cp + CH4 (толуен)

C6H5C2H5 > C6H6 + C2H6 (бензен)

C6H5C2H5 > 7C + CH4 + 3p

Следователно, в допълнение към водорода, полученият газ съдържа метан, етилен, етан и въглеродни оксиди (поради конверсия на кокс).

В промишлеността се използва разреждане с водна пара в съотношение пара: газ = (15-20): 1 и реакцията се провежда при температура 830-900 K. Катализаторите се приготвят на базата на железен оксид с добавки K и Cr . На тях също възникват странични трансформации, така че реакцията на дехидрогениране може да бъде представена чрез следната схема:

Селективността за стирен е около 98%. В допълнение към реакцията на разлагане върху катализатора се образуват въглеродни отлагания. Водната пара, подадена за разреждане, не само измества равновесието, но и газифицира въглеродните отлагания по повърхността на катализатора. Катализаторът се регенерира непрекъснато, а експлоатационният му живот е 1,5-2 години.

Обратима ендотермична реакция се провежда адиабатично във фиксиран слой на катализатора. Процесът в двуслоен реактор с разпределение на парата между слоевете позволява повишаване на степента на конверсия. Използването на реактор с радиални каталитични слоеве значително намалява неговото хидравлично съпротивление. Реакционната смес след реактора се изпраща за разделяне. Топлината на реакционната смес се възстановява.

На фиг. Фигура 6 показва диаграма на потока за дехидрогениране на етилбензен. Оригиналният етилбензен се смесва с рециклиран от дестилационния блок и с водна пара и се изпарява в топлообменник 2. Парите се прегряват в топлообменник 4 до 500 - 520°C. Изпарител 2 се загрява от димни газове, а прегревател 4 от контактен газ, напускащ реактор 3. Парите от алкилбензен и вода се смесват пред реактора с прегрята водна пара при температура 700-730 °C. Прегрятата пара се генерира в прегряваща пещ 1, където се изгарят гориво от инсталационната мрежа и водородсъдържащ газ от отделението за дехидрогениране.

Температурата на сместа на входа на катализаторния слой е 600-640°C, на изхода се понижава с 50-60°C поради протичането на ендотермична реакция на дехидрогениране. Топлината на контактните газове се възстановява последователно в топлообменника 4 и котела за отпадна топлина 5. Наситената водна пара от котела за отпадна топлина се използва за разреждане на етилбензена. Контактният газ постъпва в пеноапарата, където допълнително се охлажда до 102°C и се почиства от праха от катализатора. Охлаждането и кондензацията на водата и въглеводородите от контактния газ се извършва във въздушния охладител 7 и след това в кондензаторите за вода и солен разтвор (не са показани на диаграмата). В сепаратор 8 газообразните реакционни продукти се отделят като запалими VER. Въглеводородите се отделят от водата във фазов сепаратор 9 и се изпращат за ректификация. Водният слой навлиза в апарата за пяна 6 и след почистване от разтворени въглеводороди (не е показано) се подава към котела за отпадна топлина 5 и след това се рециклира. Излишната вода се изпраща за биологично третиране.

Ориз. 6. Схема на дехидрогениране на етилбензен в стирен: 1 - пещ за прегряване; 2 - етилбензолов изпарител; 3 - реактор за дехидрогениране; 4 - етилбензолов нагревател; 5 - бойлер; b - апарат за пяна; 7 - въздушен охладител; 8- сепаратор; 9 - фазов сепаратор. Потоци: EB - етилбензен (пресен рециклиран); H2, CH4 - запалими газове в горивната мрежа; ДГ - димни газове; К - кондензат; PD - продукти на дехидрогениране.

Въглеводородният кондензат съдържа следните реакционни продукти:

Бензен (B) ~2 80.1

Толуен (Т) ~2 110.6

Етилбензен (EB) 38,136.2

Стирен (St) 58 146,0

Тук са дадени и точките на кипене на компонентите. В съответствие с правилата за разделяне на многокомпонентна смес (изградена е схема за отделяне на кондензат. Етилбензолът и стиролът са близко кипящи течности, така че бензенът и толуенът първо се отделят от тях. Те се отделят отделно в дестилационна колона. Етилбензенът се отделя от стирен в колоната и се връща за дехидрогениране като рецикл.Стиренът претърпява допълнително пречистване в следващата дестилационна колона.Тъй като лесно се димеризира, пречистването се извършва при условия на вакуум при температура не по-висока от 120 ° C и с добавяне на инхибитор - сяра Дънните остатъци от ректификацията на стирен могат да бъдат регенерирани Ефективността на термичната верига на блока за дехидрогениране на етилбензен може да се оцени с помощта на термична ефективност.

В промишлени агрегати за дехидрогениране на етилбензен топлинната ефективност, като правило, не надвишава 28-33%. Анализът показва, че основната причина за ниската топлинна ефективност се дължи на липсата на възстановяване на топлината от нискотемпературния контактен газ. Наистина, в традиционните схеми топлината от кондензация на водна пара и въглеводороди не се използва и се губи в околната среда с въздушния поток във въздушните кондензатори и с циркулиращата вода. Диаграмата на топлинния поток в блока за дехидрогениране на етилбензен потвърждава, че значителна част от топлината, доставена с горивото, се губи в околната среда при охлаждане и кондензация на контактния газ в хладилник-кондензатор 7 и сепаратор 8 (фиг. 4).

Използването на енергийния потенциал на процеса може да бъде значително подобрено в системата на енергийните технологии. Пример за такава система при производството на стирен е интересен с това, че следва от физикохимичен анализ на условията на реакцията на дехидрогениране. Както беше отбелязано по-горе, разреждането на етилбензен с пара служи за две цели: да измести реакционното равновесие надясно и да създаде условия за непрекъснато регенериране на катализатора. Самата водна пара не участва в реакцията; трябва да се получи чрез изпаряване на вода и след това да се отдели от реакционните продукти чрез кондензация. Въпреки регенерацията на топлинните потоци, изпарението и нагряването, охлаждането и кондензацията са термодинамично необратими процеси в производството и енергийният потенциал далеч не се използва напълно.

Друг компонент, като CO2, може да има същия ефект върху процеса като водната пара. Той е инертен в реакцията, т.е. може да бъде разредител и насърчава регенерирането на катализатора чрез взаимодействие с въглеродни отлагания. CO2 се получава чрез изгаряне на горивен газ. Продуктите от горенето са енергиен носител. Това допълнително свойство на разредителя позволява да се създаде енергийно-технологична схема за производство на стирен.

Природният газ се изгаря в пещ, а запалимите газове, генерирани в процеса, се изгарят в реактор с каталитичен окислител. Получената смес от газове с температура 1050°C се изпраща към газова турбина, за да задвижи компресор и да генерира енергия. След това газове с температура 750°C се смесват с етилбензен и се изпращат в реакционна единица, състояща се от два реактора. Разреждането на етилбензен е същото като при традиционния процес с пара. Междинното нагряване на реакционната смес се извършва в топлообменник 5 с горещи газове. Получените продукти се изпращат в системата за разделяне. Неговата схема се различава от CTS, използваща водна пара, тъй като компонентите на отделената смес се различават. Но в случая това не е важно. В системата за разделяне запалимите газове се връщат към силовия блок на системата, а въглеводородната смес се изпраща за ректификация. В схемата на енергийната технология има редица други агрегати - за нагряване на етилбензен, въздух, горивен газ, използвайки топлината на нагрятите потоци. Последните са необходими за балансиране на топлинните потоци на цялата CTS. Този метод за производство на перилен препарат чрез дехидрогениране на етилбензен позволява почти удвояване на енергийната ефективност - до 70%.

Технологичната схема на ректификация е показана на фиг. 7. В дестилационна колона 1 основното количество етилбензен се отделя заедно с бензен и толуен.

След това бензенът и толуенът се отделят от етилбензен в дестилационна колона 2. В колона 3 целият етилбензен и част от стирола се дестилират като дестилат. Тази фракция се връща като захранване към колона 1. По този начин колони 1--3 работят като комплекс от три колони. Окончателното пречистване на стирен от смоли се извършва в колона 4 (често за това се използва дестилационен куб).

Всички колони, съдържащи стирен, работят под висок вакуум, така че температурата в куба да не надвишава 100 °C.

Ориз. 7. Типова промишлена схема за отделяне на стирен: 1-4 - дестилационни колони; I - масло за печка; II - етилбензен за рециклиране в подсистемата на реактора; III - бензен-толуен фракция; IV - стирен; V -- смола

Нека разгледаме някои характеристики на горната схема за технологично разделяне. При такава производствена схема обикновено се използва вариант, при който второто определено разделяне се извършва в първия етап. А именно, в първата колона бензенът и толуенът се дестилират заедно с етилбензен, а след това силно летливи компоненти се дестилират от етилбензен. По отношение на разходите за енергия тази опция е по-малко изгодна. По същото време. Като се има предвид реактивността на стирола (висока активност и способност за термополимеризация), тази опция е по-предпочитана. Освен това, ако вземем предвид малкото съдържание на бензен и толуен в реакционната смес.

