Vorlesung: Herstellung von Ethylbenzol durch Alkylierung. Isolierung und Reinigung von Ethylbenzol

03.11.2023

KURSARBEIT

in der Disziplin „Grundlagen der Technologie zur Gewinnung organischer Stoffe“

zum Thema „Technologie zur Herstellung von Styrol durch Dehydrierung von Ethylbenzol“

Inhaltsverzeichnis
Einführung
1. Styrol. Eigenschaften
2. Herstellung von Styrol
3. Styrolproduktion
5. Dehydrierung von Ethylbenzol
Abschluss

Einführung

Styrol ist eines der Hauptmonomere für die Herstellung von Polymermaterialien, auf das heute in Russland und im Ausland keine Industrie verzichten kann. Styrol wird zur Herstellung von Polystyrol, thermoplastischen Elastomeren und verschiedenen Farb- und Lackzusammensetzungen verwendet. Die Hauptmethode zur Herstellung von Styrol ist die Dehydrierung von Ethylbenzol. Dies bestimmte die Wahl des Themas der Studienarbeit.

Diese Arbeit beschreibt die Eigenschaften von Styrol, seine Anwendung, grundlegende Produktionsmethoden und technologische Prozesse.

Der Zweck der Arbeit besteht darin, die Technologie zur Herstellung von Styrol durch Dehydrierung von Ethylbenzol als Hauptmethode zur Gewinnung des betreffenden Monomers zu betrachten.

1. Styrol. Eigenschaften

Styrol C8H8 (Phenylethylen, Vinylbenzol) ist eine farblose Flüssigkeit mit spezifischem Geruch. Styrol ist in Wasser praktisch unlöslich, in organischen Lösungsmitteln gut löslich und ein gutes Lösungsmittel für Polymere. Styrol gehört zur zweiten Gefahrenklasse.

Physikalische Eigenschaften

Molmasse 104,15 g/mol

Dichte 0,909 g/cm

Thermische Eigenschaften

Schmelzpunkt -30 °C

Siedepunkt 145 °C

Eigenschaften

Styrol oxidiert leicht, fügt Halogene hinzu, polymerisiert (bildet eine feste glasartige Masse – Polystyrol) und copolymerisiert mit verschiedenen Monomeren. Die Polymerisation erfolgt bereits bei Raumtemperatur (manchmal mit Explosion), daher wird Styrol während der Lagerung mit Antioxidantien (z. B. Tert-Butylbrenzkatechin, Hydrochinon) stabilisiert. Beispielsweise erfolgt die Halogenierung bei der Reaktion mit Brom im Gegensatz zu Anilin nicht entlang des Benzolrings, sondern entlang der Vinylgruppe unter Bildung von 1,2-Dibromethylphenyl.

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

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

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

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

Toxizität

Styrol ist ein allgemein giftiges Gift, es wirkt reizend, erbgutverändernd und krebserregend und hat einen sehr unangenehmen Geruch (die Geruchsschwelle liegt bei 0,07 mg/m3). Bei einer chronischen Vergiftung sind das zentrale und periphere Nervensystem, das hämatopoetische System und der Verdauungstrakt der Arbeitnehmer beeinträchtigt, der Stickstoff-Protein-, Cholesterin- und Lipidstoffwechsel wird gestört und bei Frauen kommt es zu Störungen der Fortpflanzungsfunktion. Styrol gelangt hauptsächlich durch Inhalation in den Körper. Beim Kontakt von Dämpfen und Aerosolen mit den Schleimhäuten von Nase, Augen und Rachen führt Styrol zu Reizungen. Als Expositionstest wird der Gehalt an Benzolmetaboliten im Urin – Mandel-, Phenylglyoxin-, Gynur- und Benzoesäure – herangezogen.

Die durchschnittliche tödliche Dosis beträgt etwa 500-5000 mg/m3 (für Ratten). Styrol gehört zur zweiten Gefahrenklasse.

Maximal zulässige Konzentrationen (MAC) von Styrol:

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

Anwendung

Styrol wird fast ausschließlich zur Herstellung von Polymeren verwendet. Zu den zahlreichen Arten von Polymeren auf Styrolbasis gehören Polystyrol, Polystyrolschaum (expandiertes Polystyrol), styrolmodifizierte Polyester, ABS-Kunststoffe (Acrylnitril-Butadien-Styrol) und SAN-Kunststoffe (Styrol-Acrylnitril). Styrol ist auch Bestandteil von Napalm.

2. Herstellung von Styrol

Der größte Teil des Styrols (ca. 85 %) wird industriell durch Dehydrierung von Ethylbenzol bei einer Temperatur von 600–650 °C, Atmosphärendruck und 3–10-facher Verdünnung mit überhitztem Dampf hergestellt. Zum Einsatz kommen Eisen-Chrom-Oxid-Katalysatoren mit Zusatz von Kaliumcarbonat.

Eine weitere industrielle Methode, mit der die restlichen 15 % gewonnen werden, ist die Dehydratisierung von Methylphenylcarbinol, das bei der Herstellung von Propylenoxid aus Ethylbenzolhydroperoxid entsteht. Ethylbenzolhydroperoxid wird aus Ethylbenzol durch nichtkatalytische Oxidation mit Luft gewonnen.

Alternative Methoden zur Herstellung von Styrol werden entwickelt. Katalytische Cyclodimerisierung von Butadien zu Vinylcyclohexen mit anschließender Dehydrierung. Oxidative Verbindung von Toluol zu Stilben; Die Metathese von Stilben mit Ethylen führt zu Styrol. Styrol kann auch durch Reaktion von Toluol mit Methanol gewonnen werden. Darüber hinaus wurden aktiv Methoden zur Isolierung von Styrol aus flüssigen Pyrolyseprodukten entwickelt. Bisher ist keines dieser Verfahren wirtschaftlich sinnvoll und wurde nicht im industriellen Maßstab umgesetzt.

Unter Laborbedingungen kann es durch Erhitzen von Polystyrol auf 320 °C und sofortiger Entfernung gewonnen werden.

1) Die thermische Decarboxylierung von Zimtsäure wird bei einer Temperatur von 120–130 °C und Atmosphärendruck durchgeführt. Die Styrolausbeute beträgt ca. 40 %

2) Dehydratisierung von Phenylethylalkohol. Die Reaktion kann sowohl in der Gas- als auch in der Flüssigphase durchgeführt werden. Die Flüssigphasendehydratisierung von Phenylethylalkohol wird in Gegenwart von Phosphorsäure oder Kaliumbisulfit durchgeführt. Die Dehydratisierung in der Dampfphase erfolgt über Katalysatoren: Aluminium-, Thorium- oder Wolframoxide. Bei Verwendung von Aluminiumoxid beträgt die Ausbeute an Styrol bis zu 90 % der Theorie.

3) Synthese aus Acetophenon. Styrol kann durch Reaktion von Acetophenon mit Ethylalkohol an Kieselgel gewonnen werden:

Die Ausbeute liegt bei etwa 30 %.

4) Herstellung von Styrol aus Halogenethylbenzol:

5) Herstellung von Styrol durch Dehydrierung von Ethylbenzol.

6) Verfahren zur Herstellung von Ethylbenzol über Ethylbenzolhydroperoxid bei gleichzeitiger Herstellung von Propylenoxid (Chalkonverfahren):

7) Herstellung von Styrol durch Metathese von Ethylen mit Stilben, erhalten durch Oxidation von Toluol:

8) Herstellung von Styrol durch katalytische Cyclodimerisierung von Butadien:

Alle oben genannten Verfahren zur Herstellung von Styrol (mit Ausnahme der Dehydrierung) sind mehrstufig, verwenden hohen Druck und hohe Temperatur, was die Herstellung komplizierter und teurer macht. Einige Methoden verwenden Rohstoffe, die schwer zugänglich sind. Kleine Ausgänge.

Die wichtigste Methode zur industriellen Herstellung von Styrol ist die katalytische Dehydrierung von Ethylbenzol. Mehr als 90 % der weltweiten Ethylbenzolproduktion werden auf diese Weise hergestellt. Als Dehydrierungskatalysatoren werden komplexe Zusammensetzungen auf Basis von Zink- oder Eisenoxiden eingesetzt. Zuvor war der gebräuchlichste Katalysator ein Styrolkontakt auf ZnO-Basis. In letzter Zeit werden hauptsächlich Eisenoxidkatalysatoren mit 55-80 % Fe2O3 verwendet; 2-28 % Cr2O3; 15-35 % K2CO3 und einige Oxidzusätze. Insbesondere der NIIMSK K-24-Katalysator mit der Zusammensetzung Fe2O3 wird häufig verwendet – 66–70 %; K2CO3 – 19–20 %; Cr2O3 – 7–8 %; ZnO2 – 2,4–3,0 %; K2SiO3 – 2,0–2,6 %. Der erhebliche Gehalt an K2CO3 im Katalysator ist darauf zurückzuführen, dass es durch die Umwandlung von Kohlenstoffablagerungen mit Wasserdampf eine zusätzliche Selbstregeneration des Katalysators fördert. Der Katalysator arbeitet zwei Monate lang kontinuierlich und wird anschließend durch Abbrennen des Kokses mit Luft regeneriert. Die Gesamtlebensdauer des Katalysators beträgt 2 Jahre. [6]

Die Reaktionseinheit zur Dehydrierung von Ethylbenzol kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Eine Möglichkeit ist ein rauchgasbeheizter Rohrreaktor, wie er in Abbildung 1 dargestellt ist

Reis. 1 Reaktionseinheit zur Alkoholdehydrierung: 1 - Verdampfer-Überhitzer; 2 - Rohrreaktor; 3 - tseda; Gasgebläse

Sein Vorteil ist ein nahezu isothermes Temperaturprofil, das einen höheren Umwandlungsgrad bei guter Selektivität ermöglicht. Die hohe Metallintensität und die Kapitalkosten eines solchen Reaktors führten jedoch zur Entwicklung anderer Geräte – mit einer durchgehenden Katalysatorschicht und ohne Wärmeaustauschflächen (Abb. 2a).

Sie arbeiten unter adiabatischen Bedingungen und die Reaktionsmischung wird allmählich abgekühlt, wobei Wasserdampf hier auch die Rolle eines Wärmespeichers übernimmt und verhindert, dass die Mischung zu stark abkühlt. Bei der Herstellung von Styrol in einem einzelnen adiabatischen Reaktor beträgt die typische Ethylbenzol-Umwandlungsrate etwa 40 %. Die Nachteile eines solchen Einzelreaktors sind eine starke Abkühlung des Gemisches, eine gleichzeitige Verschiebung des Gleichgewichts in die unerwünschte Richtung und eine daraus resultierende Verringerung der Geschwindigkeit und Selektivität. Der Umwandlungsgrad kann nicht auf einen akzeptablen Wert gebracht werden, weil Dadurch erhöht sich der spezifische Dampfverbrauch.

Reis. 2 a – einzelner Reaktor vom adiabatischen Typ; b – eine Einheit aus zwei Reaktoren mit Zwischenerwärmung der Mischung; c – ein Reaktor mit mehreren Katalysatorschichten und einer unterteilten Zufuhr von überhitztem Dampf.

Andere Installationen (Abb. 2 B) bringen den Prozess näher an die Isotherme und berücksichtigen die Besonderheiten des Reaktionsgleichgewichts besser. In einer solchen Anlage gibt es 2 Reaktoren (oder zwei Katalysatorschichten). Das im ersten Reaktor abgekühlte Gemisch wird mit überhitztem Dampf erhitzt, bevor es in den zweiten Reaktor eingespeist wird. Der Reaktor in Abbildung B verfügt über zwei oder drei Ringschichten aus Katalysator, wobei die erste Schicht das gesamte Ethylbenzol, aber nur einen Teil des Wasserdampfs aufnimmt.

In den Zwischenraum zwischen den Katalysatorschichten wird zusätzlich eine Menge überhitzter Dampf zugeführt. Mit seiner Hilfe erhöht sich die Temperatur der Mischung und es kommt zu einer schrittweisen Verdünnung der Mischung, wodurch sie aus dem Gleichgewichtszustand entfernt wird, was zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit und Selektivität der Reaktion beiträgt.

3. Styrolproduktion

Technologie zur gemeinsamen Herstellung von Styrol- und Propylenoxid

Das allgemeine technologische Schema für die gemeinsame Herstellung von Styrol und Propylenoxid ist in Abb. dargestellt. 3. Bei dieser Technologie wird die Oxidation von Ethylbenzol in einer Bodenkolonne 1 durchgeführt. In diesem Fall werden sowohl erhitztes Ethylbenzol als auch Luft dem Boden der Kolonne zugeführt. Die Säule ist mit auf Platten angeordneten Spulen ausgestattet. Die Wärme wird durch das diesen Spulen zugeführte Wasser abgeführt. Wenn zur Intensivierung des Prozesses ein Katalysator verwendet wird, muss der Prozess in einer Reihe von in Reihe geschalteten Blasenreaktoren durchgeführt werden, denen eine Ethylbenzol-Charge (eine Mischung aus frischem und recyceltem Ethylbenzol mit einer Katalysatorlösung) im Gegenstrom zur Luft zugeführt wird . Dabei durchlaufen die Oxidationsprodukte nacheinander Reaktoren, denen jeweils Luft zugeführt wird.

Das Dampf-Gas-Gemisch aus dem oberen Teil des Reaktors gelangt in den Kondensator 2, in dem hauptsächlich mitgerissenes Ethylbenzol sowie Verunreinigungen an Benzoe- und Ameisensäure kondensiert werden. Nach der Abtrennung des Kondensats aus den Dosen wird es einem Wäscher 4 zur Neutralisierung von Säuren mit Alkali zugeführt. Nach der Neutralisation wird Ethylbenzol in den Reaktor C 1 zurückgeführt. Dort wird auch Ethylbenzol aus Kolonne 10 zugeführt. Gase werden aus dem System entfernt. Das Oxid vom Boden der Kolonne 1, das etwa 10 % Hydroperoxid enthält, wird zur Konzentration in die Destillationskolonne 3 geschickt. Die Konzentration des Hydroperoxids erfolgt im Hochvakuum. Trotz der hohen Energiekosten lässt sich dieser Prozess am besten in einer Doppeldestillationsanlage durchführen. Dabei wird in der ersten Kolonne ein Teil des Ethylbenzols bei geringerem Vakuum und in der zweiten Kolonne bei tieferem Vakuum der Rest des Ethylbenzols mit Verunreinigungen abdestilliert. Das Destillat dieser Kolonne wird in die erste Kolonne zurückgeführt und im Würfel wird ein konzentriertes (bis zu 90 %) Hydroperoxid erhalten, das zur Epoxidierung geschickt wird. Die Oxidation wird im Wärmetauscher 5 mit dem ursprünglichen Ethylbenzol vorgekühlt.