Като се има предвид високата реактивност на стирола, обикновено се използва "двойна ректификация" за разделяне на двойката "етилбензен-стирен", което позволява да се намали хидравличното съпротивление на дестилационните колони и следователно температурата в кубовете, която не трябва да бъде по-висока от 100 °C (с необходимия вакуум) Именно при тази температура започва термополимеризацията на стирола. Като цяло, всяка "двойна ректификация" е неприемлива както от гледна точка на енергийни, така и на капиталови разходи. Използването на тази опция е необходима мярка .

В този случай са възможни два варианта за „двойна корекция“ (фиг. 8, а, б). При първия вариант, в първата колона, заедно с пълната дестилация на етилбензен (или силно летлив компонент за всяка друга система), част от стирола се дестилира. В този случай съотношението между етилбензен и стирен в дестилата на първата колона е избрано така, че дънната течност на колона 2 по състав приблизително да съответства на състава на първоначалната смес от колона 1.

Ориз. 8 Технологичен проект на “двойна” ректификация: а - вариант I; б- вариант II; 1-2 - дестилационни колони; I - смес от етилбензен и стирен; II - стирен и полимери; III - етилбензен

Във втория вариант чистият етилбензен се дестилира в колона 1. В дъното на тази колона остава такова количество етилбензен, което позволява при приемлив вакуум да се поддържа температура не повече от 100 ° C. В колона 2 останалият етилбензен се дестилира като дестилат заедно със стирен, количеството на което се определя от съотношението на етилбензен и стирен в изходната смес на първата колона.В случай на разделяне на етилбензен и стирен може да се даде предпочитание на първия вариант на "двойна ректификация", при който само част от стирола се нагрява в колона 2, докато при втория вариант целият стирол се нагрява в дъната на двете колони и това дори и във вакуум води до загубите му поради термополимеризация.

Вярно е, че голяма разлика в разходите за енергия може да компенсира загубата на стирен, но това изисква по-подробно сравнение. За решаване на проблема с разделянето на двойката "етилбензен - стирен" може да се предложи вариант с една колона, пълна с набивка с ниско хидравлично съпротивление. В този случай, предвид големите обратни потоци, ще има различни количества течност и потоци пара по височината на колоната. Следователно, за стабилна работа на набита колона са необходими различни диаметри на горната и долната част на колоната (фиг. 9.). Такава колона ви позволява да разделите тази двойка компоненти при температура в куба на колоната не по-висока от 100 °C.

Ориз. 9. Набивна колона с усилващи и изпускателни части с различни диаметри: I - смес от етилбензен и стирол; II - стирен и полимери; III - етилбензен

По-предпочитана промяна в технологията за разделяне на реакционната смес е подаването й в парната фаза. В този случай няма нужда да се кондензират реакционни двойки (кондензацията както на водата, така и на солевия разтвор се елиминира).Това води до значително намаляване на консумираната енергия в системата като цяло. Освен това, тъй като процесът на дехидрогениране на етилбензен се извършва в присъствието на водна пара и всички въглеводороди (бензен, толуен, етилбензен, стирен и др.) Образуват хетероазеотропи с вода (Таблица 1). тогава дори при атмосферно налягане температурата в колоните ще бъде под 100 °C, тъй като точката на кипене на хетероазеотропите на въглеводородите с вода винаги е по-ниска от 100 °C. Трябва да се поддържа известен вакуум в колоните само за да се предотврати повишаването на температурата поради хидравличното съпротивление на колоните. Освен това стиренът се нагрява в присъствието на вода, т.е. той е в разредено състояние, което намалява неговата реактивност.

маса 1

Един от вариантите на технологичната система за разделяне на продуктите от дехидрогениране на етилбензен в присъствието на вода е показан на фиг. 7.6. Първоначалната смес при температура, близка до температурата на кондензация, се подава в парната фаза в колона 1. В тази колона бензенът и толуенът се дестилират под формата на хетероазеотропи с вода. Парният поток, напускащ горната част на колоната, се кондензира и кондензатът навлиза във флорентински съд 7. Долният воден слой се връща в колона 1, а горният въглеводороден слой се подава към горната част на колона 2.

Ориз. 10. Технологична схема за разделяне на продуктите от дехидрогениране на етилбензен в стирен при подаване на реакционни продукти в парната фаза: 1-6 - дестилационни колони; 7 -- сепаратор течност-течност; I - фракция бензен-толуен; II - етилбензен; III - стирен; IV - смоли; V -- фюзелна вода

В тази колона водата се дестилира от бензен и толуен под формата на хетероазеотроп. Парният поток от колона 2 се комбинира с парния поток от колона 1. Дехидратираният бензен и толуен се отстраняват от дъното на колона 2. Долният поток от колона 1 също се изпраща в парна фаза към двуколонен блок, състоящ се от колони J и 4. В колона 3 етилбензенът се дестилира под формата на хетероазеотроп с вода. Парите се кондензират и кондензатът влиза във флорентински съд 7. Долният воден слой се връща в колона 3, а горният въглеводороден слой влиза в колона 4. В тази колона водата се дестилира от етилбензен под формата на хетероазеотроп. Парният поток от тази колона се комбинира с парния поток от колона 3. Дехидратираният етилбензен се отстранява от дъното на колона 4. Долният продукт на колона 3 влиза във флорентинския съд 7, горният стиренов слой влиза в дестилационната колона 5, в която водата се дестилира под формата на хетероазеотроп. Парите кондензират и кондензатът навлиза във флорентинския съд 7, горният стиренов слой се връща в колона 5, а долният воден слой навлиза в стрипинг колоната 6. Долният слой от флорентинския съд 7 също влиза там, в който долният продукт от дестилационната колона 3 е стратифицирана.Парите от колона 6 се комбинират с парите от колона 5. Стиренът може да бъде отстранен от дъното на колона 5 в парната фаза и разтвор на смола може да бъде отстранен от куба. Фюзелната вода се отстранява от куба на колона 6. Горните слоеве на флорентинските съдове са въглеводороди, съдържащи вода (0,01-0,02% тегл.), а долните слоеве са вода, съдържаща въглеводороди (0,01% тегл.). Поради това стрипинг колони 2 и 4 могат да бъдат изключени от технологичната схема, тъй като разтворимостта на водата във въглеводороди е ниска и етилбензенът се връща за дехидрогениране, което се извършва в присъствието на вода.

Има патент за метод за производство на стирен, който е издаден на Воронеж АД Синтезкаучукпроект за период от 6 години от 28.11.2006 г. до 28.11.2006 г. 2012 г., чиято същност е метод за получаване на стирен чрез каталитично дехидрогениране на етилбензен в многостъпални адиабатни реактори при повишени температури в присъствието на водна пара. Целта на изобретението е оптимален метод за производство на стирен с минимални отпадъци и емисии на вредни вещества в атмосферата.

Тази цел се постига чрез факта, че в известния метод за производство на стирен, възстановяването на топлината от контактния газ се извършва първо в котли за отпадна топлина с воден кондензат, пречистен от ароматни въглеводороди, който се пречиства чрез ректификация във вакуумна дестилационна колона в присъствието на рециркулиращ екстрагент на бензен-толуеновата фракция, след това охладен в апарат за пяна воден кондензат, подаван от утаителя и сепарационния блок, където поради охлаждане на контактния газ, въглеводородите се отделят от водния кондензат, преди да бъде подаден за пречистване, вторична вода парата, генерирана в котли за отпадъчна топлина, се изпраща в пещ за прегряване и след това се смесва с етилбензеновия заряд, а излишният воден кондензат се използва за захранване на циркулиращата вода, въглеводородният кондензат се отделя в дестилационни колони с редовно опаковане под вакуум, тежки въглеводороди ( KORS) се използват за приготвяне на лак KORS и като гориво за пещ за прегряване на пара, пречистване на некондензиран газ и издухване от помпи и резервоари от ароматни въглеводороди се извършва в пакетиран скрубер, напояван с обратен етилбензол, охладен до 5-6 ° C под свръхналягане, което след абсорбиране се изпраща към линията за връщане на етилбензен или към линията за въглеводороден кондензат, отработеният газ се изпраща директно в пещ за прегряване на пара за изгаряне, чиито димни газове се използват за получаване на изпратена гореща вода за нагряване на дъното на колоната за разделяне на ректифициран стирен.

6. Принципи в технологията за получаване на стирен чрез дехидрогениране на етилбензен

Технологията за получаване на стирен чрез дехидрогениране на етилбензен е едноетапен химичен процес. Като суровина се използва наличният етилбензен, получен чрез алкилиране на бензен с олефини. Технологичните решения, използвани в промишлеността с въвеждането на пара между два или три слоя катализатор, използването на топлообменни устройства, вградени в реактора, както и ефективна каталитична система правят възможно с доста висока селективност от около 90%, за постигане на превръщане на етилбензен в едно преминаване на ниво от 60-75%. Рециркулационният поток от бензол, свързващ сепарационната и реакторната подсистеми на технологията, осигурява пълно преобразуване на суровината.

Намаляването на консумацията на енергия за процеса на дехидрогениране може да се постигне не само чрез ефективен топлообмен между входящите и изходящите потоци, но и чрез използването на инертен газ вместо водна пара (енергиен носител и разредител). В този случай топлината трябва да се подава между слоевете на катализатора с помощта на вградени топлообменници. Замяната на парата с инертен газ (азот, CO 2) избягва многократно изпаряване и кондензация на вода, която има висока латентна топлина на изпарение. В този случай разходите за пречистване на воден кондензат, замърсен с ароматни съединения, също ще намалеят и общото потребление на вода от производството ще намалее.

Важен компонент на технологията е подсистемата за разделяне. В този случай, както беше отбелязано по-рано, съществен фактор, влияещ върху цялостната производителност на технологията, са режимите на ректификационно разделяне. Те трябва да осигуряват условия, при които няма термополимеризация на стирола. Енергийно най-целесъобразно е вместо двойна ректификация да се използва една напълнена колона с ниско хидравлично съпротивление или схема на хетероазеотропни ректификационни комплекси.

И накрая, хетерогенният каталитичен характер на процеса прави доста лесно създаването на устройства и технологични линии с голям единичен капацитет.

стирен етилбензен ректификация

Заключение

Тази курсова работа очертава свойствата и основните методи за производство на стирен, а също така конкретно разглежда и описва подробно най-често срещаната и подходяща схема за производство на стирен - производството на стирен чрез дехидрогениране на етилбензен. Оказа се, че този метод е по-достъпен, енергоемък, икономичен и ефективен от всички методи за производство на стирол. Това се обосновава с факта, че технологията за производство на стирен чрез дехидрогениране на етилбензен е едноетапен химичен процес. Като суровина се използва наличният етилбензен. Технологичните решения, използвани в промишлеността с въвеждането на пара между два или три слоя катализатор, използването на топлообменни устройства, вградени в реактора, както и ефективна каталитична система, позволяват да се постигне пълно преобразуване на суровината с доста висока селективност около 90%.

Намаляването на консумацията на енергия за процеса на дехидрогениране може да се постигне и чрез използване на инертен газ вместо водна пара (енергиен носител и разредител). В този случай топлината трябва да се подава между слоевете на катализатора с помощта на вградени топлообменници. Замяната на парата с инертен газ (азот, CO 2) избягва многократно изпаряване и кондензация на вода, която има висока латентна топлина на изпарение. В този случай разходите за пречистване на воден кондензат, замърсен с ароматни съединения, също ще бъдат намалени и общото потребление на вода от производството ще бъде намалено.

Списък на използваната литература

1. Hauptmann Z., Graefe Y., Remane H. Органична химия. пер. с него. /Ред. Потапова В.М. - М., Химия, 2009. - 832 с., ил.

2.Органична химия. Б.Н. Степаненко.-6 изд.-М .: Медицина, 1980, 320 с., ил.

3. Органична химия; Учебник за техникуми.4-то изд., рев. и допълнителен - М.: Химия, 1989. - 448 с.

4. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Началото на органичната химия. В две книги. Книга 2. Изд. 2-ри, прев. М., "Химия", 1974 г. 744 стр. , 30 таблици, 49 фигури.

5. В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов Принципи на технологията на основния органичен и нефтохимичен синтез: Учебник. помагало за ВУЗ/. - 2-ро изд., преработено. - М.: Висше училище, 2012. - 536 с., ил.

6. А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен Обща химична технология - М.; ICC "Akademkniga" 2004. -357 с.

7. Лебедев Н.Н. Химия и технология на основния органичен синтез. - М.: Химия, 2008. - 582 с.

8.Лисицин В.Н. Химия и технология на междинните продукти: Учебник за ВУЗ. - М.: Химия, 2014. - 368 стр.

9. Хананашвили Л.М., Андриянов К.А. Технология на елементоорганичните мономери и полимери: Учебник за ВУЗ. - М.: Химия, 2010. - 413 с., ил.

10. Патент 2322432 (13) C1, Воронеж OJSC "Sintezkauchukproekt".

Подобни документи

Свойства на стирола и области на приложение. Суровини за промишлено производство на стирен. Схема за производство на етилбензен. Функционални и химични производствени схеми и тяхното описание. Технологична схема за получаване на стирен чрез дехидрогениране на етилбензен.

тест, добавен на 26.11.2011 г

Промишлени методи за производство на стирен. Каталитично дехидрогениране на етилбензен, получен от бензен и етилен. Основни технологични схеми за отделяне на стирол. Оптимална температура на дехидрогениране. Изчисляване на производствени процеси и устройства.

курсова работа, добавена на 09.10.2012 г

Обща характеристика на технологичната схема за производство на формалин и стирен. Разглеждане на характеристиките на дехидрогенирането и окисляването на първичните алкохоли. Въведение в технологията за хидрогениране в газова фаза. Основни етапи на производство на висши мастни алкохоли.

презентация, добавена на 07.08.2015 г

Физико-химични основи на процеса на получаване на етилбензен в присъствието на хлорид, схема на процеса. Материален баланс на процеса на получаване на етилбензен чрез алкилиране в присъствието на алуминиев хлорид. Изчисляване на топлинния баланс на алкилатора.

курсова работа, добавена на 08/09/2012

Реакции за получаване на етанол. Избор на условия на процеса. Тип и конструкция на реактора. Технологични особености на производството на етилбензен. Варианти на апаратното оформление на реакторния блок. Продукти, получени чрез алкилиране на феноли и тяхното предназначение.

резюме, добавено на 28.02.2009 г

Физико-химични характеристики на пропилей оксид. Промишлени методи за получаване на това съединение. Схема за производство на пропилей оксид по метода на хлорохидрина. Технологии за производство на пероксид и кумол. Съвместно производство на пропилей оксид и стирен.

курсова работа, добавена на 16.07.2015 г

Концепцията и значението на полимеризацията, характеристиките на етапите на този процес на примера на радикалния механизъм. Същността и преглед на методите за производство на полистирол, неговите физични и химични свойства като вещество. Анализ на области на приложение и технология на обработка.

презентация, добавена на 17.11.2011 г

Комбинирано дехидрогениране и окисление на метанол. Получени и странични продукти. Условия за процеса. Проектиране на реакционния блок. Получаване на формалдехид чрез дехидрогениране или окисляване на първични алкохоли. Дехидрогениране на първични алкохоли.

резюме, добавено на 27.02.2009 г

Характеристики на дехидрогениране на циклохексанол на различни катализатори. Иновации в метода за производство на циклохексанон. Материално изчисление на етапа на коригиране. Токсични характеристики на използваните вещества. Проектно остойностяване на продуктите.

дисертация, добавена на 21.10.2013 г

Кратка история на производството на карбамид-формалдехидни смоли. Суровина за производство, механизъм на образуване, технология на производство и използване на карбамид-формалдехидни смоли. Същност, химични свойства и функционалност на уреята и формалдехида.

Технология за съвместно производство на стирен и пропиленов оксид

Ориз. 5.

Вкъщи нямаше цветя, исках да купя всичко, но съжалявах за парите, а вчера донесоха цветя на работа за 150 рубли, така че ги купих, избрах 2, а синът ми избра третия (в средата )! Драцена (вдясно) Екология на дома Драцената има повишена способност да овлажнява въздуха. В помещението, където се намира, съдържанието на формалдехид във въздуха намалява. Също така е способен да абсорбира и неутрализира бензен, толуен, етилбензен, ксилен и циклохексанон. Енергията на драцената Смята се, че драцената е символ на власт, престиж и просперитет. Може да пречисти енергията на дома, особено там, където живеят...

ВСИЧКО ЗА ЛЕЧЕНИЕТО СЪС СОДА (от съученици)

Съвет 1: ВСИЧКО ЗА ЛЕЧЕНИЕТО СЪС СОДА Области на приложение 1. Профилактика и лечение на рак. 2. Лечение на алкохолизъм. 3. Спрете пушенето. 4. Лечение на всички видове наркомании и токсикомании. 5. Отстраняване на олово, кадмий, живак, талий, барий, бисмут и други тежки метали от тялото. 6. Отстраняване на радиоактивни изотопи от тялото, предотвратяване на радиоактивно замърсяване на тялото. 7. Измиване, разтваряне на всички вредни отлагания в ставите и гръбначния стълб; камъни в черния дроб и бъбреците, т.е. лечение на радикулит, остеохондроза, полиартрит, подагра, ревматизъм, уролитиаза, холелитиаза; разтваряне на камъни в...

Алкилирането е процес на въвеждане на алкилови групи в молекули на органични и някои неорганични вещества. Тези реакции са от голямо практическо значение за синтеза на ароматни съединения, алкилирани в ядрото, изопарафини, много меркаптани и сулфиди, амини, вещества с етерна връзка, елементни и органометални съединения, продукти от обработката на α-оксиди и ацетилен. Процесите на алкилиране често са междинни етапи в производството на мономери, детергенти и др.

ХАРАКТЕРИСТИКА НА ПРОЦЕСИТЕ НА АЛКИЛИРАНЕ

Класификация на реакциите на алкилиране.Най-рационалната класификация на процесите на алкилиране се основава на вида на новообразуваната връзка.