Reis. 4. Technologisches Schema zur gemeinsamen Herstellung von Styrol und Propylenoxid; 1 - Oxidationssäule; 2 - Kondensator; 3.7-10.18 - Destillationskolonnen; 4 – alkalischer Wäscher; 5,12,14 – Wärmetauscher; 6 - Epoxidationssäule; 11 - Mischverdampfer; 13,15 – Entwässerungsreaktoren; 16 - Kühlschrank; 17 - Florentiner Gefäß; Ich - Luft; II – Ethylbenzol; III-Propylen; IV – Alkalilösung; V – Gase; VI – Katalysatorlösung; VII - Propylenoxid; VIII – Harze; IX – Wasserschicht; X – Styrol; XI – zur Dehydrierung; XII-Paare

In Kolonne 3 wird Ethylbenzol mit sauren Verunreinigungen abdestilliert, sodass das Oberprodukt ebenfalls zum Wäscher 4 geleitet wird. Vom Boden von Kolonne 3 gelangt konzentriertes Hydroperoxid in die Epoxidierungskolonne 6. (Die Epoxidierung kann auch in einer Reaktorkaskade durchgeführt werden. ) Dem unteren Teil der Kolonne wird eine Katalysatorlösung zugeführt – eine Maischelösung aus dem Würfel der Kolonne 9. Dort wird auch frischer Katalysator zugeführt. Frisch- und Rücklaufpropylen (aus Kolonne 7) werden ebenfalls dem unteren Teil der Kolonne zugeführt. Die Reaktionsprodukte werden zusammen mit der Katalysatorlösung vom Kopf der Kolonne entfernt und zur Destillation von Propylen zur Destillationskolonne 7 geleitet. Gase werden vom Kopf der Kolonne und aus dem System zur Entsorgung oder Verbrennung entfernt. Das Sumpfprodukt der Kolonne 7 gelangt in die Destillationskolonne 8, um das Produkt Propylenoxid als Destillat zu isolieren. Die Bodenflüssigkeit der Kolonne Nr. gelangt in Kolonne 9, um Syntheseprodukte von der Katalysatorlösung zu trennen.

Die Katalysatorlösung vom Boden der Kolonne wird zur Epoxidationskolonne 6 zurückgeführt und das Oberprodukt gelangt in die Yull-Destillationskolonne zur Trennung von Ethylbenzol von Methylphenylcarbinol und Acetophenon. Eine Mischung aus Methylphenylcarbinol (MPC) und Acetophenon wird in den Verdampfer 11 eingespeist, in dem Methylphenylcarbinol und Acetophenon verdampft und mittels überhitztem Wasserdampf von den Harzen getrennt werden. Das auf 300 °C überhitzte Dampfgemisch gelangt in Reaktor 13 zur Dehydratisierung von Methylphenylcarbinol. In diesem Reaktor findet eine teilweise Entwässerung statt. Da die Dehydratisierungsreaktion endotherm ist, werden die Dehydratisierungsprodukte im Wärmetauscher 14 überhitzt, bevor sie in einen anderen Reaktor (Reaktor 15) gelangen.

Die Umwandlung von Methylphenylcarbinol nach zwei Reaktoren erreicht 90 %. Die Dehydratisierungsprodukte werden im Kühlschrank 76 mit Wasser gekühlt und gelangen in das Florentiner Gefäß 17, in dem die organische Schicht von der wässrigen getrennt wird. Die obere Kohlenwasserstoffschicht gelangt in die Destillationskolonne 18, um Styrol von Acetophenon zu trennen. Acetophenon wird dann in einer separaten Anlage zu Methylphenylcarbinol hydriert, das in die Dehydrierungsabteilung gelangt.

Die Selektivität des Verfahrens für Propylenoxid beträgt 95–97 %, und die Ausbeute an Styrol erreicht 90 % für Ethylbenzol. Dabei werden aus 1 Tonne Propylenoxid 2,6-2,7 Tonnen Styrol gewonnen.

Somit stellt die betrachtete Technologie ein komplexes System dar, das viele Rückführungen von Ethylbenzol, Propylen und Katalysator umfasst. Diese Rückführungen führen einerseits zu einem Anstieg der Energiekosten, andererseits ermöglichen sie die Durchführung des Prozesses unter sicheren Bedingungen (bei einer niedrigen Hydroperoxidkonzentration - 10-13 %) und eine vollständige Umwandlung von die Reagenzien: Ethylbenzol und Propylen.

Daher muss dieser Prozess optimiert werden. Das vorgeschlagene technologische Schema nutzt die Reaktions- und Strömungswärme voll aus. Anstelle des Kühlschranks 16 ist es jedoch besser, einen Abhitzekessel zu verwenden, in dem Niederdruckdampf erzeugt werden kann. Dazu ist es notwendig, dem Abhitzekessel Wasserkondensat zuzuführen, aus dem Dampf erzeugt wird. Darüber hinaus ist eine vollständigere Nutzung der Abgase und des Harzes, eine alkalische Salzlösung aus dem Wäscher 4 sowie eine zusätzliche Reinigung der Wasserschicht des Florentiner Gefäßes erforderlich. Die bedeutendste Verbesserung des technologischen Schemas kann der Ersatz von Dehydratisierungsreaktoren durch eine Kolonne sein, in der ein kombinierter Reaktions-Destillationsprozess organisiert werden kann. Dieser Prozess findet an einem Ionenaustauscherkatalysator in der Dampf-Flüssigkeits-Version statt, also beim Siedepunkt der die Kolonne passierenden Gemische, und kann durch ein Diagramm dargestellt werden (Abb. 5).

Reis. 5. Schematische Darstellung des Aufbaus des kombinierten Prozesses

Bei dieser Verfahrensvariante können Umsatz und Selektivität bis zu 100 % erreicht werden, da der Prozess bei niedrigen Temperaturen und einer kurzen Verweilzeit der Syntheseprodukte im Reaktor abläuft. Der Vorteil dieser Verfahrensvariante besteht auch darin, dass kein Styrol in den Reaktor gelangt Kolonnenboden, wird jedoch in Form eines Heteroazeotrops mit Wasser freigesetzt (Siedepunkt unter 100 °C), wodurch seine Thermopolymerisation verhindert wird.

4. Prinzipien der Technologie der gemeinsamen Herstellung von Styrol und Propylenoxid

Die Styrol- und Propylenoxid-Produktionstechnologie nutzt leicht verfügbares, reichlich produziertes Ethylbenzol und Propylen als Rohstoffe. Dieser Prozess kann nicht als niedrigstufiger Prozess eingestuft werden, da er mehrere chemische Reaktionen umfasst: Oxidation von Ethylbenzol zu Hydroperoxid, Epoxidierung von Propylen, Dehydratisierung von Methylphenylcarbinol, Hydrierung von Acetophenon. Aber auch ein solcher mehrstufiger Technologieaufbau ermöglicht die Gewinnung von Zielprodukten mit einer Selektivität für Propylenoxid von 95–97 % und einer Styrolausbeute für Ethylbenzol von bis zu 90 %. Somit kann die betreffende Produktion als hocheffizient eingestuft werden. Darüber hinaus ist diese Technologie ein eindrucksvolles Beispiel für eine „gekoppelte“ Produktion, die die gleichzeitige Produktion mehrerer Zielprodukte gewährleistet, die Herstellung von Styrol mit einer höheren Qualität als bei der Dehydrierung (aus Sicht der Polymerisationsprozesse) ermöglicht und umweltschädliche Stoffe ersetzt Herstellung von Propylenoxid nach der Chlorhydrin-Methode. Aufgrund des mehrstufigen Charakters der Technologie ist es notwendig, Einheiten hervorzuheben, die in einem Durchgang hohe Umsätze liefern – Epoxidierung, Dehydratisierung, Hydrierung – und solche, die keinen solchen Charakter haben – die Herstellung von Ethylbenzolhydroperoxid.

In diesem Fall hängen Einschränkungen bei der Umwandlung von Ethylbenzol mit der sequentiellen Natur der Nebenreaktionen und der Explosivität von Hydroperoxid in hohen Konzentrationen unter den Temperaturbedingungen (140–160 °C) der Reaktion zusammen. Dementsprechend haben Rückführungsströme, die auf die vollständige Nutzung des Einsatzmaterials abzielen, große Volumina in der Oxidationsstufe und kleinere Volumina für andere Stufen (Rückführung durch die Katalysatorlösung der Epoxidierungsstufe; Rückführung durch Rückführung von Ethylbenzol).

Aufgrund ihres mehrstufigen Charakters erfordert diese Technologie die vollständige Umsetzung des Prinzips der vollständigen Isolierung von Produkten aus der Reaktionsmasse, da es die reinen Verbindungen sind, die in jede Stufe der chemischen Umwandlung gelangen, die eine hohe Leistung des gesamten Prozesses gewährleisten . Die exotherme Natur der Oxidations- und Epoxidierungsprozesse ermöglicht es, die in diesen Stufen gewonnenen Energieressourcen (Dampf) für Trennprozesse zu nutzen und so die Umsetzung des Prinzips der vollständigen Energienutzung des Systems sicherzustellen. Generell ist die in unserem Land entwickelte und umgesetzte technologische Lösung äußerst effektiv.

5. Dehydrierung von Ethylbenzol

Die Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol verläuft nach der Reaktion:

C6H5CpCp > C6H5CH=Cp + p

Die Reaktion ist endotherm und verläuft unter Volumenzunahme. Dementsprechend steigt mit steigender Temperatur und sinkendem Partialdruck des Kohlenwasserstoffs der Grad der Umwandlung von Ethylbenzol in Styrol. Bei einem Druck von 0,1 MPa sieht diese Abhängigkeit folgendermaßen aus:

Dehydrierungstemperatur, K 700 800 900 1000

Gleichgewichtsgrad der Umwandlung 0,055 0,21 0,53 0,83

Um die Umwandlungstiefe zu erhöhen, wird der Rohstoff mit Wasserdampf verdünnt, was einer Druckreduzierung des Reaktionsgemisches gleichkommt. Somit erhöht sich bei 900 K der Gleichgewichtsgrad der Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol in Abhängigkeit von der Verdünnung mit Wasserdampf wie folgt:

Molverhältnis pO: C6H5CH=Cp 0 5 10 20

Gleichgewichtsgrad der Dehydrierung 0,53 0,77 0,85 0,9

Bei der Dehydrierung von Ethylbenzol entstehen neben Styrol eine Reihe von Nebenprodukten. Insbesondere werden nach dem unten angegebenen chemischen Umwandlungsschema Benzol und Toluol in den größten Mengen gewonnen:

C6H5C2H5 > C6H5CH=Cp + p (Styrol)

C6H5C2H5 > C6H6 + C2H4 (Benzol)

C6H5C2H5 > C6H5Cp + CH4 (Toluol)

C6H5C2H5 > C6H6 + C2H6 (Benzol)

C6H5C2H5 > 7C + CH4 + 3p

Daher enthält das entstehende Gas neben Wasserstoff Methan, Ethylen, Ethan und Kohlenoxide (aufgrund der Koksumwandlung).

In der Industrie wird mit Wasserdampf im Verhältnis Dampf:Gas = (15-20):1 verdünnt und die Reaktion bei einer Temperatur von 830-900 K durchgeführt. Katalysatoren werden auf Basis von Eisenoxid mit K- und Cr-Zusätzen hergestellt . An ihnen finden auch Nebenumwandlungen statt, sodass die Dehydrierungsreaktion durch das folgende Schema dargestellt werden kann:

Die Selektivität für Styrol beträgt etwa 98 %. Zusätzlich zur Zersetzungsreaktion bilden sich Kohlenstoffablagerungen auf dem Katalysator. Zur Verdünnung zugeführter Wasserdampf verschiebt nicht nur das Gleichgewicht, sondern vergast auch Kohlenstoffablagerungen auf der Oberfläche des Katalysators. Der Katalysator wird kontinuierlich regeneriert und seine Lebensdauer beträgt 1,5-2 Jahre.

Eine reversible endotherme Reaktion wird adiabatisch in einem Katalysatorfestbett durchgeführt. Der Prozess in einem Zweischichtreaktor mit Dampfverteilung zwischen den Schichten ermöglicht eine Steigerung des Umsetzungsgrades. Durch den Einsatz eines Reaktors mit radialen Katalysatorschichten wird dessen hydraulischer Widerstand deutlich reduziert. Das Reaktionsgemisch wird nach dem Reaktor zur Trennung geschickt. Die Wärme der Reaktionsmischung wird zurückgewonnen.

In Abb. Abbildung 6 zeigt ein Flussdiagramm für die Dehydrierung von Ethylbenzol. Das ursprüngliche Ethylbenzol wird mit der Rückführung aus der Destillationseinheit und mit Wasserdampf vermischt und verdampft im Wärmetauscher 2. Die Dämpfe werden im Wärmetauscher 4 auf 500–520 °C überhitzt. Verdampfer 2 wird durch Rauchgase erhitzt, Überhitzer 4 durch Kontaktgas, das Reaktor 3 verlässt. Dämpfe von Alkylbenzol und Wasser werden vor dem Reaktor mit überhitztem Wasserdampf bei einer Temperatur von 700–730 °C vermischt. Im Überhitzungsofen 1 wird überhitzter Dampf erzeugt, in dem Brennstoff aus dem Anlagenverbund und wasserstoffhaltiges Gas aus der Dehydrierungsabteilung verbrannt werden.