АлкилировАцияотатом въглерод(С-алкилироция)се състои от заместване на водородния атом, разположен при въглеродния атом, с алкилова група. Парафините са способни на това заместване, но алкилирането е най-типично за ароматните съединения (реакция на Фридел-Крафтс):

Алкилиране чрез атомкислородИсяра(О- иС-алкилиране)е реакция, при която алкилова група се свързва с кислороден или серен атом:

Алкилиране чрезатом азот (н-алкилиране)се състои от заместване на водородни атоми в амоняк или амини с алкилови групи. Това е най-важният метод за синтез на амини:

Както при реакциите на хидролиза и хидратация, N-алкилирането често се класифицира като амонолиза (или аминолиза) на органични съединения.

Алкилиране отатоми други елементи(Si-, Pb-, А1-алкилиране)е най-важният път за получаване на елементни и органометални съединения, когато алкиловата група е директно свързана с хетеро-атома:

Друга класификация на реакциите на алкилиране се основава на разликите в структурата на алкиловата група, въведена в органично или неорганично съединение.

Алкилиновата група може да бъде наситена алифатна група (например етил и изопропил) или циклична. В последния случай реакцията понякога се нарича циклоалкилиране:

Когато се въведе фенилова или обикновено арилова група, се образува директна връзка с въглеродния атом на ароматния пръстен - арилиране:

Въвеждане на винилова група (винилиране)заема специално място и се извършва главно с помощта на ацетилен:

Най-важната реакция за въвеждане на заместени алкилови групи е процесът β-оксиалкилИрованя(в специалния случай оксистилация), обхващащи широк диапазон от реакции на олефинов оксид:

Алкилиращи агенти и катализатори.

Препоръчително е всички алкилиращи агенти да се разделят на следните групи според вида на връзката, която се разрушава в тях по време на алкилирането:

ненаситени съединения (олефини и ацетилен), в които π-електронната връзка между въглеродните атоми е разкъсана;

хлорирани производни с достатъчно подвижен хлорен атом, който може да бъде заменен под въздействието на различни агенти;

алкохоли, етери и естери, по-специално олефинови оксиди, в които връзката въглерод-кислород се разкъсва по време на алкилирането.

Олефини(етилен, пропилен, бутени и тримери за висш пропилен) са от първостепенно значение като алкилиращи агенти. Поради ниската им цена, те се опитват да ги използват във всички случаи, когато е възможно. Те намират основното си приложение в С-алкилирането на парафини и ароматни съединения. Те не са приложими за N-алкилиране и не винаги са ефективни за S- и О-алкилиране и синтеза на органометални съединения.

Алкилирането с олефини в повечето случаи се осъществява чрез йонен механизъм чрез междинно образуване на карбокатиони и се катализира от протонни и апротонни киселини:

Реактивността на олефините в реакции от този тип се определя от тяхната склонност да образуват карбокатиони:

Това означава, че удължаването и разклоняването на въглеродната верига в олефина значително повишава способността му да алкилира

Хлорни производниса алкилиращи агенти с най-широк спектър на действие. Те са подходящи за C-, O-, S- и N-алкилиране и за синтеза на повечето елементарни и органометални съединения. Използването на хлорирани производни е рационално за онези процеси, при които те не могат да бъдат заменени с олефини или когато хлорираните производни са по-евтини и по-достъпни от олефините.

Алкилиращият ефект на хлорните производни се проявява в три различни вида взаимодействия: в електрофилни реакции, по време на нуклеофилно заместване и в процеси на свободни радикали. Механизмът на електрофилно заместване е характерен главно за алкилиране при въглеродния атом, но за разлика от олефините реакциите се катализират само от апротонни киселини (алуминиеви и железни хлориди). В ограничаващия случай процесът протича с междинно образуване на карбокатион

следователно, реактивоспособността на алкил хлоридите зависи от поляризацията на C-C1 връзката или от стабилността на карбокатионите и се увеличава с удължаване и разклоняване на алкиловата група: CH3-CH 2 C1< (СН 3) 2 СНС1 < (СН 3) 3 СС1

Алкохоли и етериспособен на C-, O-, N- и S-алкилиращи реакции. Етерите също включват олефинови оксиди, които са вътрешни етери на гликоли и от всички етери само олефиновите оксиди се използват практически като алкилиращи агенти. Алкохолите се използват за O- и N-алкилиране в случаите, когато са по-евтини и по-достъпни от хлорираните производни. За да се прекъсне тяхната алкил-кислородна връзка, са необходими катализатори от киселинен тип:

АЛКИЛИРАНЕ ПРИ ВЪГЛЕРОДЕН АТОМ

Процесите от този тип включват практически важни реакции на алкилиране на ароматни съединения в ядрото и реакции на алкилиране на парафини. По-общо, те могат да бъдат разделени на процеси на алкилиране при ароматните и наситените въглеродни атоми

Механизъм на реакцията. Предимно хлорирани производни и олеини се използват като алкилиращи агенти в промишлеността. Използването на алкохоли е по-малко ефективно, тъй като по време на алкилиране с алкохоли алуминиевият хлорид се разлага и протонните киселини се разреждат с получената вода. И в двата случая катализаторът е деактивиран, което води до високата му консумация.

Когато реагира с хлорирани производни или олефини, AlCl3 се изразходва само в каталитични количества. В първия случай той активира хлорния атом, образувайки силно поляризиран комплекс или карбокатион, който се среща с олефините само в присъствието на кокатализатор - HC1:

Всъщност, по време на катализа от комплекс от алуминиев хлорид с въглеводород, необходимият за това протон вече присъства под формата на α-комплекс. Той се прехвърля към олефинова молекула и полученият карбокатион атакува ароматното съединение, като цялата реакция протича в слоя на каталитичния комплекс, който непрекъснато обменя своите лиганди с въглеводородния слой. Полученият карбокатион (или силно поляризиран комплекс) след това атакува ароматното ядро и реакцията протича през междинния r-комплекс и карбокатион, последвано от бърз етап на абстракция на протони:

Структурата на алкиловата група в получения продукт се определя от правилото за междинното образуване на най-стабилния карбокатион (трет-> второ-> повторно-).Следователно, в случай на нисши олефини, първичният алкилбензен (етилбензен) се образува само от етилен, вторичният алкилбензен се образува от пропилен (изопропилбензен), а терт-бутилбензенът се образува от изобутен:

Въпреки това, по време на алкилиране с висши олефини и хлорирани производни се наблюдава изомеризация на алкилови групи, която се случва преди алкилирането, тъй като алкилбензените вече не са способни на това. Тази изомеризация протича в посока на междинното образуване на най-стабилния карбокатион, но без да се нарушава въглеродният скелет на алкиловата група, а само с движението на реакционния център. В резултат на това се получава смес от вторични алкилбензени от хлорирани производни и олефини с права верига от въглеродни атоми

а сред съединенията с разклонена верига - предимно третични алкилбензени.

Влиянието на структурата на ароматно съединение по време на реакциите на алкилиране обикновено е същото като по време на други процеси на електрофилно заместване в ароматния пръстен, но има свои собствени характеристики. Реакцията на алкилиране се характеризира с относително ниска чувствителност към електрон-донорни заместители в ядрото. По този начин, активиращото влияние на алкиловите групи и кондензираните ядра по време на катализа на реакцията A1C1 3 се променя, както следва (за бензен стойността се приема като 1):

Електрон-оттеглящите заместители силно деактивират ароматния пръстен. Хлоробензенът алкилира приблизително 10 пъти по-бавно от бензена, а карбонилните, карбокси, циано и нитро групите водят до пълно дезактивиране на ароматния пръстен, в резултат на което съответните производни изобщо не са способни на алкилиране. Това прави реакцията на алкилиране значително различна от другите процеси на заместване в ароматния пръстен, като хлориране и сулфониране.

Правилата за ориентация на алкилирането обикновено са подобни на други реакции на електрофилно ароматно заместване, но структурата на продукта може да варира значително в зависимост от катализаторите и реакционните условия. По този начин заместителите, даряващи електрони, и халогенните атоми насочват допълнително заместване предимно към чифт-И орто-позиция, обаче, при по-строги условия и особено когато се катализира от алуминиев хлорид, изомеризацията на бензенови хомолози се извършва с вътрешномолекулна миграция на алкилови групи и образуването на равновесни смеси, в които преобладават термодинамично по-стабилни изомери.

Последователно алкилиране.При алкилиране на ароматни съединения в присъствието на каквито и да било катализатори се извършва последователно заместване на водородни атоми с образуването на смес от продукти с различна степен на алкилиране. Например метилирането и етилирането на бензен води до производството на хексаалкилбензени

пропилиране - за получаване на тетраизопропилбензен и др. Всяка от реакциите при умерени температури е практически необратима. Така равновесните константи за синтеза на етилбензен от етилен и бензен при 0, 200 и 500 °C са съответно 6-10 11, 2,2-10 4 и 1,9. Въпреки това, при AlCl3 катализа и доста сурови условия на катализа с алуминосиликати и зеолити, възниква обратима реакция на трансалкилиране (диспропорциониране) с междумолекулна миграция на алкилови групи:

При същите катализатори, обратимата изомеризация, разгледана по-горе, също се случва с вътрешномолекулна миграция на алкилови групи, в резултат на което мета-изомерът преобладава сред диалкилбензените, 1,3,5-изомерът преобладава сред триалкилбензените и т.н.:

Способността на алкиловите групи да мигрират се променя в следната последователност (CH 3) 3 C > (CH 3) 2 CH > CH 3 -CH 2 > CH 3, а с активния комплекс от алуминиев хлорид тези реакции протичат доста бързо още при стайна температура, докато докато метилбензените изискват продължително нагряване.