Die Temperatur der Mischung am Eingang zur Katalysatorschicht beträgt 600–640 °C; am Ausgang sinkt sie aufgrund des Auftretens einer endothermen Dehydrierungsreaktion um 50–60 °C. Die Wärme der Kontaktgase wird nacheinander im Wärmetauscher 4 und im Abhitzekessel 5 zurückgewonnen. Gesättigter Wasserdampf aus dem Abhitzekessel wird zur Verdünnung von Ethylbenzol verwendet. Das Kontaktgas gelangt in den Schäumapparat, wo es zusätzlich auf 102 °C abgekühlt und vom Katalysatorstaub gereinigt wird. Die Abkühlung und Kondensation von Wasser und Kohlenwasserstoffen aus dem Kontaktgas erfolgt im Luftkühler 7 und anschließend in den Wasser- und Solekondensatoren (im Diagramm nicht dargestellt). Im Abscheider 8 werden gasförmige Reaktionsprodukte als brennbare VER abgetrennt. In einem Phasentrenner 9 werden Kohlenwasserstoffe vom Wasser getrennt und der Rektifikation zugeführt. Die Wasserschicht gelangt in den Schaumapparat 6 und wird nach der Reinigung von gelösten Kohlenwasserstoffen (nicht dargestellt) dem Abhitzekessel 5 zugeführt und anschließend recycelt. Überschüssiges Wasser wird einer biologischen Behandlung zugeführt.

Reis. 6. Schema der Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol: 1 – Überhitzungsofen; 2 - Ethylbenzolverdampfer; 3 – Dehydrierungsreaktor; 4 - Ethylbenzol-Heizung; 5 - Warmwasserbereiter; b - Schaumgerät; 7 - Luftkühler; 8-Trennzeichen; 9 - Phasentrenner. Ströme: EB – Ethylbenzol (frisches Recycling); H2, CH4 – brennbare Gase in das Kraftstoffnetz; DG – Rauchgase; K – Kondensat; PD – Dehydrierungsprodukte.

Kohlenwasserstoffkondensat enthält folgende Reaktionsprodukte:

Benzol (B) ~2 80,1

Toluol (T) ~2 110,6

Ethylbenzol (EB) 38.136,2

Styrol (St) 58 146,0

Auch die Siedepunkte der Komponenten sind hier angegeben. Gemäß den Regeln zur Trennung eines Mehrkomponentengemisches (ein Kondensattrennschema wurde erstellt. Ethylbenzol und Styrol sind dicht siedende Flüssigkeiten, daher werden zunächst Benzol und Toluol von ihnen abgetrennt. Sie werden in einer Destillationskolonne getrennt getrennt. Ethylbenzol wird abgetrennt aus Styrol in der Kolonne und zur Dehydrierung als Recycle zurückgeführt. Styrol wird in der nächsten Destillationskolonne einer weiteren Reinigung unterzogen. Da es leicht dimerisiert, wird die Reinigung unter Vakuumbedingungen bei einer Temperatur von nicht mehr als 120 ° C und unter Zugabe eines Inhibitors durchgeführt - Schwefel. Die Sumpfrückstände der Styrolrektifikation können regeneriert werden. Die Effizienz des thermischen Kreislaufs der Ethylbenzol-Dehydrierungsanlage kann anhand der thermischen Effizienz beurteilt werden.

In Industrieanlagen zur Dehydrierung von Ethylbenzol liegt der thermische Wirkungsgrad in der Regel nicht über 28-33 %. Die Analyse zeigt, dass der Hauptgrund für den geringen thermischen Wirkungsgrad in der fehlenden Wärmerückgewinnung aus dem Kontaktgas mit niedriger Temperatur liegt. Tatsächlich wird in herkömmlichen Systemen die Kondensationswärme von Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen nicht genutzt und geht mit dem Luftstrom in Luftkondensatoren und mit zirkulierendem Wasser an die Umgebung verloren. Das Wärmeflussdiagramm in der Ethylbenzol-Dehydrierungsanlage bestätigt, dass ein erheblicher Teil der mit dem Kraftstoff zugeführten Wärme bei der Abkühlung und Kondensation des Kontaktgases im Kühlkondensator 7 und Abscheider 8 an die Umgebung verloren geht (Abb. 4).

Die Nutzung des Energiepotenzials des Prozesses kann im energietechnischen System deutlich verbessert werden. Ein Beispiel für ein solches System bei der Herstellung von Styrol ist insofern interessant, als es sich aus einer physikalisch-chemischen Analyse der Bedingungen der Dehydrierungsreaktion ergibt. Wie oben erwähnt, dient die Verdünnung von Ethylbenzol mit Wasserdampf zwei Zwecken: der Verschiebung des Reaktionsgleichgewichts nach rechts und der Schaffung von Bedingungen für eine kontinuierliche Regeneration des Katalysators. Wasserdampf selbst nimmt an der Reaktion nicht teil; Es muss durch Verdampfen von Wasser gewonnen und anschließend durch Kondensation von den Reaktionsprodukten getrennt werden. Trotz der Regeneration von Wärmeströmen sind Verdampfung und Erwärmung, Abkühlung und Kondensation in der Produktion thermodynamisch irreversible Prozesse und das Energiepotenzial wird noch lange nicht ausgeschöpft.

Eine andere Komponente, beispielsweise CO2, kann den gleichen Effekt auf den Prozess haben wie Wasserdampf. Es verhält sich in der Reaktion inert, kann also als Verdünnungsmittel wirken und fördert die Regenerierung des Katalysators durch Wechselwirkung mit Kohlenstoffablagerungen. CO2 entsteht durch die Verbrennung von Brenngas. Verbrennungsprodukte sind ein Energieträger. Diese zusätzliche Eigenschaft des Verdünnungsmittels ermöglicht die Erstellung eines energietechnischen Schemas zur Herstellung von Styrol.

Erdgas wird in einem Ofen verbrannt und die dabei entstehenden brennbaren Gase werden in einem katalytischen Oxidationsreaktor verbrannt. Das resultierende Gasgemisch mit einer Temperatur von 1050 °C wird zu einer Gasturbine geleitet, um einen Kompressor anzutreiben und Energie zu erzeugen. Anschließend werden Gase mit einer Temperatur von 750 °C mit Ethylbenzol vermischt und einer Reaktionseinheit bestehend aus zwei Reaktoren zugeführt. Die Verdünnung von Ethylbenzol erfolgt auf die gleiche Weise wie beim herkömmlichen Dampfverfahren. Die Zwischenerwärmung des Reaktionsgemisches erfolgt in einem Wärmetauscher 5 mit heißen Gasen. Die resultierenden Produkte werden dem Trennsystem zugeführt. Sein Schema unterscheidet sich von CTS mit Wasserdampf, da die Komponenten der getrennten Mischung unterschiedlich sind. Aber in diesem Fall ist es nicht wichtig. Im Trennsystem werden brennbare Gase zum Kraftwerksblock des Systems zurückgeführt und das Kohlenwasserstoffgemisch zur Rektifikation weitergeleitet. Im energietechnischen System gibt es noch eine Reihe weiterer Anlagen – zum Erhitzen von Ethylbenzol, Luft, Brenngas, unter Nutzung der Wärme erhitzter Ströme. Letztere sind notwendig, um die Wärmeströme des gesamten CTS auszugleichen. Dieses Verfahren zur Herstellung von Waschmitteln durch Dehydrierung von Ethylbenzol ermöglicht eine nahezu Verdoppelung der Energieeffizienz – bis zu 70 %.

Das technologische Schema der Gleichrichtung ist in Abb. dargestellt. 7. In der Destillationskolonne 1 wird neben Benzol und Toluol die Hauptmenge Ethylbenzol abgetrennt.

Anschließend werden Benzol und Toluol in der Destillationskolonne 2 vom Ethylbenzol getrennt. In Kolonne 3 wird das gesamte Ethylbenzol und ein Teil des Styrols als Destillat abdestilliert. Diese Fraktion wird als Beschickung in Kolonne 1 zurückgeführt. Somit arbeiten die Kolonnen 1–3 als Drei-Kolonnen-Komplex. Die Endreinigung von Styrol aus Harzen erfolgt in Kolonne 4 (häufig wird hierfür ein Destillationswürfel verwendet).

Alle styrolhaltigen Säulen arbeiten im Hochvakuum, sodass die Temperatur im Würfel 100 °C nicht überschreitet.

Reis. 7. Typisches Industrieschema zur Styroltrennung: 1-4 - Destillationskolonnen; I - Ofenöl; II – Ethylbenzol zur Rückführung in das Reaktor-Subsystem; III – Benzol-Toluol-Fraktion; IV – Styrol; V – Harz

Betrachten wir einige Merkmale des oben genannten technologischen Trennungsschemas. In einem solchen Produktionsschema wird üblicherweise eine Variante verwendet, bei der die zweite vorgegebene Trennung in der ersten Stufe durchgeführt wird. In der ersten Kolonne werden nämlich Benzol und Toluol zusammen mit Ethylbenzol abdestilliert, und anschließend werden leichtflüchtige Komponenten aus Ethylbenzol abdestilliert. Hinsichtlich der Energiekosten ist diese Option weniger rentabel. Gleichzeitig. Angesichts der Reaktivität von Styrol (hohe Aktivität und Fähigkeit zur Thermopolymerisation) ist diese Option vorzuziehen. Darüber hinaus berücksichtigt man den geringen Gehalt an Benzol und Toluol im Reaktionsgemisch.

Aufgrund der hohen Reaktivität von Styrol wird üblicherweise eine „doppelte Rektifikation“ zur Trennung des Paares „Ethylbenzol-Styrol“ eingesetzt, wodurch der hydraulische Widerstand von Destillationskolonnen und damit die Temperatur in den Würfeln, die nicht höher sein sollte, verringert werden kann als 100 °C (bei erforderlichem Vakuum). Bei dieser Temperatur beginnt die Thermopolymerisation von Styrol. Generell ist jede „Doppelrektifikation“ sowohl energetisch als auch kapitaltechnisch inakzeptabel. Der Einsatz dieser Möglichkeit ist eine notwendige Maßnahme .

In diesem Fall sind zwei Möglichkeiten der „Doppelgleichrichtung“ möglich (Abb. 8, a, b). Bei der ersten Option wird in der ersten Kolonne zusammen mit der vollständigen Destillation von Ethylbenzol (oder einer leicht flüchtigen Komponente für jedes andere System) ein Teil des Styrols abdestilliert. Dabei wird das Verhältnis zwischen Ethylbenzol und Styrol im Destillat der ersten Kolonne so gewählt, dass die Sumpfflüssigkeit der Kolonne 2 in ihrer Zusammensetzung etwa der Zusammensetzung des Ausgangsgemisches der Kolonne 1 entspricht.

Reis. 8 Technologische Gestaltung der „doppelten“ Gleichrichtung: a – Option I; b- Option II; 1-2 - Destillationskolonnen; I – Mischung aus Ethylbenzol und Styrol; II – Styrol und Polymere; III – Ethylbenzol

Bei der zweiten Möglichkeit wird in Kolonne 1 reines Ethylbenzol abdestilliert. Im Sumpf dieser Kolonne verbleibt eine solche Menge Ethylbenzol, dass bei einem akzeptablen Vakuum eine Temperatur von maximal 100 °C aufrechterhalten werden kann. In Kolonne 2 wird das restliche Ethylbenzol als Destillat zusammen mit Styrol abdestilliert. deren Menge wird durch das Verhältnis von Ethylbenzol und Styrol im Ausgangsgemisch der ersten Kolonne bestimmt. Bei der Trennung von Ethylbenzol und Styrol kann der ersten Variante der „Doppelrektifikation“ der Vorzug gegeben werden, bei der nur ein Teil Ein Teil des Styrols wird in Kolonne 2 erhitzt, während bei der zweiten Option das gesamte Styrol am Boden beider Kolonnen erhitzt wird, was selbst im Vakuum zu Verlusten durch Thermopolymerisation führt.

Zwar kann ein großer Unterschied in den Energiekosten den Styrolverlust ausgleichen, dies erfordert jedoch einen genaueren Vergleich. Um das Problem der Trennung des Paares „Ethylbenzol – Styrol“ zu lösen, kann eine Variante vorgeschlagen werden, bei der eine Säule mit einer Packung mit geringem hydraulischen Widerstand gefüllt ist. In diesem Fall kommt es aufgrund der großen Rückflussströme zu unterschiedlichen Flüssigkeits- und Dampfströmen entlang der Kolonnenhöhe. Für einen stabilen Betrieb einer Füllkörperkolonne sind daher unterschiedliche Durchmesser des oberen und unteren Teils der Kolonne erforderlich (Abb. 9.). Eine solche Säule ermöglicht die Trennung dieses Komponentenpaares bei einer Temperatur im Säulenwürfel von maximal 100 °C.

Reis. 9. Füllkörperkolonne mit Verstärkungs- und Absaugteilen unterschiedlicher Durchmesser: I – eine Mischung aus Ethylbenzol und Styrol; II – Styrol und Polymere; III – Ethylbenzol

Eine bevorzugtere Änderung in der Technologie zur Trennung des Reaktionsgemisches besteht darin, es in die Dampfphase einzuspeisen. In diesem Fall entfällt die Notwendigkeit, Reaktionspaare zu kondensieren (sowohl Wasser- als auch Solekondensation entfallen), was zu einer deutlichen Reduzierung des Energieverbrauchs im Gesamtsystem führt. Da außerdem der Prozess der Dehydrierung von Ethylbenzol in Gegenwart von Wasserdampf durchgeführt wird, bilden alle Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Styrol usw.) mit Wasser Heteroazeotrope (Tabelle 1). dann liegt die Temperatur in den Kolonnen auch bei Atmosphärendruck unter 100 °C, da der Siedepunkt von Heteroazeotropen von Kohlenwasserstoffen mit Wasser immer unter 100 °C liegt. In den Säulen muss ein gewisses Vakuum aufrechterhalten werden, um zu verhindern, dass die Temperatur aufgrund des hydraulischen Widerstands der Säulen ansteigt. Darüber hinaus wird Styrol in Gegenwart von Wasser erhitzt, liegt also in verdünntem Zustand vor, was seine Reaktivität verringert.