По този начин, по време на катализа с протонни киселини и при по-меки условия с други катализатори, съставът на продуктите на алкилиране се определя от кинетични фактори, а с AlC1 3 и при по-тежки условия на катализа с алумосиликати и зеолити, равновесен състав на изомери и последователни в крайна сметка могат да бъдат установени продукти на алкилиране. Това е от голямо значение при избора на оптималното моларно съотношение на реагентите по време на алкилирането, определено от икономическите разходи за образуване на полиалкилбензени и връщането на излишния бензен.

Нежелани реакции.В допълнение към обсъденото по-рано образование

По време на алкилиране на полиалкилбензени, образуването на смола, разрушаването на алкиловите групи и полимеризацията на олефините са нежелателни.

Образуването на смола се състои в производството на кондензирани ароматни съединения с висока точка на кипене. От подобни продукти по време на алкилирането на бензена са открити диарилалкан, триарилиндани, диарилефини и др.. При алкилирането на нафталина се получава повече смола и в нея се откриват динафтил и други вещества с кондензирани пръстени. Образуването на смола става особено значимо с повишаване на температурата.

Същите условия водят до нежелано разрушаване на алкиловите групи и образуването на страничен продукт на алкилбензени с по-къса алкилова група. По този начин, когато реагира с пропилей, етилбензенът се получава като страничен продукт, с етилен - толуен и т.н. Такова разрушаване е особено забележимо по време на алкилиране с алкилхалогениди и олефини с достатъчно дълга въглеродна верига. Разрушаването вероятно настъпва на етапа на разцепване на карбокатиона, образуван от алкилиращия агент

И накрая, образуването на полимери възниква в резултат на последователното взаимодействие на карбокатион с олефин:

Полимерите имат малко молекулно тегло и тяхното образуване се потиска от наличието на излишък от ароматен въглеводород, когато концентрацията на олефин в течната фаза намалява.

Кинетика на процеса.Самата реакция на алкилиране с реактивния комплекс от алуминиев хлорид протича много бързо, силно се ускорява чрез механично разбъркване или интензивно барботиране на газообразни олефини през реакционната маса и протича в областта на дифузия или близо до нея. Скоростта му се увеличава с увеличаване на налягането, но зависи малко от температурата, като има ниска енергия на активиране. При това се запазва обичайната зависимост в реактивността на олефините – по-силна от разликата в тяхната разтворимост. Очевидно ограничаващият етап е дифузията на олефина през граничния филм на каталитичния комплекс от алуминиев хлорид, в който протичат всички реакции. Обратно, трансалкилирането протича много по-бавно и се ускорява значително с повишаване на температурата, тъй като има енергия на активиране от ~6 ZkJ/mol.

И двете реакции се забавят с постепенно дезактивиране на катализатора, но скоростта на трансалкилиране спада особено рязко. В резултат на това в реакционната смес ще се натрупа значително количество полиалкилбензени, които няма да имат време да влязат в обратима реакция на трансалкилиране.

За да се избегне това, е необходимо да се ограничи доставката на реагенти и следователно възможността за интензифициране на процеса е ограничена от най-бавната реакция на трансалкилиране.

В допълнение към примесите на реагентите, дезактивирането на катализатора се влияе от натрупването на някои странични продукти на алкилиране, които могат да свържат здраво AlC1 3 или да образуват стабилни σ-комплекси, които почти не отдават своя протон на олефиновата молекула. Такива вещества при ниски температури, когато трансалкилирането протича бавно, са полиалкилбензени, а при високи температури - полициклични ароматни съединения и смоли. В резултат на това се оказва, че оптималната производителност и консумация на катализатора при производството на етил- и изопропилбензен се постигат при определена средна температура („100°C“), когато трансалкилирането протича доста бързо, но все още има малко полициклични вещества, които деактивират катализатора.

При синтезиране на съединения с по-дълга алкилна група изборът на температура е ограничен от страничната реакция на разрушаване, а при получаване на алкилнафталини от процесите на кондензация и смолизиране. В тези случаи неговият оптимум е 30-50 °C и по време на алкилирането на нафталина селективността може да бъде допълнително увеличена чрез използване на разтворител. Това се обяснява с факта, че в реакционната система

Образуването на смола е от втори ред при нафталин или ял-килнафталин, а основната реакция е от първи ред. В резултат на това селективността към алкилнафталин се увеличава с намаляване на концентрацията на нафталин.

Технологични основи на процеса

Тъй като реакцията на трансалкилиране протича в алкилатора едновременно с алкилирането, за извършване на тези процеси заедно, част от DEBs (PABs), отделена от реакционната маса по време на ректификацията, също се подава в алкилатора заедно с бензен и етилен.

Тъй като този процес протича в областта на дифузия, е необходимо да се използва барботер за увеличаване на фазовия интерфейс;

Реакцията протича с отделяне на топлина, поради което е необходимо да се отстрани топлината, което се постига чрез изпаряване на бензен;

За по-дълбоко превръщане на етилена е необходимо да се използва повишено налягане;

Реакцията на алкилиране е последователна реакция, така че за повишаване на селективността е необходимо да се поддържа съотношението бензен: етилен = 3: 1 mol;

Алуминиевият хлорид е слаб катализатор, така че каталитичният комплекс трябва да се подготви предварително.

Етилбензенът се получава чрез алкилиране на бензен с етилен. Процесът на алкилиране на бензен с етилен е каталитичен, протича при температура в диапазона 125-138 0 C и налягане 0,13-0,25 MPa (1,3-2,5 kgf / cm 2), с топлинен ефект от 108 kJ /мол.

Дозировката на суровините играе основна роля при производството на етилбензен. Бензолът се доставя в количество, съответстващо на установеното моларно съотношение на бензен към етилен 2,8-3,6: 1. Ако съотношението бензен към етилен се наруши, концентрацията на етилбензол в реакционната маса намалява.

Високи изисквания се поставят към сушенето на суровините, тъй като влагата води до дезактивиране на катализатора и следователно до неговата консумация. Препоръчително е съдържанието на влага в бензена, подаван за алкилиране, да се поддържа на ниво от 0,002% (тегл.). За да направите това, първоначалният и обратният бензен се изсушават чрез азеотропна ректификация.

Реакционната маса (алкилат), образувана по време на процеса на алкилиране, съдържа средно:

– 45-60% от масата на нереагиралия бензен;

– 26-40% тегловни етилбензен;

– 4-12% от теглото на PAB (DEB фракция).

Корозията при производството на етилбензен се дължи на естеството на катализатора алуминиев хлорид, използван за алкилиране и инициатора на процеса - етилхлорид.

Продуктите на алкилирането, поради наличието на хлороводород в тях, имат изразени корозивни свойства, които се засилват при температури над 70 0 C

2.4 Описание на производствената схема

Процесът на алкилиране на бензен с етилен се извършва в алкилатор поз. R-1 при температура 125 - 138 0 С и налягане 0,13 - 0,25 MPa (1,3 - 2,5 kgf / cm2). Когато налягането в алкилатора се увеличи, поз. R-1 повече от 0,3 MPa (3 kgf / cm 2) подаването на бензен и етилен към алкилатора се спира.

В алкилатора поз. R-1 пристига:

Изсушена бензолова смес;

Катализаторен комплекс;

Фракция на DEBs (PABs);

Етилен;

Рециклиран каталитичен комплекс от утаителния резервоар поз. О-1;

Върнете бензен след кондензатор поз. T-1 или поз. Т-2;

Реакцията на алкилиране протича с отделяне на топлина от 108 kJ/mol, излишното количество топлина се отстранява от циркулиращия каталитичен комплекс и изпаряващ се бензен, който от горната част на алкилирането поз. P-1, смесен с отработените газове, се изпраща в кондензатора поз. Т-1 (поз. Т-2) охлажда се с циркулираща вода. Бензолов кондензат от кондензатора поз. Т-1 (поз. Т-2) тече гравитационно в алкилатора поз. R-1.

От алкилатора поз. Реакционната маса P-1 влиза през хладилника поз. Т-3, където се охлажда с циркулационна вода до температура 40 - 60 0 С, в картер поз. O-1 за утаяване на циркулиращия каталитичен комплекс.

Утаеният циркулационен каталитичен комплекс от дъното на утаителния резервоар поз. O-1 се изпомпва в алкилатора поз. R-1. Съотношението на рециркулиращия каталитичен комплекс към реакционната маса е в диапазона (0,7 - 1,3): 1 по маса.

За поддържане на дейността на рециклирания каталитичен комплекс е предвидено следното:

Подаване на етилхлорид към алкилатора поз. R-1 и в линията на рециркулиращия каталитичен комплекс.