Tabelle 1

Eine der Varianten des technologischen Systems zur Trennung der Produkte der Ethylbenzol-Dehydrierung in Gegenwart von Wasser ist in Abb. dargestellt. 7.6. Das Ausgangsgemisch mit einer Temperatur nahe der Kondensationstemperatur wird in der Dampfphase in Kolonne 1 eingespeist. In dieser Kolonne werden Benzol und Toluol in Form von Heteroazeotropen mit Wasser abdestilliert. Der am Kopf der Kolonne austretende Dampfstrom wird kondensiert und das Kondensat gelangt in den Florentiner Behälter 7. Die untere Wasserschicht wird in Kolonne 1 zurückgeführt und die obere Kohlenwasserstoffschicht wird dem Kopf von Kolonne 2 zugeführt.

Reis. 10. Technologisches Schema zur Trennung der Produkte der Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol bei Zufuhr von Reaktionsprodukten in der Dampfphase: 1-6 - Destillationskolonnen; 7 – Flüssigkeits-Flüssigkeits-Abscheider; I – Benzol-Toluol-Fraktion; II – Ethylbenzol; III – Styrol; IV – Harze; V – Fuselwasser

In dieser Kolonne wird Wasser in Form eines Heteroazeotrops aus Benzol und Toluol abdestilliert. Der Dampfstrom von Kolonne 2 wird mit dem Dampfstrom von Kolonne 1 vereint. Dehydriertes Benzol und Toluol werden aus dem Sumpf von Kolonne 2 entfernt. Der Sumpfstrom der Kolonne 1 wird ebenfalls in der Dampfphase einer Zweikolonneneinheit bestehend aus den Kolonnen J und 4 zugeführt. In Kolonne 3 wird Ethylbenzol in Form eines Heteroazeotrops mit Wasser abdestilliert. Die Dämpfe kondensieren und das Kondensat gelangt in den Florentiner Behälter 7. Die untere wässrige Schicht kehrt in Kolonne 3 zurück und die obere Kohlenwasserstoffschicht gelangt in Kolonne 4. In dieser Kolonne wird Wasser in Form eines Heteroazeotrops aus Ethylbenzol abdestilliert. Der Dampfstrom dieser Kolonne wird mit dem Dampfstrom von Kolonne 3 kombiniert. Dehydriertes Ethylbenzol wird aus dem Boden von Kolonne 4 entnommen. Das Sumpfprodukt der Kolonne 3 gelangt in den Florentinerbehälter 7, die obere Styrolschicht gelangt in die Strippkolonne 5, in der Wasser in Form eines Heteroazeotrops abdestilliert wird. Die Dämpfe kondensieren und das Kondensat gelangt in den Florentiner Behälter 7, die obere Styrolschicht kehrt in die Kolonne 5 zurück und die untere wässrige Schicht gelangt in die Strippkolonne 6. Dort gelangt auch die untere Schicht aus dem Florentiner Behälter 7, in der das Sumpfprodukt entsteht Die Destillationskolonne 3 ist geschichtet. Die Kolonnendämpfe 6 werden mit den Dämpfen der Kolonne 5 kombiniert. Styrol kann vom Boden der Kolonne 5 in der Dampfphase entfernt werden, und eine Harzlösung kann aus dem Würfel entfernt werden. Fuselwasser wird aus dem Würfel von Säule 6 entfernt. Die oberen Schichten florentinischer Gefäße bestehen aus Kohlenwasserstoffen, die Wasser enthalten (0,01–0,02 % Gew.), und die unteren Schichten bestehen aus wasserhaltigen Kohlenwasserstoffen (0,01 % Gew.). Daher können die Strippkolonnen 2 und 4 aus dem technologischen Schema ausgeschlossen werden, da die Löslichkeit von Wasser in Kohlenwasserstoffen gering ist und Ethylbenzol zur Dehydrierung zurückgeführt wird, die in Gegenwart von Wasser durchgeführt wird.

Es gibt ein Patent für ein Verfahren zur Herstellung von Styrol, das für einen Zeitraum von 6 Jahren vom 28.11.2006 bis 28.11.2006 an Voronezh JSC Sintezkauchukproekt erteilt wurde. 2012, dessen Kernstück ein Verfahren zur Herstellung von Styrol durch katalytische Dehydrierung von Ethylbenzol in mehrstufigen adiabatischen Reaktoren bei erhöhten Temperaturen in Gegenwart von Wasserdampf ist. Ziel der Erfindung ist die optimale Methode zur Herstellung von Styrol mit minimalem Abfall und Schadstoffemissionen in die Atmosphäre.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass bei dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Styrol die Wärmerückgewinnung aus Kontaktgas zunächst in Abhitzekesseln mit von aromatischen Kohlenwasserstoffen gereinigtem wässrigem Kondensat erfolgt, das durch Rektifikation in einer Vakuumdestillationskolonne in Gegenwart von a gereinigt wird Rezirkulierendes Extraktionsmittel der Benzol-Toluol-Fraktion, dann in einer Schaumapparatur gekühltes Wasserkondensat, das von der Absetz- und Trenneinheit geliefert wird, wo durch die Kühlung des Kontaktgases Kohlenwasserstoffe aus dem Wasserkondensat gestrippt werden, bevor es der Reinigung zugeführt wird, Sekundärwasser In Abhitzekesseln erzeugter Dampf wird zu einem Überhitzungsofen geleitet und dann mit der Ethylbenzol-Charge vermischt, und das überschüssige Wasserkondensat wird zur Speisung der zirkulierenden Wasserversorgung verwendet. Kohlenwasserstoffkondensat wird in Destillationskolonnen mit regelmäßiger Packung unter Vakuum abgetrennt, schwere Kohlenwasserstoffe ( KORS) werden zur Herstellung von KORS-Lack und als Brennstoff für einen Dampfüberhitzungsofen verwendet. Die Reinigung von nicht kondensiertem Gas und Abblasen von aromatischen Kohlenwasserstoffen aus Pumpen und Tanks erfolgt in einem Füllkörperwäscher, der mit auf 5–6 °C gekühltem Ethylbenzol bewässert wird C unter Überdruck, das nach der Absorption in die Ethylbenzol-Rückleitung oder in die Kgeleitet wird, wird das Abgas direkt zur Verbrennung in einen Dampfüberhitzungsofen geleitet, dessen Rauchgase zur Erzeugung von heißem Wasser geschickt werden um den Boden der Trennkolonne für rektifiziertes Styrol zu erhitzen.

6. Prinzipien der Technologie zur Herstellung von Styrol durch Dehydrierung von Ethylbenzol

Die Technologie zur Herstellung von Styrol durch Dehydrierung von Ethylbenzol ist ein einstufiger chemischer Prozess. Als Ausgangsstoff wird verfügbares Ethylbenzol verwendet, das durch Alkylierung von Benzol mit Olefinen gewonnen wird. In der Industrie eingesetzte technologische Lösungen mit der Einleitung von Dampf zwischen zwei oder drei Katalysatorschichten, der Einsatz von im Reaktor eingebauten Wärmeaustauschvorrichtungen sowie ein effektives Katalysatorsystem ermöglichen es, mit einer relativ hohen Selektivität von etwa 90 % um in einem Durchgang eine Ethylbenzolumwandlung von 60–75 % zu erreichen. Der Rückführungsstrom von Benzol, der die Trenn- und Reaktorsubsysteme der Technologie verbindet, gewährleistet eine vollständige Umwandlung des Ausgangsmaterials.

Eine Reduzierung des Energieverbrauchs für den Dehydrierungsprozess kann nicht nur durch einen effektiven Wärmeaustausch zwischen ein- und ausgehenden Strömen erreicht werden, sondern auch durch die Verwendung von Inertgas anstelle von Wasserdampf (Energieträger und Verdünnungsmittel). In diesem Fall muss die Wärmezufuhr zwischen den Katalysatorschichten über eingebaute Wärmetauscher erfolgen. Der Ersatz von Dampf durch ein Inertgas (Stickstoff, CO2) vermeidet die wiederholte Verdampfung und Kondensation von Wasser, das eine hohe latente Verdampfungswärme aufweist. In diesem Fall sinken auch die Kosten für die Reinigung des mit Aromaten verunreinigten Wasserkondensats und insgesamt sinkt der Gesamtwasserverbrauch der Produktion.

Ein wichtiger Bestandteil der Technologie ist das Trennsubsystem. In diesem Fall sind, wie bereits erwähnt, die Gleichrichtungstrennungsmodi ein wesentlicher Faktor, der die Gesamtleistung der Technologie beeinflusst. Sie müssen Bedingungen bieten, unter denen es zu keiner Thermopolymerisation von Styrol kommt. Es ist energetisch am sinnvollsten, anstelle einer Doppelrektifikation eine Füllkörperkolonne mit geringem hydraulischen Widerstand oder ein Schema heteroazeotroper Rektifikationskomplexe zu verwenden.

Schließlich macht es die heterogene katalytische Natur des Prozesses recht einfach, Geräte und technologische Linien mit großer Kapazität zu schaffen.

Styrol-Ethylbenzol-Rektifikation

Abschluss

Diese Kursarbeit beschreibt die Eigenschaften und grundlegenden Methoden zur Herstellung von Styrol und untersucht und beschreibt im Detail auch das gebräuchlichste und relevanteste Schema zur Herstellung von Styrol – die Herstellung von Styrol durch Dehydrierung von Ethylbenzol. Wie sich herausstellte, ist diese Methode von allen Methoden zur Herstellung von Styrol zugänglicher, energieintensiver, wirtschaftlicher und effizienter. Dies wird damit begründet, dass es sich bei der Technologie zur Herstellung von Styrol durch Dehydrierung von Ethylbenzol um einen einstufigen chemischen Prozess handelt. Als Rohstoff wird verfügbares Ethylbenzol verwendet. In der Industrie verwendete technologische Lösungen mit der Einführung von Dampf zwischen zwei oder drei Katalysatorschichten, der Verwendung von im Reaktor eingebauten Wärmeaustauschvorrichtungen sowie einem effektiven Katalysatorsystem ermöglichen es, eine vollständige Umwandlung des Ausgangsmaterials mit relativ hoher Geschwindigkeit zu erreichen Selektivität von etwa 90 %.

Eine Reduzierung des Energieverbrauchs für den Dehydrierungsprozess kann auch durch die Verwendung von Inertgas anstelle von Wasserdampf (Energieträger und Verdünnungsmittel) erreicht werden. In diesem Fall muss die Wärmezufuhr zwischen den Katalysatorschichten über eingebaute Wärmetauscher erfolgen. Der Ersatz von Dampf durch ein Inertgas (Stickstoff, CO2) vermeidet die wiederholte Verdampfung und Kondensation von Wasser, das eine hohe latente Verdampfungswärme aufweist. In diesem Fall sinken auch die Kosten für die Reinigung des mit Aromaten verunreinigten Wasserkondensats und insgesamt sinkt der Gesamtwasserverbrauch der Produktion.

Liste der verwendeten Literatur

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10. Patent 2322432 (13) C1, Voronezh OJSC „Sintezkauchukproekt“.

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Technologie zur gemeinsamen Herstellung von Styrol- und Propylenoxid

Das Dampf-Gas-Gemisch aus dem oberen Teil des Reaktors gelangt in den Kondensator 2, in dem hauptsächlich mitgerissenes Ethylbenzol sowie Verunreinigungen an Benzoe- und Ameisensäure kondensiert werden. Nach der Abtrennung des Kondensats aus den Dosen wird es zum Wäscher 4 geleitet, um Säuren mit Alkali zu neutralisieren. Nach der Neutralisation wird Ethylbenzol in den Reaktor C 1 zurückgeführt. Dort wird auch Ethylbenzol aus Kolonne 10 zugeführt. Gase werden aus dem System entfernt. Das Oxid vom Boden der Kolonne 1, das etwa 10 % Hydroperoxid enthält, wird zur Konzentration in die Destillationskolonne 3 geschickt. Die Konzentration des Hydroperoxids erfolgt im Hochvakuum. Trotz der hohen Energiekosten lässt sich dieser Prozess am besten in einer Doppeldestillationsanlage durchführen. Dabei wird in der ersten Kolonne ein Teil des Ethylbenzols bei geringerem Vakuum und in der zweiten Kolonne bei tieferem Vakuum der Rest des Ethylbenzols mit Verunreinigungen abdestilliert. Das Destillat dieser Kolonne wird in die erste Kolonne zurückgeführt und im Würfel wird ein konzentriertes (bis zu 90 %) Hydroperoxid erhalten, das zur Epoxidierung geschickt wird. Die Oxidation wird im Wärmetauscher 5 mit dem ursprünglichen Ethylbenzol vorgekühlt.

Reis. 4. Technologisches Schema zur gemeinsamen Herstellung von Styrol- und Propylenoxid; 1 - Oxidationssäule; 2 - Kondensator; 3.7-10.18 - Destillationskolonnen; 4 – alkalischer Wäscher; 5,12,14 – Wärmetauscher; 6 - Epoxidationssäule; 11 - Mischverdampfer; 13,15 – Entwässerungsreaktoren; 16 - Kühlschrank; 17 - Florentiner Gefäß; Ich - Luft; II – Ethylbenzol; III-Propylen; IV – Alkalilösung; V – Gase; VI – Katalysatorlösung; VII - Propylenoxid; VIII – Harze; IX – Wasserschicht; X – Styrol; XI – zur Dehydrierung; XII-Paare

Die Selektivität des Verfahrens für Propylenoxid beträgt 95–97 %, und die Ausbeute an Styrol erreicht 90 % für Ethylbenzol. Dabei werden aus 1 Tonne Propylenoxid 2,6-2,7 Tonnen Styrol gewonnen.

Reis. 5.

Es gab keine Blumen zu Hause, ich wollte alles kaufen, aber das Geld tat mir leid, und gestern brachten sie Blumen für 150 Rubel zur Arbeit, also kaufte ich sie, wählte zwei und mein Sohn wählte die dritte (in der Mitte). )! Dracaena (rechts) Ökologie des Hauses Dracaena hat eine erhöhte Fähigkeit, die Luft zu befeuchten. In dem Raum, in dem es vorhanden ist, nimmt der Gehalt an Formaldehyd in der Luft ab. Es ist auch in der Lage, Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol und Cyclohexanon zu absorbieren und zu neutralisieren. Energie der Dracaena Es wird angenommen, dass Dracaena ein Symbol für Macht, Prestige und Wohlstand ist. Es kann die Energie des Hauses reinigen, insbesondere dort, wo sie leben ...

ALLES ÜBER DIE BEHANDLUNG MIT SODA (von Klassenkameraden)

Tipp 1: ALLES ÜBER DIE BEHANDLUNG MIT SODA Anwendungsgebiete 1. Vorbeugung und Behandlung von Krebs. 2. Behandlung von Alkoholismus. 3. Hören Sie mit dem Rauchen auf. 4. Behandlung aller Arten von Drogenabhängigkeit und Drogenmissbrauch. 5. Entfernung von Blei, Cadmium, Quecksilber, Thallium, Barium, Wismut und anderen Schwermetallen aus dem Körper. 6. Entfernung radioaktiver Isotope aus dem Körper, Verhinderung einer radioaktiven Kontamination des Körpers. 7. Auswaschung, Auflösung aller schädlichen Ablagerungen in den Gelenken und der Wirbelsäule; Steine in der Leber und den Nieren, d.h. Behandlung von Radikulitis, Osteochondrose, Polyarthritis, Gicht, Rheuma, Urolithiasis, Cholelithiasis; Steine auflösen in...

Alkylierung ist der Prozess der Einführung von Alkylgruppen in Moleküle organischer und einiger anorganischer Substanzen. Diese Reaktionen sind von sehr großer praktischer Bedeutung für die Synthese von im Kern alkylierten Aromaten, Isoparaffinen, vielen Mercaptanen und Sulfiden, Aminen, Stoffen mit Etherbindung, elementaren und metallorganischen Verbindungen, Produkten der Verarbeitung von α-Oxiden und Acetylen. Alkylierungsprozesse sind häufig Zwischenschritte bei der Herstellung von Monomeren, Detergenzien etc.

EIGENSCHAFTEN VON ALKYLIERUNGSVERFAHREN

Klassifizierung von Alkylierungsreaktionen. Die rationalste Klassifizierung von Alkylierungsprozessen basiert auf der Art der neu gebildeten Bindung.

AlkyleGrabenAtionVonAtom Kohlenstoff(C-Alkylirotion) besteht darin, das am Kohlenstoffatom befindliche Wasserstoffatom durch eine Alkylgruppe zu ersetzen. Paraffine sind zu dieser Substitution fähig, die Alkylierung ist jedoch am typischsten für aromatische Verbindungen (Friedel-Crafts-Reaktion):

Alkylierung durch AtomSauerstoffUndSchwefel(O- undS-Alkylierung) ist eine Reaktion, bei der eine Alkylgruppe an ein Sauerstoff- oder Schwefelatom bindet:

Alkylierung durchAtom Stickstoff (N-Alkylierung) besteht darin, Wasserstoffatome in Ammoniak oder Aminen durch Alkylgruppen zu ersetzen. Dies ist die wichtigste Methode zur Synthese von Aminen:

Wie Hydrolyse- und Hydratationsreaktionen wird die N-Alkylierung häufig als Ammonolyse (oder Aminolyse) organischer Verbindungen klassifiziert.

Alkylierung VonAtome Andere Elemente(Si-, Pb-, A1-Alkylierung) ist der wichtigste Weg zur Herstellung elementarer und metallorganischer Verbindungen, bei dem die Alkylgruppe direkt an das Heteroatom gebunden ist:

Eine weitere Klassifizierung von Alkylierungsreaktionen basiert auf Unterschieden in der Struktur der in eine organische oder anorganische Verbindung eingeführten Alkylgruppe.

Die Alkylgruppe kann gesättigt, aliphatisch (z. B. Ethyl und Isopropyl) oder zyklisch sein. Im letzteren Fall wird die Reaktion manchmal aufgerufen Cycloalkylierung:

Bei der Einführung einer Phenyl- oder allgemein Arylgruppe entsteht eine direkte Bindung mit dem Kohlenstoffatom des aromatischen Rings - Arylierung:

Einführung der Vinylgruppe (Vinylierung) nimmt einen besonderen Platz ein und wird hauptsächlich mit Hilfe von Acetylen durchgeführt:

Die wichtigste Reaktion zur Einführung substituierter Alkylgruppen ist der Prozess β-OxyalKielUndGrabenAnia(im Sonderfall Oxystylierung), das ein breites Spektrum an Olefinoxidreaktionen abdeckt:

Alkylierungsmittel und Katalysatoren.

Es empfiehlt sich, alle Alkylierungsmittel nach der Art der Bindung, die bei der Alkylierung in ihnen aufbricht, in folgende Gruppen einzuteilen:

ungesättigte Verbindungen (Olefine und Acetylen), bei denen die π-Elektronenbindung zwischen Kohlenstoffatomen aufgebrochen ist;

chlorierte Derivate mit einem ausreichend beweglichen Chloratom, das unter dem Einfluss verschiedener Wirkstoffe ersetzt werden kann;

Alkohole, Ether und Ester, insbesondere Olefinoxide, bei denen bei der Alkylierung die Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung aufgebrochen wird.

Olefine(Ethylen, Propylen, Butene und höhere Propylentrimere) sind als Alkylierungsmittel von vorrangiger Bedeutung. Aufgrund ihrer geringen Kosten versuchen sie, sie nach Möglichkeit in allen Fällen einzusetzen. Ihre Hauptanwendung fanden sie in der C-Alkylierung von Paraffinen und Aromaten. Sie sind für die N-Alkylierung nicht anwendbar und für die S- und O-Alkylierung und die Synthese metallorganischer Verbindungen nicht immer wirksam.

Die Alkylierung mit Olefinen erfolgt in den meisten Fällen über einen ionischen Mechanismus durch die intermediäre Bildung von Carbokationen und wird durch protische und aprotische Säuren katalysiert:

Die Reaktivität von Olefinen bei Reaktionen dieser Art wird durch ihre Neigung zur Bildung von Carbokationen bestimmt:

Dies bedeutet, dass die Verlängerung und Verzweigung der Kohlenstoffkette im Olefin dessen Alkylierungsfähigkeit deutlich erhöht

Chlorderivate sind Alkylierungsmittel mit dem breitesten Wirkungsspektrum. Sie eignen sich zur C-, O-, S- und N-Alkylierung sowie zur Synthese der meisten elementaren und metallorganischen Verbindungen. Der Einsatz chlorierter Derivate ist sinnvoll für Prozesse, in denen sie nicht durch Olefine ersetzt werden können oder wenn chlorierte Derivate billiger und leichter zugänglich sind als Olefine.

Die alkylierende Wirkung von Chlorderivaten äußert sich in drei verschiedenen Arten von Wechselwirkungen: in elektrophilen Reaktionen, bei nukleophilen Substitutionen und in radikalischen Prozessen. Der Mechanismus der elektrophilen Substitution ist hauptsächlich für die Alkylierung am Kohlenstoffatom charakteristisch, aber im Gegensatz zu Olefinen werden Reaktionen nur durch aprotische Säuren (Aluminium- und Eisenchloride) katalysiert. Im Grenzfall erfolgt der Prozess unter intermediärer Bildung eines Carbokations

Daher hängt die Reaktivität von Alkylchloriden von der Polarisation der C-C1-Bindung oder von der Stabilität von Carbokationen ab und nimmt mit der Verlängerung und Verzweigung der Alkylgruppe zu: CH3-CH 2 C1< (СН 3) 2 СНС1 < (СН 3) 3 СС1

Alkohole und Ether fähig zu C-, O-, N- und S-Alkylierungsreaktionen. Zu den Ethern zählen auch Olefinoxide, die innere Ether von Glykolen sind, und von allen Ethern werden praktisch nur Olefinoxide als Alkylierungsmittel verwendet. Alkohole werden zur O- und N-Alkylierung verwendet, wenn sie billiger und leichter zugänglich sind als chlorierte Derivate. Um ihre Alkyl-Sauerstoff-Bindung aufzubrechen, sind Katalysatoren vom Säuretyp erforderlich:

ALKYLIERUNG AM KOHLENSTOFFATOM

Zu den Prozessen dieser Art gehören die praktisch wichtigen Reaktionen der Alkylierung aromatischer Verbindungen in den Kern und Alkylierungsreaktionen von Paraffinen. Allgemeiner lassen sie sich in Alkylierungsprozesse an aromatischen und gesättigten Kohlenstoffatomen unterteilen

Reaktionsmechanismus. Als Alkylierungsmittel werden in der Industrie überwiegend chlorierte Derivate und Oleine eingesetzt. Der Einsatz von Alkoholen ist weniger effektiv, da sich bei der Alkylierung mit Alkoholen Aluminiumchlorid zersetzt und Protonensäuren mit dem entstehenden Wasser verdünnt werden. In beiden Fällen wird der Katalysator deaktiviert, was zu einem hohen Verbrauch führt.

Bei der Reaktion mit chlorierten Derivaten oder Olefinen wird AlCl 3 nur in katalytischen Mengen verbraucht. Im ersten Fall aktiviert es das Chloratom und bildet einen stark polarisierten Komplex oder Carbokation, der bei Olefinen nur in Gegenwart eines Cokatalysators – HC1 – auftritt:

Tatsächlich liegt bei der Katalyse durch einen Komplex von Aluminiumchlorid mit einem Kohlenwasserstoff das dafür notwendige Proton bereits in Form eines α-Komplexes vor. Es wird auf ein Olefinmolekül übertragen und das entstehende Carbokation greift die aromatische Verbindung an, wobei die gesamte Reaktion in der Schicht des katalytischen Komplexes stattfindet, der seine Liganden kontinuierlich mit der Kohlenwasserstoffschicht austauscht. Das resultierende Carbokation (oder der stark polarisierte Komplex) greift dann den aromatischen Kern an und die Reaktion verläuft über den intermediären r-Komplex und das Carbokation, gefolgt von einer schnellen Phase der Protonenabstraktion:

Die Struktur der Alkylgruppe im resultierenden Produkt wird durch die Regel bezüglich der intermediären Bildung des stabilsten Carbokations bestimmt (tert-> zweite-> Re-). Daher entsteht bei niederen Olefinen primäres Alkylbenzol (Ethylbenzol) nur aus Ethylen, sekundäres Alkylbenzol aus Propylen (Isopropylbenzol) und tert.-Butylbenzol aus Isobuten:

Bei der Alkylierung mit höheren Olefinen und chlorierten Derivaten wird jedoch eine Isomerisierung von Alkylgruppen beobachtet, die vor der Alkylierung auftritt, da Alkylbenzole dazu nicht mehr in der Lage sind. Diese Isomerisierung verläuft in Richtung der Zwischenbildung des stabilsten Carbokations, jedoch ohne das Kohlenstoffgerüst der Alkylgruppe zu stören, sondern nur unter Bewegung des Reaktionszentrums. Dadurch wird ein Gemisch von sec-Alkylbenzolen aus chlorierten Derivaten und Olefinen mit einer geraden Kette von Kohlenstoffatomen erhalten

und unter verzweigtkettigen Verbindungen – überwiegend tertiär Alkylbenzole.

Der Einfluss der Struktur einer aromatischen Verbindung bei Alkylierungsreaktionen ist im Allgemeinen derselbe wie bei anderen Prozessen der elektrophilen Substitution in den aromatischen Ring, weist jedoch seine eigenen Merkmale auf. Die Alkylierungsreaktion zeichnet sich durch eine relativ geringe Empfindlichkeit gegenüber elektronenspendenden Substituenten im Kern aus. Somit ändert sich der aktivierende Einfluss von Alkylgruppen und kondensierten Kernen während der Katalyse der A1C1 3-Reaktion wie folgt (für Benzol wird der Wert mit 1 angenommen):

Elektronenziehende Substituenten deaktivieren den aromatischen Ring stark. Chlorbenzol alkyliert etwa zehnmal langsamer als Benzol, und Carbonyl-, Carboxy-, Cyano- und Nitrogruppen führen zu einer vollständigen Desaktivierung des aromatischen Rings, wodurch die entsprechenden Derivate überhaupt nicht zur Alkylierung fähig sind. Dadurch unterscheidet sich die Alkylierungsreaktion deutlich von anderen Prozessen der Substitution in den aromatischen Ring, wie etwa Chlorierung und Sulfonierung.

Die Orientierungsregeln für die Alkylierung ähneln im Allgemeinen denen anderer elektrophiler aromatischer Substitutionsreaktionen, die Struktur des Produkts kann jedoch je nach Katalysator und Reaktionsbedingungen erheblich variieren. Somit lenken elektronenschiebende Substituenten und Halogenatome die weitere Substitution überwiegend auf Paar- Und ortho Unter strengeren Bedingungen und insbesondere bei Katalyse durch Aluminiumchlorid kommt es jedoch zur Isomerisierung von Benzolhomologen mit intramolekularer Wanderung von Alkylgruppen und der Bildung von Gleichgewichtsgemischen, in denen thermodynamisch stabilere Isomere vorherrschen.

Sequentielle Alkylierung. Bei der Alkylierung aromatischer Verbindungen in Gegenwart von Katalysatoren kommt es zu einem sequentiellen Austausch von Wasserstoffatomen unter Bildung einer Mischung von Produkten mit unterschiedlichem Alkylierungsgrad. Beispielsweise führt die Methylierung und Ethylierung von Benzol zur Herstellung von Hexaalkylbenzolen

Propylierung – um Tetraisopropylbenzol usw. zu erhalten. Jede der Reaktionen bei moderaten Temperaturen ist praktisch irreversibel. Somit betragen die Gleichgewichtskonstanten für die Synthese von Ethylbenzol aus Ethylen und Benzol bei 0, 200 und 500 °C 6–10 11, 2,2–10 4 bzw. 1,9. Bei der AlCl3-Katalyse und relativ harten Katalysebedingungen mit Alumosilikaten und Zeolithen kommt es jedoch zu einer reversiblen Transalkylierungsreaktion (Disproportionierung) mit intermolekularer Migration von Alkylgruppen:

Mit den gleichen Katalysatoren kommt es auch zu der oben diskutierten reversiblen Isomerisierung bei intramolekularer Wanderung von Alkylgruppen, wodurch bei Dialkylbenzolen das meta-Isomer, bei Trialkylbenzolen das 1,3,5-Isomer usw. überwiegt:

Die Fähigkeit von Alkylgruppen, zu wandern, ändert sich in der folgenden Reihenfolge (CH 3) 3 C > (CH 3) 2 CH > CH 3 -CH 2 > CH 3, und mit dem aktiven Komplex von Aluminiumchlorid laufen diese Reaktionen bereits recht schnell ab Raumtemperatur, während Methylbenzole längeres Erhitzen erfordern.