В случай на намаляване на активността на рециркулирания каталитичен комплекс, по-долу е предвидено отстраняването му от утаителния резервоар, поз. O-1 за разлагане.

От картера поз. Реакционната маса O-1 се доставя от self-tex в колектора поз. E-1.

Алкилат от контейнер поз. Е-1 от блока за алкилиране постъпва в смесителя поз. C-1 за смесване с кисела вода, циркулираща в системата за разлагане на каталитичен комплекс в апарат: поз. O-2 поз. N-2 поз. C-1 поз. О-2. Съотношението на циркулиращата кисела вода, подадена към смесителя поз. С-1, а алкилатът е 2:1. В системата за разлагане през миксер поз. S-1, използвания каталитичен комплекс също се подава (в равни пропорции с пресния) след утаителя поз. О-1.

Алкилатът се утаява от водата в утаителния резервоар поз. О-2. Излишното количество вода от утаителния резервоар поз.О-2 на нивото на разделителната способност се отвежда гравитачно в колектора на инсталацията за десорбция на въглеводороди. Долният воден слой от утаителния резервоар поз. O-2 се рециркулира към смесителя поз. S-1.

Алкилат от утаителен резервоар поз. O-2 влиза в промивната колона поз. Kn-1 за вторично промиване с вода, подавана от промивната колона поз. Кн-2.

От измивната колона поз. Kn-1 алкилат влиза в контейнер поз. Е-3, изпомпва се за неутрализация в смесителя поз. S-2. Долният воден слой от промивната колона поз. Kn-3 се излива в контейнер поз. E-2 се подава в миксера поз. S-1.

Неутрализирането на алкилата се извършва с химичен реагент, съдържащ NaOH, циркулиращ в неутрализационната система по следната схема:

поз. О-3 поз. N-5 поз. C-2 поз. О-3.

В картера поз. O-3, алкилатът се утаява от разтвора на реагента. Съотношението на циркулиращия алкален разтвор и алкилата е 1,2:1.

За поддържане на постоянна концентрация на разтвора на реагента в утаителния резервоар поз. O-3, въз основа на резултатите от анализа, 15-20% (тегл.) разтвор на реагент периодично се подава в линията на циркулиращ 2-10% (тегл.) разтвор на реагент.

Неутрализиран алкилат от утаителния резервоар поз. O-3 влиза в измивната колона поз. Kn-2 за почистване от алкали. Алкилатът се измива от алкали с помощта на парен кондензат.

Долният слой е химически замърсена вода от колоната поз. Kn-2 е включен в колекцията от предмети. Е-4, откъдето алкилатът се изпомпва в колоната поз. Книга-1.

Алкилат от промивната колона поз. Kn-2 тече гравитачно в утаителния резервоар поз. О-4.

Долният слой е химически замърсена вода от утаителя поз. O-4 се източва в подземен контейнер, а алкилатът влиза в контейнера поз. Е-5, откъдето се изпомпва до склада.

Таблица № 4.9 Отпадъци от производството на етилбензен

	Съединение, %	Количество, т/г	Честота на образованието	Начин на употреба
Смола KORE (дънни остатъци от ректификация на етилбензен)	Диетилбензен, триетилбензени – 5-15, Висши кръчми – 80-95		Постоянно	Използва се като суровина за производството на сажди или като котелно гориво
Загуби от течове на оборудване във външна инсталация			Постоянно	Изпуснат в атмосферата
Химически замърсени отпадъчни води	COD не повече от 0,02, Бензол не повече от 0,005, Етилбензен не повече от 0,005,		Постоянно	След почистване те се изпращат в реката

Министерство на общото образование на Руската федерация

КАЗАН ДЪРЖАВЕН ТЕХНОЛОГИЧЕН

УНИВЕРСИТЕТ

НИЖНЕКАМСК ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕН

ИНСТИТУТ

Катедра по химия технологии

Група

Курсов проект

Предмет: Получаване на етилбензен чрез алкилиране на бензен с етилен

Студент:

Ръководител (_________)

Студент ка (_________)

Нижнекамск

ВЪВЕДЕНИЕ

Темата на този курсов проект е производството на етилбензен чрез алкилиране на бензен с етилен.

Най-разпространеният процес на нефтохимичен синтез е каталитичното алкилиране на бензен с олефини, което се обуславя от голямото търсене на алкилароматни въглеводороди - суровини за производството на синтетични каучуци, пластмаси, синтетични влакна и др.

Алкилирането е процесът на въвеждане на алкилови групи в мо- молекули на органични и някои неорганични вещества. Тези реакции са от голямо практическо значение за синтеза на алкилови ароматни съединения, изоалкани, амини, меркаптани и сулфиди и др.

Реакцията на алкилиране на бензен с алкилхлориди в присъствието на безводен алуминиев хлорид е извършена за първи път през 1877 г. от S. Friedel и J. Crafts. През 1878 г. ученикът на Фридел Балсон получава етилбензен чрез алкилиране на бензен с етилен в присъствието на ALCL3.

След откриването на реакцията на алкилиране са разработени много различни методи за заместване на водородните атоми на бензена и други ароматни въглеводороди с алкилови радикали. За тази цел са използвани различни алкилиращи агенти и катализатори 48,49.

Скоростта на алкилиране на ароматните въглеводороди е няколкостотин пъти по-висока от тази на парафините, така че алкиловата група почти винаги е насочена не към страничната верига, а към ядрото.

За алкилиране на ароматни въглеводороди с олефини се използват многобройни катализатори от естеството на силни киселини, по-специално сярна киселина (85-95%), фосфорна и пирофосфорна киселини, безводен флуороводород, синтетичен и естествен

алумосиликати, йонообменници, хетерополикиселини. Киселините в течна форма проявяват каталитична активност в реакции на алкилиране при ниски температури (5-100°C); киселини върху твърди носители, например фосфорна киселина върху кизелгур, действат при 200-300°С; алумосиликатите са активни при 300-400 и 500°C и налягане 20-40 kgf/cm² (1,96-3,92 MN/m²).

Уместността на тази тема е, че стиренът впоследствие се получава от етилбензен чрез дехидрогениране на етилбензен.

1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ

2.1 Теоретична основа на възприетия производствен метод.

Алкилиране на бензен с етилен.Промишлените процеси за алкилиране на бензен с етилен варират в зависимост от използвания катализатор. Редица катализатори са тествани в пилотен мащаб.

През 1943 г. Копърс извършва алкилиране на бензен с етилен върху алуминосиликатен катализатор в течна фаза при 310 ° C и 63 kgf/cm² (6,17 MN/m²) с моларно съотношение етилен: бензен 1:4.

Процесът на алкилиране на бензен с етилен върху алуминиев хлорид при атмосферно или леко повишено налягане и температура 80-100 ° C е широко разпространен.

Алкилирането върху твърд катализатор с фосфорна киселина се конкурира с този метод, но само изопропилбензен може да се получи на този катализатор. Алкилирането на бензен с етилен практически не се извършва върху него.

Голяма група катализатори на алкилиране се състои от апротонни киселини (киселини на Луис) - халогениди на някои метали. Те обикновено проявяват каталитична активност в присъствието на промотори, с които образуват продукти, които са силни протонни киселини. Катализатори от този тип могат да бъдат алуминиев хлорид, алуминиев бромид, железен хлорид, цинков хлорид, титанов трихлорид и титанов тетрахлорид. Само алуминиевият хлорид има промишлена употреба.

Съществуват следните общи идеи за механизма на реакциите на алкилиране на бензен и неговите хомолози с олефини.

Алкилирането в присъствието на алуминиев хлорид се интерпретира механично

мю киселинна катализа. В този случай системата трябва да съдържа

създават промотор, ролята на който се играе от хлороводорода. Последното може

образува се в присъствието на вода:

CH3 CH=CH2 + H – CL ∙ ALCL3 ↔ CH3 – CH – CH3 ∙ CL ∙ ALCL3

По-нататъшното добавяне към ароматния пръстен става чрез механизъм, подобен на този, обсъден по-горе:

HCL(CH3)2 ∙CL∙ALCL3 +CH3 –CH–CH3 ∙CL∙ALCL3 →HCH(CH3)2 + CH(CH3)2 + CL ∙ ALCL3 + HCL + ALCL3

В присъствието на алуминиев хлорид деалкилирането протича лесно, което показва обратимостта на реакцията на алкилиране. Реакциите на деалкилиране се използват за превръщане на полиалкилбензени в моноалкил-

Термодинамика на реакцията на алкилиране.Въз основа на физико-хим

константи на въглеводородите и техните термодинамични функции - енталпия ΔН и

ентропия ΔS, можете да намерите равновесните константи и да изчислите равновесието

добиви на алкилови производни по време на алкилиране на бензен с олефини, в зависимост от

в зависимост от температурата и налягането.

Равновесният добив на етилбензен се увеличава с увеличаване на моларния

излишък на бензен и с повишаване на налягането при дадена температура.

C6 H6 + C2 H4 ↔ C6 H5 C2 H5

Когато бензенът се алкилира с етилен при температури под 250-300°C

Постига се почти пълно превръщане на бензена в етилбензен. На 450

-500°C за увеличаване на дълбочината на трансформация изисква повишаване на налягането до 10-20 kgf/cm² (0,98-1,96 MN/m²).