So wird bei der Katalyse mit Protonensäuren und unter milderen Bedingungen mit anderen Katalysatoren die Zusammensetzung der Alkylierungsprodukte durch kinetische Faktoren bestimmt, und bei AlC1 3 und unter strengeren Katalysebedingungen mit Alumosilikaten und Zeolithen stellt sich eine Gleichgewichtszusammensetzung von Isomeren und sequentiell ein Letztlich können Alkylierungsprodukte hergestellt werden. Dies ist von großer Bedeutung bei der Wahl des optimalen Molverhältnisses der Reagenzien während der Alkylierung, bestimmt durch die wirtschaftlichen Kosten der Bildung von Polyalkylbenzolen und der Rückführung von überschüssigem Benzol.

Nebenwirkungen. Zusätzlich zur zuvor besprochenen Ausbildung

Bei der Alkylierung von Polyalkylbenzolen sind Harzbildung, Zerstörung von Alkylgruppen und Polymerisation von Olefinen unerwünscht.

Bei der Harzbildung entstehen kondensierte aromatische Verbindungen mit hohem Siedepunkt. Von ähnlichen Produkten wurden bei der Alkylierung von Benzol Diarylalkane, Triarylindane, Diarylefine usw. gefunden. Bei der Alkylierung von Naphthalin wurde mehr Harz erhalten, und darin wurden Dinaphthyl und andere Substanzen mit kondensierten Ringen gefunden. Mit zunehmender Temperatur wird die Harzbildung besonders wichtig.

Die gleichen Bedingungen führen zur unerwünschten Zerstörung von Alkylgruppen und zur Nebenproduktbildung von Alkylbenzolen mit einer kürzeren Alkylgruppe. So entsteht bei der Reaktion mit Propylen Ethylbenzol als Nebenprodukt, bei Ethylen Toluol usw. Eine solche Zerstörung macht sich besonders bei der Alkylierung mit Alkylhalogeniden und Olefinen mit ausreichend langer Kohlenstoffkette bemerkbar. Die Zerstörung erfolgt wahrscheinlich im Stadium der Spaltung des aus dem Alkylierungsmittel gebildeten Carbokations

Schließlich erfolgt die Bildung von Polymeren durch die sequentielle Wechselwirkung eines Carbokations mit einem Olefin:

Polymere haben ein geringes Molekulargewicht und ihre Bildung wird durch die Anwesenheit eines Überschusses an aromatischem Kohlenwasserstoff unterdrückt, wenn die Olefinkonzentration in der flüssigen Phase abnimmt.

Kinetik des Prozesses. Die Alkylierungsreaktion selbst mit dem reaktiven Komplex von Aluminiumchlorid verläuft sehr schnell, wird durch mechanisches Rühren oder intensives Durchperlen von gasförmigen Olefinen durch die Reaktionsmasse stark beschleunigt und läuft im Diffusionsbereich oder in dessen Nähe ab. Seine Geschwindigkeit nimmt mit zunehmendem Druck zu, hängt jedoch kaum von der Temperatur ab und weist eine geringe Aktivierungsenergie auf. Gleichzeitig bleibt die übliche Abhängigkeit in der Reaktivität von Olefinen bestehen – stärker als der Unterschied in ihrer Löslichkeit. Das begrenzende Stadium ist offenbar die Diffusion des Olefins durch den Grenzfilm des katalytischen Aluminiumchloridkomplexes, in dem alle Reaktionen ablaufen. Im Gegensatz dazu verläuft die Transalkylierung viel langsamer und beschleunigt sich deutlich mit steigender Temperatur, da sie eine Aktivierungsenergie von ~6 ZkJ/mol aufweist.

Beide Reaktionen verlangsamen sich mit der allmählichen Desaktivierung des Katalysators, die Transalkylierungsgeschwindigkeit nimmt jedoch besonders stark ab. Infolgedessen reichert sich eine erhebliche Menge an Polyalkylbenzolen in der Reaktionsmischung an, die keine Zeit hat, eine reversible Transalkylierungsreaktion einzugehen.

Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, die Zufuhr von Reagenzien zu begrenzen, und daher ist die Möglichkeit einer Intensivierung des Prozesses durch die langsamste Transalkylierungsreaktion begrenzt.

Zusätzlich zu den Reagenzverunreinigungen wird die Deaktivierung des Katalysators durch die Ansammlung einiger Alkylierungsnebenprodukte beeinflusst, die AlC1 3 fest binden oder stabile σ-Komplexe bilden können, die ihr Proton kaum an das Olefinmolekül abgeben. Solche Substanzen sind bei niedrigen Temperaturen, wenn die Transalkylierung langsam erfolgt, Polyalkylbenzole und bei hohen Temperaturen polyzyklische aromatische Verbindungen und Harze. Als Ergebnis stellt sich heraus, dass die optimale Leistung und der optimale Verbrauch des Katalysators bei der Herstellung von Ethyl- und Isopropylbenzol bei einer bestimmten Durchschnittstemperatur („100 °C“) erreicht werden, wenn die Transalkylierung recht schnell abläuft, aber es gibt immer noch wenige polyzyklische Substanzen, die den Katalysator deaktivieren.

Bei der Synthese von Verbindungen mit einer längeren Alkylgruppe wird die Wahl der Temperatur durch die Nebenreaktion der Zerstörung und bei der Herstellung von Alkylnaphthalinen durch die Prozesse der Kondensation und Verharzung eingeschränkt. In diesen Fällen liegt ihr Optimum bei 30–50 °C, und bei der Alkylierung von Naphthalin kann die Selektivität durch Verwendung eines Lösungsmittels weiter erhöht werden. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass im Reaktionssystem

Die Harzbildung ist bei Naphthalin oder Yal-Kylnaphthalin zweiter Ordnung, die Hauptreaktion ist erster Ordnung. Infolgedessen steigt die Selektivität für Alkylnaphthalin mit abnehmender Naphthalinkonzentration.

Technologische Grundlage des Prozesses

Da die Transalkylierungsreaktion im Alkylator gleichzeitig mit der Alkylierung abläuft, wird zur gemeinsamen Durchführung dieser Prozesse auch ein Teil der DEBs (PABs), die bei der Rektifikation aus der Reaktionsmasse abgetrennt werden, zusammen mit Benzol und Ethylen in den Alkylator eingespeist.

Da dieser Prozess im Diffusionsbereich stattfindet, ist es notwendig, einen Bubbler zu verwenden, um die Phasengrenzfläche zu vergrößern;

Die Reaktion läuft unter Freisetzung von Wärme ab, daher ist es notwendig, Wärme abzuführen, was durch die Verdampfung von Benzol erreicht wird;

Für eine tiefere Umwandlung von Ethylen ist die Anwendung eines erhöhten Drucks erforderlich;

Die Alkylierungsreaktion ist eine sequentielle Reaktion. Um die Selektivität zu erhöhen, muss das Verhältnis Benzol: Ethylen = 3: 1 Mol eingehalten werden.

Aluminiumchlorid ist ein schwacher Katalysator, daher sollte der katalytische Komplex im Voraus vorbereitet werden.

Ethylbenzol wird durch Alkylierung von Benzol mit Ethylen hergestellt. Der Prozess der Alkylierung von Benzol mit Ethylen ist katalytisch und findet bei einer Temperatur im Bereich von 125–138 °C und einem Druck von 0,13–0,25 MPa (1,3–2,5 kgf/cm 2) statt, mit einer thermischen Wirkung von 108 kJ /mol.

Bei der Herstellung von Ethylbenzol spielt die Dosierung der Rohstoffe eine große Rolle. Benzol wird in einer Menge zugeführt, die dem festgelegten Molverhältnis von Benzol zu Ethylen von 2,8–3,6:1 entspricht. Wenn das Verhältnis von Benzol zu Ethylen verletzt wird, nimmt die Konzentration von Ethylbenzol in der Reaktionsmasse ab.

An die Rohstofftrocknung werden hohe Anforderungen gestellt, da Feuchtigkeit zur Desaktivierung des Katalysators und damit zu dessen Verbrauch führt. Es wird empfohlen, den Feuchtigkeitsgehalt des zur Alkylierung zugeführten Benzols auf einem Niveau von 0,002 % (Gew.) zu halten. Hierzu werden Vor- und Rücklaufbenzol durch azeotrope Rektifikation getrocknet.

Die beim Alkylierungsprozess entstehende Reaktionsmasse (Alkylat) enthält im Durchschnitt:

– 45–60 % der Masse an nicht umgesetztem Benzol;

– 26–40 Gew.-% Ethylbenzol;

– 4-12 Gew.-% PABs (DEB-Fraktion).

Korrosion bei der Herstellung von Ethylbenzol ist auf die Beschaffenheit des für die Alkylierung verwendeten Aluminiumchloridkatalysators und des Prozessinitiators Ethylchlorid zurückzuführen.

Alkylierungsprodukte haben aufgrund des darin enthaltenen Chlorwasserstoffs ausgeprägte korrosive Eigenschaften, die sich bei Temperaturen über 70 0 C verstärken

2.4 Beschreibung des Produktionsablaufdiagramms

Der Prozess der Alkylierung von Benzol mit Ethylen wird in einem Alkylatorpos durchgeführt. R-1 bei einer Temperatur von 125 - 138 0 C und einem Druck von 0,13 - 0,25 MPa (1,3 - 2,5 kgf/cm2). Wenn der Druck im Alkylator steigt, pos. Wenn R-1 mehr als 0,3 MPa (3 kgf/cm 2) beträgt, wird die Zufuhr von Benzol und Ethylen zum Alkylator gestoppt.

In der Alkylatorpos. R-1 kommt an:

Getrocknete Benzolmischung;

Katalysatorkomplex;

Fraktion der DEBs (PABs);

Ethylen;

Rückgeführter Katalysatorkomplex aus dem Absetzbecken pos. O-1;

Rücklaufbenzol nach Kondensator Pos. T-1 oder Pos. T-2;

Die Alkylierungsreaktion läuft unter Freisetzung von Wärme von 108 kJ/mol ab, die überschüssige Wärmemenge wird durch den zirkulierenden Katalysatorkomplex und verdampfendes Benzol abgeführt, das aus dem oberen Teil der Alkylierungsposition austritt. Mit den Abgasen vermischtes P-1 wird zum Kondensator Pos. geleitet. T-1 (Pos. T-2) mit zirkulierendem Wasser gekühlt. Benzolkondensat aus Kondensator Pos. T-1 (Pos. T-2) fließt durch Schwerkraft in den Alkylator Pos. R-1.

Von der Alkylator-Pos. Die P-1-Reaktionsmasse tritt durch die Kühlschrankposition ein. T-3, wo es mit zirkulierendem Wasser auf eine Temperatur von 40 - 60 0 C gekühlt wird, in den Sumpf pos. O-1 zur Sedimentation des zirkulierenden Katalysatorkomplexes.

Der abgesetzte Umlaufkatalysatorkomplex vom Boden des Absetzbehälters Pos. O-1 wird in die Alkylatorposition gepumpt. R-1. Das Verhältnis des rezirkulierenden Katalysatorkomplexes zur Reaktionsmasse liegt im Bereich (0,7–1,3): 1, bezogen auf die Masse.

Um die Aktivität des recycelten Katalysatorkomplexes aufrechtzuerhalten, ist Folgendes vorgesehen:

Zufuhr von Ethylchlorid zum Alkylator pos. R-1 und in die Leitung des umlaufenden katalytischen Komplexes.

Im Falle einer Abnahme der Aktivität des rezirkulierten Katalysatorkomplexes ist im Folgenden für dessen Entfernung aus dem Absetzbehälter, Pos., gesorgt. O-1 für Zersetzung.

Von der Sumpfpos. O-1-Reaktionsmasse wird durch Selbsttex in die Sammelposition geliefert. E-1.

Alkylat aus Behälter Pos. E-1 der Alkylierungseinheit gelangt in den Mischer Pos. C-1 zum Mischen mit saurem Wasser, das im katalytischen Komplexzersetzungssystem in Apparatur zirkuliert: Pos. O-2 Pos. N-2 Pos. C-1 Pos. O-2. Das Verhältnis des zirkulierenden sauren Wassers, das dem Mischer Pos. zugeführt wird. C-1 und Alkylat beträgt 2:1. In das Zersetzungssystem durch einen Mischer Pos. S-1, der verbrauchte Katalysatorkomplex wird ebenfalls (zu gleichen Anteilen mit dem frischen) nach dem Absetzbecken Pos. zugeführt. O-1.

Das Alkylat setzt sich im Absetzbecken Pos. aus dem Wasser ab. O-2. Die überschüssige Wassermenge aus dem Absetzbehälter Pos. O-2 auf der Grenzflächenebene wird durch Schwerkraft in den Sammler der Kohlenwasserstoff-Stripping-Einheit abgeleitet. Die untere Wasserschicht aus dem Absetzbecken Pos. O-2 wird zur Mischerposition zurückgeführt. S-1.

Alkylat aus Absetzbecken Pos. O-2 gelangt in die Waschkolonne Pos. Kn-1 zum Nachwaschen mit Wasser aus der Waschkolonne Pos. Kn-2.

Von der Waschkolonne Pos. Kn-1-Alkylat gelangt in den Behälter pos. E-3, zur Neutralisation in den Mischer Pos. abgepumpt. S-2. Die untere wässrige Schicht aus der Waschkolonne Pos. Kn-3 wird in Behälter Pos. gegossen. E-2 wird in den Mischer Pos. eingespeist. S-1.

Die Neutralisierung von Alkylat erfolgt mit einem chemischen Reagenz, das NaOH enthält und im Neutralisierungssystem nach folgendem Schema zirkuliert:

Pos. O-3 Pos. N-5 Pos. C-2 Pos. O-3.

Im Sumpf pos. O-3, das Alkylat setzt sich aus der Reaktantenlösung ab. Das Verhältnis der zirkulierenden Alkalilösung und des Alkylats beträgt 1,2:1.