Реакцията на алкилиране на бензен с етилен е последователна, обратима реакция от първи ред. При задълбочаване на процеса наред с моноалкилбензена се образуват и полиалкилбензени

C6 H6 + Cn H2n ↔ C6 H5 Cn H2n+1

C6 H5 Cn H2n+1 + Cn H2n ↔ C6 H4 (Cn H2n+1)2, които са нежелани странични продукти. Следователно съставът на алкилатната реакционна смес по-често се определя от кинетични фактори, отколкото от термодинамично равновесие.

По този начин деалкилирането е термодинамично възможно с голяма дълбочина при 50-100°C. Наистина, в присъствието на алуминиев хлорид протича добре, тъй като с този катализатор процесът на алкилиране е обратим. Въпреки това, при същите температури в присъствието на киселини, деалкилирането изобщо не се случва. М.А. Далин експериментално изследва състава на продуктите от алкилирането на бензен с етилен в присъствието на алуминиев хлорид.

Съставът на реакционната смес се определя от съотношението на бензен и етилен и не зависи от начина на получаване на алкилата: директно алкилиране или деалкилиране на полиалкилбензен. Това заключение обаче е валидно само когато алуминиевият хлорид се използва като катализатор.

Процесът на алкилиране се извършва в алкилатор - реакционна колона, емайлирана или облицована с графитни плочки за защита от корозия. Три секции на колоната имат кожуси за охлаждане, но основното количество топлина се отстранява чрез изпаряване на малко бензен. Алкилирането се извършва в присъствието на течен каталитичен комплекс, състоящ се от алуминиев хлорид (10-12%), бензен (50-60%) и полиалкилбензени (25-30%). За да се образува хлороводород, който е промотор на реакцията, 2% вода от

маси на алуминиев хлорид, както и дихлороетан или етилхлорид, при чието разцепване се получава хлороводород.

За да се изолира етилбензен от алкилата, бензенът се дестилира при атмосферно налягане (следи от вода се отстраняват едновременно с бензена). Широка фракция, смес от етилбензен и полиалкилбензени, се дестилира от дънната течност при понижено налягане (200 mm Hg, 0,026 MN/m²). В следващата колона при остатъчно налягане 50 mm Hg. (0,0065 MN/m²) полиалкилбензени се отделят от смолите. Широката фракция се диспергира във вакуумна колона при остатъчно налягане 420-450 mm Hg. (0,054-0,058 MN/m²). Търговският етилбензен се дестилира в диапазона от 135,5-136,2°C.

За производството на етилбензен се използва етан - етиленовата фракция на пиролизата, съдържаща 60-70% етилен.

Бензолът за алкилиране трябва да съдържа не повече от 0,003-0,006% вода, докато търговският бензен съдържа 0,06-0,08% вода. Дехидратацията на бензена се извършва чрез азеотропна дестилация. Съдържанието на сяра в бензена не трябва да надвишава 0,1%. Повишеното съдържание на сяра води до увеличаване на потреблението на алуминиев хлорид и влошава качеството на крайния продукт.

1.2. Характеристики на суровините и получения продукт.

Име на суровини, материали,

реактиви,

катализатори.

полуфабрикати,

произведени

продукти.

Държавен номер

военни или

индустрия

стандартен

технически

стандартен

предприятия.

Показатели за качество, необходими за проверка.

Норма (според

OST, стан-

Дарту се зае

Предназначение,

област на приложение.

1.ЕТИЛБЕНЗОЛ

безцветна прозрачна течност. Основни показатели за свойствата на етилбензола:

Молекулно тегло = 106.17

Плътност, g/cm³ = 0,86705 Точка на кипене, °C = 176,1

Топене=-25.4 Мигане=20

Самозапалване = 431.

Топлина, kJ/mol

Топене = 9,95

Изпарение=33,85 Топлинен капацитет, J/mol ∙ K=106,4

Топлина на изгаряне, kcal/mol=1089,4

Разтворимост във вода, g/100ml=0.014

В промишлеността се използва главно като суровина за синтеза на стирен, като добавка към моторно гориво и като разредител и разтворител. C6 H5 C2 H5

По-голямата част от етилбензена се получава чрез алкилиране на бензен с етилен, а много по-малко количество се изолира чрез ултрависока дестилация от продукти на риформинг на бензин с права дестилация. Основни показатели за свойствата на етилбензола: Етилбензолът дразни кожата, има

конвулсивно действие. Максимално допустимата концентрация в атмосферния въздух е 0,02 mg/m³, във водни обекти

битова употреба – 0,01 mg/l. CPV 0,9-3,9% обемни. Обем на света

производството е около 17 млн. т годишно (1987 г.). Обем на производство в Русия 0,8

милиона тона годишно (1990 г.).

Н2 С=СН2. Безцветен газ със слаб мирис. Етиленът се разтваря във вода 0,256 cm³/cm³ (при 0 °C), разтваря се в алкохоли и етери.

Етиленът има свойствата на фитохормони - забавя растежа, ускорява стареенето на клетките, узряването и опадването на плодовете. Експлозивен е, CPV 3-34% (по обем), ПДК в атмосферния въздух 3 mg/m³, във въздуха на работната зона 100 mg/m³. Световно производство 50 милиона тона годишно (1988 г.).

Съдържа се в големи количества (20%) в газовете от рафиниране на нефт; е част от коксовия газ. Един от основните продукти на нефтохимическата промишленост: използва се за синтеза на винилхлорид, етиленов оксид, етилов алкохол, полиетилен и др. Етиленът се получава чрез преработка на нефт и природен газ. Проблем

Фракцията на ленения етилен съдържа 90-95% етилен с примеси на пропилен, метан, етан. Използва се като суровина при производството на полиетилен, етиленов оксид, етилов алкохол, етаноламин, поливинилхлорид и в хирургията за анестезия.

C6 H6. Безцветна течност със специфична лека миризма

У дома Образува експлозивни смеси с въздуха, смесва се добре с етери, бензин и други органични разтворители. Разтворимост във вода 1,79 g/l (при 25 °C). Токсичен, опасен за околната среда, запалим. Бензенът е ароматен въглеводород.

Основни показатели за свойствата на бензена:

Молекулно тегло = 78.12

Плътност, g/cm³=0,879

Температура, °C:

Точка на кипене = 80,1

Топене = 5,4

Мига = -11

Самозапалване=562

Топлина, kJ/mol:

Топене = 9,95

Изпарение = 33,85

Топлинна мощност, J/mol ∙ K=81,6

Бензолът се смесва във всички отношения с неполярни разтворители: въглеводороди, терпентин, етери, разтваря мазнини, каучук, смоли (катран). Той произвежда азеотропна смес с вода с точка на кипене 69,25 °C и образува двойни и тройни азеотропни смеси с много съединения.

Среща се в някои

масла, моторни горива, бензини. Широко използван в индустрията, той е суровина за производството на лекарства, различни пластмаси, синтетичен каучук и багрила. Бензолът е компонент на суровия нефт, но в индустриален мащаб се синтезира предимно от другите му компоненти. Използва се и за производството на етилбензен, фенол, нитробензен, хлоробензен, като разтворител.

В зависимост от технологията на производство се получават различни степени на бензен. Петролен бензен се получава в процеса на каталитичен реформинг на бензинови фракции, каталитично хидродеалкилиране на толуен и ксилен, както и по време на пиролиза на петролна суровина.

2.3. Описание на технологичната схема.

Приложение A представя технологична диаграма за производството на етилбензен. Процесът на алкилиране на бензен с етилен се извършва в алкилатор поз. R-1 в среда на етилхлорид при температура 125-135°С и налягане 0,26-0,4 МРа. В алкилатора се подават: изсушен бензолов заряд, каталитичен комплекс, полиалкилбензенова фракция, етилен, рециркулиращ каталитичен комплекс, обратен бензен.

Реакцията на алкилиране освобождава топлина, излишното количество от която се отстранява от рециркулиращия каталитичен комплекс и изпарения бензен. Бензолът от горната част на алкилатора, смесен с отработените газове, се изпраща в кондензатора поз. Т-1, водно охлаждане. Некондензирани газове от кондензатора поз. T-1 се изпращат към кондензатора поз. Т-2, охлажда се с охладена вода t=0°C. Отвори след кондензатора поз. T-2 се доставя за по-нататъшно възстановяване на бензенови пари. Бензолов кондензат от кондензатори поз. Т-1 и Т-2 текат гравитационно в дъното на алкилатора поз. R-1. От алкилатора поз. P-1 реакционна маса през топлообменник поз. Т-3, където се охлажда с вода до 40-60 ° C, се изпраща в резервоара за утаяване поз. Е-1 за отделяне от циркулиращия каталитичен комплекс. Утаеният каталитичен комплекс от дъното на утаителния резервоар поз. E-1 се поема от помпа поз. N-1 и се връща към алкилатора поз. R-1. За да се поддържа активността на катализатора, етилхлоридът се подава към линията на рециркулиращия комплекс. В случай на намаляване на активността на катализатора, отработеният каталитичен комплекс се отстранява за разлагане. Реакционна маса от утаителния съд поз. Е-1 се събира в контейнер поз. Е-2, откъдето поради налягането в системата за алкилиране постъпва в смесителя поз. E-3 за смесване с кисела вода, циркулираща в системата за разлагане:

утаителен резервоар поз. E-4-помпа, поз. N-2-миксер, поз. Е-3. Съотношението на циркулиращата вода, подадена към смесителя, и реакционната маса е l/2: 1. В Да, системата за разграждане се доставя от колекция от елементи. E-5 помпа поз. N-3. Реакционната маса се утаява от вода в утаителен резервоар поз. Е-4; долен воден слой с помпа поз. N-2 се изпраща към миксера; и горният слой - реакционната маса - тече гравитационно в промивната колона поз. K-1 за вторично промиване с вода, подавана от помпа поз. N-4 от промивната колона поз. К-2. От измивната колона поз. K-1 реакционна маса тече гравитационно в събирателната поз. E-6, откъдето помпата поз. N-5 се изпомпва за неутрализация в миксер поз. Е-7.

Долният воден слой от промивната колона поз. К-1 се източва гравитачно в контейнер поз. E-5 и помпа поз. N-3 се подава в миксера поз. Е-3. Неутрализиране на реакционната маса в миксер поз. Е-7 се извършва с 2-10% разтвор на натриев хидроксид. Съотношението на реакционната маса и циркулиращия разтвор на натриев хидроксид е 1: 1. Отделянето на реакционната маса от алкалния разтвор става в утаителния резервоар, поз. Е-8, откъдето реакционната маса гравитачно се влива в колоната поз. K-2 за почистване от алкали с воден кондензат. Долният слой - химически замърсената вода - се отвежда от колоната в контейнер поз. E-9 и помпа поз. N-4 се изпомпва за промиване на реакционната маса в колоната поз. К-1. Реакционната маса от горната част на колоната тече гравитационно в резервоара за утаяване поз. E-10, след което се събира в междинен контейнер, поз. E-11 и се изпомпва от помпа поз. N-7 до склада.

Технологична схема за алкилиране на бензен с етилен върху алуминиев хлорид, подходяща и за алкилиране на бензен с пропилен.

полиалкилбензени (25 – 30%). За да се образува хлороводород, който е промотор на реакцията, към каталитичния комплекс се добавя 2% вода от теглото на алуминиев хлорид, както и дихлороетан или етил хлорид, чието разцепване произвежда хлороводород.

1.5. Описание на устройствата и принципа на действие на основния апарат.

Алкилирането се извършва в колонен реактор без механично разбъркване при налягане, близко до атмосферното (Приложение Б). Реакторът се състои от четири рамки, емайлирани или облицовани с керамични или графитни плочки. За по-добър контакт има дюза вътре в реактора. Височината на реактора е 12 м, диаметърът е 1,4 м. Всяко чекмедже е снабдено с кожух за отвеждане на топлината при нормална работа на реактора (използва се и за отопление при стартиране на реактора). Реакторът се пълни догоре със смес от бензен и катализатор. Изсушен бензен, каталитичен комплекс и газ етилен непрекъснато се подават в долната част на реактора. Течните продукти от реакцията на алкилиране непрекъснато се изтеглят на височина от приблизително 8 m от основата на реактора и парогазова смес, състояща се от нереагирали газове и бензенови пари, се отстранява от горната част на реактора. Температурата в долната част на реактора е 100°C, в горната част е 90 - 95°C. Катализаторният комплекс се приготвя в апарат, от който суспензията на катализатор непрекъснато се подава в реактора за алкилиране.

Алкилаторът за получаване на етилбензен в течна фаза е стоманена колона, облицована отвътре с киселинноустойчива облицовка поз. 4 или покрити с киселиноустойчив емайл за защита на стените от корозивните ефекти на солната киселина. Устройството има четири позиции на чекмеджето. 1, свързани с фланци поз. 2. Три чекмеджета са оборудвани с ризи поз. 3 за охлаждане с вода (за отстраняване на топлината по време на реакцията на алкилиране). По време на работа реакторът се пълни с реакционна течност, чиято височина на колоната е 10 м . Над нивото на течността понякога се поставят две бобини, в които водата циркулира за допълнително охлаждане.

Работата на алкилатора е непрекъсната: към долната му част непрекъснато се подават бензен, етилен и каталитичен комплекс; сместа от реагенти и катализатор се издига до горната част на апарата и оттук се влива в резервоара за утаяване. Парите, идващи от горната част на алкилатора (състоящ се главно от бензен), кондензират и се връщат в алкилатора като течност.

При едно преминаване етиленът реагира почти напълно, а бензенът - само 50-55%; следователно, добивът на етилбензен при едно преминаване е около 50% от теоретичния; останалата част от етилена се губи за образуването на ди- и полиетилбензен.

Налягането в алкилатора по време на работа е 0,5 при(прекомерно), температура 95-100°C.

Алкилирането на бензен с етилен може да се извърши и в газова фаза върху твърд катализатор, но този метод все още се използва малко в промишлеността.

Добивът на етилбензен е 90–95% на база бензен и 93% на база етилен. Консумацията на 1 тон етилбензен е: етилен 0,297 тона,

бензен 0,770 т, алуминиев хлорид 12 - 15 кг.

2. ИЗВОДИ ПО ПРОЕКТА.

Най-евтиният етилбензен се получава чрез изолирането му от ксиленовата фракция на продуктите на реформинг или пиролиза, където се съдържа в количество от 10-15%. Но основният метод за производство на етилбензен остава методът на каталитично алкилиране на бензен.

Въпреки наличието на широкомащабно производство на алкилбензени, има редица нерешени проблеми, които намаляват ефективността и технико-икономическите показатели на процесите на алкилиране. Могат да се отбележат следните недостатъци:

Липса на стабилни високоактивни катализатори за алкилиране на бензен с олефини; катализатори, които са широко използвани - алуминиев хлорид, сярна киселина и др., причиняват корозия на оборудването и не се регенерират;

Появата на вторични реакции, които намаляват селективността на производството на алкилбензени, което изисква допълнителни разходи за пречистване на получените продукти;

Генериране на големи количества отпадъчни води и промишлени отпадъци при съществуващи технологични схеми на алкилиране;

Недостатъчен производствен капацитет на единица.

По този начин, поради високата стойност на етилбензена, в момента има много голямо търсене за него, докато цената му е сравнително ниска. Суровинната база за производството на етилбензен също е широка: бензен и етилен се получават в големи количества чрез крекинг и пиролиза на петролни фракции.

3. СТАНДАРТИЗАЦИЯ

В курсовия проект бяха използвани следните GOST:

ГОСТ 2.105-95 Общи изисквания към текстовите документи.

ГОСТ 7.32-81 Общи изисквания и правила за подготовка на курсови и дисертационни работи.

GOST 2.109 – 73 Основни изисквания към чертежа.

GOST 2.104 – 68 Основни надписи върху чертежи.

GOST 2.108 – 68 Спецификации.

GOST 2.701 – 84 Схеми, видове, видове, общи изисквания.

GOST 2.702 – 75 Правила за прилагане на различни видове схеми.

ГОСТ 2.721-74 Символи и графични символи в диаграми.

ГОСТ 21.108-78 Символно и графично представяне в чертежи.

GOST 7.1 – 84 Правила за изготвяне на списък с препратки.

4. СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНАТА ЛИТЕРАТУРА.

1. Травен В.Ф. Органична химия: в 2 тома: учебник за университети / V.F. Травен. – М.: НЦК Академкнига, 2005. – 727 с.: ил. – Библиография: с. 704 – 708.

2. Epstein D.A. Обща химическа технология: учебник за професионални училища / D.A. Епщайн. – М.: Химия, - 1979. – 312 с.: ил.

3. Литвин O.B. Основи на технологията за синтез на каучук. / ОТНОСНО. Литвин. – М.: Химия, 1972. – 528 с.: ил.

4. Ахметов Н.С. Обща и неорганична химия: Учебник за ВУЗ - 4 изд., прер. / Н.С. Ахметов. – М.: Висше училище, изд. Център Академия, 2001. – 743 с.: ил.

5. Юкелсон И.И. Технология на основния органичен синтез. / И.И. Юкелсън. – М.: Химия, -1968. – 820 с.: ил.

6. Паушкин Я.М., Аделсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология на петрохимичен синтез: част 1: Въглеводородни суровини и продукти от тяхното окисление. / Я.М. Паушкин, С.В. Аделсън, Т.П. Вишнякова. – М.: Химия, -1973. – 448 с.: ил.

7. Лебедев Н.Н. Химия и технология на основния органичен и нефтохимичен синтез: Учебник за ВУЗ - 4-то изд., преработ. и допълнителни / Н.Н. Лебедев. – М.: Химия, -1988. – 592 с.: ил.

8. Плоча N.A., Slivinsky E.V. Основи на химията и технологията на мономерите: учебник. / N.A. Plate, E.V. Slivinsky. – М.: МАИК Наука / Интерпериодика, -2002. – 696 с.: ил.