Um eine konstante Konzentration der Reaktantenlösung im Absetzbehälter aufrechtzuerhalten, Pos. O-3, basierend auf den Analyseergebnissen, wird eine 15–20 % (Gew.) Reaktantenlösung regelmäßig in die Leitung einer zirkulierenden 2–10 % (Gew.) Reaktantenlösung eingespeist.

Neutralisiertes Alkylat aus Absetzbecken Pos. O-3 gelangt in die Waschkolonne Pos. Kn-2 zur Reinigung von Alkali. Alkylat wird mit Dampfkondensat aus Alkali gewaschen.

Die unterste Schicht ist chemisch verunreinigtes Wasser aus der Kolonnenpos. Kn-2 ist in der Artikelsammlung enthalten. E-4, von wo aus das Alkylat in die Kolonne gepumpt wird Pos. Buch 1.

Alkylat aus der Waschkolonne Pos. Kn-2 fließt durch Schwerkraft in den Absetzbehälter Pos. O-4.

Die unterste Schicht ist chemisch verunreinigtes Wasser aus dem Absetzbecken Pos. O-4 wird in einen unterirdischen Behälter abgelassen und das Alkylat gelangt in den Behälter, Pos. E-5, von wo es zum Lager gepumpt wird.

Tabelle Nr. 4.9 Ethylbenzol-Produktionsabfälle

	Verbindung, %	Menge, t/y	Häufigkeit der Bildung	Verwendungsrichtung
KORE-Harz (Sumpfrückstände aus der Rektifikation von Ethylbenzol)	Diethylbenzol, Triethylbenzole – 5-15, Höhere Pubs – 80-95		Ständig	Wird als Rohstoff für die Herstellung von Ruß oder als Kesselbrennstoff verwendet
Verluste aufgrund von Gerätelecks in einer Außenanlage			Ständig	In die Atmosphäre freigesetzt
Chemisch belastetes Abwasser	CSB nicht mehr als 0,02, Benzol nicht mehr als 0,005, Ethylbenzol nicht mehr als 0,005,		Ständig	Nach der Reinigung werden sie zum Fluss geschickt

Ministerium für allgemeine Bildung der Russischen Föderation

KASAN STATE TECHNOLOGICAL

UNIVERSITÄT

NISCHNEKAMSK CHEMISCH-TECHNOLOGISCH

INSTITUT

Abteilung für Chemie Technologien

Gruppe

Kursprojekt

Thema: Herstellung von Ethylbenzol durch Alkylierung von Benzol mit Ethylen

Student:

Aufsicht (_________)

Student ka (_________)

Nischnekamsk

EINFÜHRUNG

Das Thema dieses Kursprojekts ist die Herstellung von Ethylbenzol durch Alkylierung von Benzol mit Ethylen.

Das gebräuchlichste petrochemische Syntheseverfahren ist die katalytische Alkylierung von Benzol mit Olefinen, die durch den hohen Bedarf an alkylaromatischen Kohlenwasserstoffen – Rohstoffen bei der Herstellung von Synthesekautschuk, Kunststoffen, Synthesefasern etc. – bestimmt wird.

Alkylierung ist der Prozess der Einführung von Alkylgruppen in Mo- Moleküle organischer und einiger anorganischer Substanzen. Diese Reaktionen sind von großer praktischer Bedeutung für die Synthese von Alkylaromaten, Isoalkanen, Aminen, Mercaptanen und Sulfiden usw.

Die Alkylierungsreaktion von Benzol mit Alkylchloriden in Gegenwart von wasserfreiem Aluminiumchlorid wurde erstmals 1877 von S. Friedel und J. Crafts durchgeführt. Im Jahr 1878 erhielt Friedels Schüler Balson Ethylbenzol durch Alkylierung von Benzol mit Ethylen in Gegenwart von ALCL3.

Seit der Entdeckung der Alkylierungsreaktion wurden viele verschiedene Methoden entwickelt, um die Wasserstoffatome von Benzol und anderen aromatischen Kohlenwasserstoffen durch Alkylradikale zu ersetzen. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Alkylierungsmittel und Katalysatoren verwendet 48,49.

Die Alkylierungsrate aromatischer Kohlenwasserstoffe ist mehrere hundert Mal höher als die von Paraffinen, sodass die Alkylgruppe fast immer nicht auf die Seitenkette, sondern auf den Kern gerichtet ist.

Für die Alkylierung aromatischer Kohlenwasserstoffe mit Olefinen werden zahlreiche Katalysatoren vom Typ starker Säuren verwendet, insbesondere Schwefelsäure (85-95 %), Phosphor- und Pyrophosphorsäure, wasserfreier Fluorwasserstoff, synthetische und natürliche

Alumosilikate, Ionenaustauscher, Heteropolysäuren. Säuren in flüssiger Form zeigen katalytische Aktivität bei Alkylierungsreaktionen bei niedrigen Temperaturen (5–100 °C); Säuren auf festen Trägern, beispielsweise Phosphorsäure auf Kieselgur, wirken bei 200-300°C; Alumosilikate sind bei 300–400 und 500 °C und einem Druck von 20–40 kgf/cm² (1,96–3,92 MN/m²) aktiv.

Die Relevanz dieses Themas besteht darin, dass Styrol anschließend aus Ethylbenzol durch Dehydrierung von Ethylbenzol gewonnen wird.

1. THEORETISCHER TEIL

2.1 Theoretische Grundlage der übernommenen Produktionsmethode.

Alkylierung von Benzol mit Ethylen. Industrielle Prozesse zur Alkylierung von Benzol mit Ethylen variieren je nach verwendetem Katalysator. Eine Reihe von Katalysatoren wurde im Pilotmaßstab getestet.

Im Jahr 1943 führte Copers die Alkylierung von Benzol mit Ethylen an einem Alumosilicat-Katalysator in der flüssigen Phase bei 310 °C und 63 kgf/cm² (6,17 MN/m²) mit einem Molverhältnis von Ethylen:Benzol von 1:4 durch.

Das Verfahren der Alkylierung von Benzol mit Ethylen an Aluminiumchlorid bei Atmosphärendruck oder leicht erhöhtem Druck und einer Temperatur von 80–100 °C hat sich weit verbreitet.

Die Alkylierung an einem festen Phosphorsäurekatalysator konkurriert mit dieser Methode, allerdings kann an diesem Katalysator nur Isopropylbenzol gewonnen werden. Eine Alkylierung von Benzol mit Ethylen wird dabei praktisch nicht durchgeführt.

Eine große Gruppe von Alkylierungskatalysatoren besteht aus Aprotonsäuren (Lewis-Säuren) – Halogeniden bestimmter Metalle. Sie zeigen normalerweise katalytische Aktivität in Gegenwart von Promotoren, mit denen sie Produkte bilden, die starke Protonensäuren sind. Katalysatoren dieser Art können Aluminiumchlorid, Aluminiumbromid, Eisenchlorid, Zinkchlorid, Titantrichlorid und Titantetrachlorid sein. Lediglich Aluminiumchlorid wird industriell genutzt.

Die folgenden allgemeinen Vorstellungen werden über den Mechanismus der Alkylierungsreaktionen von Benzol und seinen Homologen mit Olefinen vertreten.

Die Alkylierung in Gegenwart von Aluminiumchlorid wird mechanistisch interpretiert

Mu-Säure-Katalyse. In diesem Fall muss das System enthalten

einen Promotor erzeugen, dessen Rolle Chlorwasserstoff spielt. Letzteres kann

entsteht in Gegenwart von Wasser:

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

Die weitere Addition an den aromatischen Ring erfolgt über einen Mechanismus, der dem oben diskutierten ähnelt:

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

In Gegenwart von Aluminiumchlorid erfolgt die Dealkylierung leicht, was auf die Reversibilität der Alkylierungsreaktion hinweist. Dealkylierungsreaktionen werden verwendet, um Polyalkylbenzole in Monoalkylbenzole umzuwandeln.

Thermodynamik der Alkylierungsreaktion. Basierend auf physikalisch-chemischen

Konstanten von Kohlenwasserstoffen und ihre thermodynamischen Funktionen - Enthalpie ΔН und

Entropie ΔS können Sie die Gleichgewichtskonstanten ermitteln und das Gleichgewicht berechnen

Ausbeuten an Alkylderivaten bei der Alkylierung von Benzol mit Olefinen, abhängig von

abhängig von Temperatur und Druck.

Die Gleichgewichtsausbeute an Ethylbenzol steigt mit zunehmendem Molarwert

überschüssiges Benzol und mit zunehmendem Druck bei einer bestimmten Temperatur.

C6 H6 + C2 H4 ↔ C6 H5 C2 H5

Wenn Benzol bei Temperaturen unter 250–300 °C mit Ethylen alkyliert wird

Es wird eine nahezu vollständige Umwandlung von Benzol in Ethylbenzol erreicht. Bei 450

-500 °C erfordert zur Erhöhung der Umwandlungstiefe eine Druckerhöhung auf 10–20 kgf/cm² (0,98–1,96 MN/m²).

Die Alkylierungsreaktion von Benzol mit Ethylen ist eine sequentielle, reversible Reaktion erster Ordnung. Mit zunehmender Prozesstiefe entstehen neben Monoalkylbenzol auch Polyalkylbenzole

C6 H6 + Cn H2n ↔ C6 H5 Cn H2n+1

C6 H5 Cn H2n+1 + Cn H2n ↔ C6 H4 (Cn H2n+1)2, die unerwünschte Nebenprodukte sind. Daher wird die Zusammensetzung des Alkylat-Reaktionsgemisches häufiger durch kinetische Faktoren als durch das thermodynamische Gleichgewicht bestimmt.

Somit ist eine Dealkylierung thermodynamisch mit großer Tiefe bei 50–100 °C möglich. Tatsächlich verläuft die Reaktion in Gegenwart von Aluminiumchlorid gut, da der Alkylierungsprozess mit diesem Katalysator reversibel ist. Allerdings findet bei gleichen Temperaturen in Gegenwart von Säuren überhaupt keine Dealkylierung statt. M.A. Dalin untersuchte experimentell die Zusammensetzung der Produkte der Benzol-Alkylierung mit Ethylen in Gegenwart von Aluminiumchlorid.

Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches wird durch das Verhältnis von Benzol und Ethylen bestimmt und hängt nicht davon ab, wie das Alkylat gewonnen wird: direkte Alkylierung oder Dealkylierung von Polyalkylbenzol. Diese Schlussfolgerung gilt jedoch nur, wenn Aluminiumchlorid als Katalysator verwendet wird.

Der Alkylierungsprozess wird in einem Alkylator durchgeführt – einer Reaktionskolonne, die zum Schutz vor Korrosion emailliert oder mit Graphitfliesen ausgekleidet ist. Drei Abschnitte der Kolonne verfügen über Mäntel zur Kühlung, die Hauptwärmemenge wird jedoch durch die Verdampfung von etwas Benzol abgeführt. Die Alkylierung erfolgt in Gegenwart eines flüssigen Katalysatorkomplexes bestehend aus Aluminiumchlorid (10–12 %), Benzol (50–60 %) und Polyalkylbenzolen (25–30 %). Zur Bildung von Chlorwasserstoff, der die Reaktion beschleunigt, werden 2 % Wasser aus

Massen von Aluminiumchlorid sowie Dichlorethan oder Ethylchlorid, bei deren Spaltung Chlorwasserstoff entsteht.

Um Ethylbenzol aus dem Alkylat zu isolieren, wird Benzol bei Atmosphärendruck abdestilliert (Wasserspuren werden gleichzeitig mit Benzol entfernt). Eine große Fraktion, eine Mischung aus Ethylbenzol und Polyalkylbenzolen, wird aus der Bodenflüssigkeit bei reduziertem Druck (200 mm Hg, 0,026 MN/m²) destilliert. In der nächsten Spalte bei einem Restdruck von 50 mm Hg. (0,0065 MN/m²) Polyalkylbenzole werden von den Harzen abgetrennt. Die breite Fraktion wird in einer Vakuumkolonne bei einem Restdruck von 420–450 mm Hg dispergiert. (0,054-0,058 MN/m²). Handelsübliches Ethylbenzol wird im Bereich von 135,5–136,2 °C destilliert.

Zur Herstellung von Ethylbenzol wird Ethan verwendet – die Ethylenfraktion der Pyrolyse, die 60–70 % Ethylen enthält.

Benzol zur Alkylierung sollte nicht mehr als 0,003–0,006 % Wasser enthalten, während handelsübliches Benzol 0,06–0,08 % Wasser enthält. Die Dehydratisierung von Benzol erfolgt durch azeotrope Destillation. Der Schwefelgehalt in Benzol sollte 0,1 % nicht überschreiten. Ein erhöhter Schwefelgehalt führt zu einem erhöhten Verbrauch von Aluminiumchlorid und verschlechtert die Qualität des Endprodukts.

1.2. Eigenschaften der Rohstoffe und des daraus resultierenden Produkts.

Name der Rohstoffe, Materialien,

reagenzien,

Katalysatoren.

halbfertige Produkte,

hergestellt

Produkte.

Staatsnummer

Militär bzw

Industrie

Standard

technisch

Standard

Unternehmen.

Zur Verifizierung erforderliche Qualitätsindikatoren.

Norm (nach

OST, Standard

Dartu übernahm es

Zweck,

Anwendungsgebiet.

1.ETHYLBENZOL

farblose transparente Flüssigkeit. Hauptindikatoren für die Eigenschaften von Ethylbenzol:

Molekulargewicht = 106,17

Dichte, g/cm³ = 0,86705 Siedepunkt, °C = 176,1

Schmelzen = -25,4 Blinken = 20

Selbstentzündung = 431.

Wärme, kJ/mol

Schmelzpunkt = 9,95

Verdampfung=33,85 Wärmekapazität, J/mol ∙ K=106,4

Verbrennungswärme, kcal/mol=1089,4

Löslichkeit in Wasser, g/100 ml=0,014

In der Industrie wird es hauptsächlich als Rohstoff für die Styrolsynthese, als Zusatz zu Kraftstoffen sowie als Verdünnungs- und Lösungsmittel verwendet. C6 H5 C2 H5

Der größte Teil des Ethylbenzols wird durch Alkylierung von Benzol mit Ethylen gewonnen und eine viel kleinere Menge wird durch Ultrahochdestillation aus Produkten der Straight-Run-Benzinreformierung isoliert. Hauptindikatoren für die Eigenschaften von Ethylbenzol: Ethylbenzol reizt die Haut

krampfartige Aktion. Die maximal zulässige Konzentration in der Luft beträgt in Gewässern 0,02 mg/m³

Haushaltsgebrauch – 0,01 mg/l. CPV 0,9–3,9 Vol.-%. Volumen der Welt

Die Produktion beträgt etwa 17 Millionen Tonnen pro Jahr (1987). Produktionsvolumen in Russland 0,8

Millionen Tonnen pro Jahr (1990).

H2 C=CH2. Farbloses Gas mit schwachem Geruch. Ethylen löst sich in Wasser zu 0,256 cm³/cm³ (bei 0 °C), löst sich in Alkoholen und Ethern.

Ethylen hat die Eigenschaften von Phytohormonen – es verlangsamt das Wachstum, beschleunigt die Zellalterung, Reifung und den Fruchtfall. Es ist explosiv, CPV 3-34 % (Volumen), MPC in atmosphärischer Luft 3 mg/m³, in der Luft des Arbeitsbereichs 100 mg/m³. Weltproduktion 50 Millionen Tonnen pro Jahr (1988).

In großen Mengen (20 %) in Erdölraffineriegasen enthalten; ist Bestandteil von Kokereigas. Eines der Hauptprodukte der petrochemischen Industrie: Wird zur Synthese von Vinylchlorid, Ethylenoxid, Ethylalkohol, Polyethylen usw. verwendet. Ethylen wird durch die Verarbeitung von Öl und Erdgas gewonnen. Ausgabe

Die Flachsethylenfraktion enthält 90–95 % Ethylen mit einer Beimischung von Propylen, Methan und Ethan. Es wird als Rohstoff bei der Herstellung von Polyethylen, Ethylenoxid, Ethylalkohol, Ethanolamin, Polyvinylchlorid und in der Chirurgie zur Anästhesie verwendet.

C6 H6. Farblose Flüssigkeit mit eigenartig mildem Geruch

heim Bildet mit Luft explosive Gemische, mischt sich gut mit Ethern, Benzin und anderen organischen Lösungsmitteln. Löslichkeit in Wasser 1,79 g/l (bei 25 °C). Giftig, umweltgefährlich, brennbar. Benzol ist ein aromatischer Kohlenwasserstoff.

Hauptindikatoren für die Eigenschaften von Benzol:

Molekulargewicht = 78,12

Dichte, g/cm³=0,879

Temperatur, °C:

Siedepunkt = 80,1

Schmelzen = 5,4

Blinkt=-11

Selbstentzündung=562

Wärme, kJ/mol:

Schmelzpunkt = 9,95

Verdunstung = 33,85

Wärmekapazität, J/mol ∙ K=81,6

Benzol ist mit unpolaren Lösungsmitteln in jeder Hinsicht mischbar: Kohlenwasserstoffe, Terpentin, Ether, löst Fette, Gummi, Harze (Teer). Es bildet mit Wasser ein azeotropes Gemisch mit einem Siedepunkt von 69,25 °C und bildet mit vielen Verbindungen zwei- und dreifach azeotrope Gemische.

In einigen gefunden

Öle, Kraftstoffe, Benzine. Es wird häufig in der Industrie verwendet und ist ein Rohstoff für die Herstellung von Medikamenten, verschiedenen Kunststoffen, synthetischem Kautschuk und Farbstoffen. Benzol ist ein Bestandteil von Rohöl, wird jedoch im industriellen Maßstab größtenteils aus seinen anderen Bestandteilen synthetisiert. Es wird auch zur Herstellung von Ethylbenzol, Phenol, Nitrobenzol und Chlorbenzol als Lösungsmittel verwendet.

Je nach Produktionstechnologie werden unterschiedliche Benzolqualitäten gewonnen. Erdölbenzol wird bei der katalytischen Reformierung von Benzinfraktionen, der katalytischen Hydrodealkylierung von Toluol und Xylol sowie bei der Pyrolyse von Erdölrohstoffen gewonnen.

2.3. Beschreibung des technologischen Schemas.

Anhang A zeigt ein Flussdiagramm für die Herstellung von Ethylbenzol. Der Prozess der Alkylierung von Benzol mit Ethylen wird in einem Alkylatorpos durchgeführt. R-1 in einer Ethylchloridumgebung bei einer Temperatur von 125–135 °C und einem Druck von 0,26–0,4 MPa. Folgendes wird in den Alkylator eingespeist: getrocknete Benzolbeschickung, katalytischer Komplex, Polyalkylbenzol-Fraktion, Ethylen, umlaufender katalytischer Komplex, Rücklaufbenzol.

Bei der Alkylierungsreaktion wird Wärme freigesetzt, deren überschüssige Menge durch den umlaufenden katalytischen Komplex und das verdampfende Benzol entfernt wird. Benzol aus dem oberen Teil des Alkylators, gemischt mit Abgas, wird zum Kondensator Pos. geleitet. T-1, wassergekühlt. Nicht kondensierte Gase aus dem Kondensator pos. T-1 werden an den Kondensator pos gesendet. T-2, gekühlt mit gekühltem Wasser t=0°C. Entlüftungsöffnungen nach dem Kondensator pos. T-2 wird zur weiteren Rückgewinnung von Benzoldämpfen geliefert. Benzolkondensat aus Kondensatoren Pos. T-1 und T-2 fließen durch Schwerkraft in den Boden des Alkylators Pos. R-1. Von der Alkylator-Pos. P-1 Reaktionsmasse durch Wärmetauscher Pos. T-3, wo es mit Wasser auf 40-60 °C abgekühlt wird, wird zum Absetzbecken Pos. geleitet. E-1 zur Trennung vom zirkulierenden katalytischen Komplex. Der abgesetzte katalytische Komplex vom Boden des Absetzbehälters pos. E-1 wird von Pumpenpos. aufgenommen. N-1 und kehrt zur Alkylatorposition zurück. R-1. Um die Katalysatoraktivität aufrechtzuerhalten, wird Ethylchlorid der umlaufenden Komplexleitung zugeführt. Im Falle einer Abnahme der Katalysatoraktivität wird der verbrauchte katalytische Komplex zur Zersetzung entfernt. Reaktionsmasse aus dem Absetzbecken Pos. E-1 wird im Behälter Pos. gesammelt. E-2, von wo es aufgrund des Drucks im Alkylierungssystem in den Mischer Pos. gelangt. E-3 zum Mischen mit saurem Wasser, das im Zersetzungssystem zirkuliert:

Absetzbecken Pos. E-4-Pumpe, Pos. N-2-Mischer, Pos. E-3. Das Verhältnis von dem Mischer zugeführtem Umlaufwasser und der Reaktionsmasse beträgt l/2:1 Ja, das Zerlegungssystem wird aus einer Sammlung von Gegenständen versorgt. E-5 Pumpenpos. N-3. Die Reaktionsmasse wird aus Wasser in einem Absetzbecken, Pos., abgesetzt. E-4; untere Wasserschicht mit Pumpenpos. N-2 wird zum Mischer geleitet; und die oberste Schicht – die Reaktionsmasse – fließt durch Schwerkraft in die Waschkolonne Pos. K-1 für Sekundärspülung mit Wasser, das von der Pumpe Pos. geliefert wird. N-4 aus der Waschkolonne Pos. K-2. Von der Waschkolonne Pos. Die Reaktionsmasse K-1 fließt durch die Schwerkraft in die Sammelstelle. E-6, von wo aus die Pumpenpos. N-5 wird zur Neutralisation in den Mischer Pos. abgepumpt. E-7.

Die untere wässrige Schicht aus der Waschkolonne Pos. K-1 wird durch Schwerkraft in den Behälter Pos. abgelassen. E-5 und Pumpenpos. N-3 wird in den Mischer Pos. eingespeist. E-3. Neutralisation der Reaktionsmasse im Mischer Pos. E-7 wird mit einer 2-10 %igen Natriumhydroxidlösung durchgeführt. Das Verhältnis der Reaktionsmasse zur zirkulierenden Natronlauge beträgt 1:1. Die Trennung der Reaktionsmasse von der Alkalilösung erfolgt im Absetzbecken, Pos. E-8, von wo aus die Reaktionsmasse durch Schwerkraft in die Kolonne Pos. fließt. K-2 zur Reinigung von Alkali mit Wasserkondensat. Die unterste Schicht – chemisch verunreinigtes Wasser – wird aus der Kolonne in einen Behälter Pos. abgelassen. E-9 und Pumpenpos. N-4 wird zum Waschen der Reaktionsmasse in die Kolonne Pos. abgepumpt. K-1. Die Reaktionsmasse fließt vom Kopf der Kolonne durch Schwerkraft in den Absetzbehälter Pos. E-10, dann gesammelt in einem Zwischenbehälter, Pos. E-11 und wird von der Pumpe Pos. abgepumpt. N-7 zum Lagerhaus.

Technologisches Schema zur Alkylierung von Benzol mit Ethylen an Aluminiumchlorid, auch geeignet für die Alkylierung von Benzol mit Propylen.

Polyalkylbenzole (25 – 30 %). Um Chlorwasserstoff zu bilden, der die Reaktion beschleunigt, werden dem katalytischen Komplex 2 Gewichtsprozent Wasser Aluminiumchlorid sowie Dichlorethan oder Ethylchlorid zugesetzt, bei deren Spaltung Chlorwasserstoff entsteht.

1.5. Beschreibung der Geräte und Funktionsweise des Hauptgeräts.

Die Alkylierung wird in einem Säulenreaktor ohne mechanisches Rühren bei einem Druck nahe dem Atmosphärendruck durchgeführt (Anhang B). Der Reaktor besteht aus vier Rahmen, emailliert oder mit Keramik- oder Graphitfliesen ausgekleidet. Für einen besseren Kontakt befindet sich im Inneren des Reaktors eine Düse. Die Höhe des Reaktors beträgt 12 m, der Durchmesser beträgt 1,4 m. Jede Schublade ist mit einem Mantel zur Wärmeabfuhr während des normalen Betriebs des Reaktors ausgestattet (er wird auch zum Heizen beim Anfahren des Reaktors verwendet). Der Reaktor ist bis zum Rand mit einer Mischung aus Benzol und Katalysator gefüllt. Getrocknetes Benzol, katalytischer Komplex und Ethylengas werden kontinuierlich in den unteren Teil des Reaktors eingespeist. Die flüssigen Produkte der Alkylierungsreaktion werden kontinuierlich in einer Höhe von etwa 8 m vom Boden des Reaktors abgezogen, und ein Dampf-Gas-Gemisch, bestehend aus nicht umgesetzten Gasen und Benzoldampf, wird von der Oberseite des Reaktors abgezogen. Die Temperatur im unteren Teil des Reaktors beträgt 100°C, im oberen Teil 90 - 95°C. Die Herstellung des Katalysatorkomplexes erfolgt in einer Apparatur, aus der eine Katalysatorsuspension kontinuierlich in den Alkylierungsreaktor eingespeist wird.

Der Alkylator zur Herstellung von Ethylbenzol in flüssiger Phase ist eine Stahlkolonne, die innen mit einer säurebeständigen Auskleidungsposition ausgekleidet ist. 4 oder mit säurebeständigem Email beschichtet, um die Wände vor der korrosiven Wirkung von Salzsäure zu schützen. Das Gerät verfügt über vier Schubladenpositionen. 1, verbunden durch Flansche Pos. 2. Drei Schubladen sind mit Hemden ausgestattet. 3 zur Kühlung mit Wasser (zur Wärmeabfuhr während der Alkylierungsreaktion). Während des Betriebs ist der Reaktor mit einer Reaktionsflüssigkeit gefüllt, deren Säulenhöhe 10 beträgt M . Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels sind manchmal zwei Spulen angebracht, in denen Wasser zur zusätzlichen Kühlung zirkuliert.

Der Betrieb des Alkylators ist kontinuierlich: Benzol, Ethylen und der katalytische Komplex werden seinem unteren Teil ständig zugeführt; Das Gemisch aus Reaktanten und Katalysator steigt in den oberen Teil der Apparatur und fließt von dort in den Absetzbehälter. Die Dämpfe, die von oben aus dem Alkylator kommen (hauptsächlich bestehend aus Benzol), kondensieren und kehren als Flüssigkeit zum Alkylator zurück.

In einem Durchgang reagiert Ethylen fast vollständig, Benzol nur zu 50-55 %; daher beträgt die Ausbeute an Ethylbenzol in einem Durchgang etwa 50 % der Theorie; der Rest des Ethylens geht durch die Bildung von Di- und Polyethylbenzol verloren.

Der Druck im Alkylator beträgt im Betrieb 0,5 bei(übermäßig), Temperatur 95-100°C.

Die Alkylierung von Benzol mit Ethylen kann auch in der Gasphase an einem festen Katalysator durchgeführt werden, diese Methode wird jedoch industriell noch wenig genutzt.

Die Ausbeute an Ethylbenzol beträgt 90–95 % bezogen auf Benzol und 93 % bezogen auf Ethylen. Der Verbrauch pro 1 Tonne Ethylbenzol beträgt: Ethylen 0,297 Tonnen,

Benzol 0,770 t, Aluminiumchlorid 12 - 15 kg.

2. SCHLUSSFOLGERUNGEN ZUM PROJEKT.

Das billigste Ethylbenzol wird durch Isolierung aus der Xylolfraktion von Reformierungs- oder Pyrolyseprodukten gewonnen, wo es in einer Menge von 10-15 % enthalten ist. Die Hauptmethode zur Herstellung von Ethylbenzol bleibt jedoch die Methode der katalytischen Alkylierung von Benzol.

Trotz der großtechnischen Produktion von Alkylbenzolen gibt es eine Reihe ungelöster Probleme, die die Effizienz sowie die technischen und wirtschaftlichen Indikatoren von Alkylierungsprozessen beeinträchtigen. Folgende Nachteile können festgestellt werden:

Mangel an stabilen, hochaktiven Katalysatoren für die Alkylierung von Benzol mit Olefinen; weit verbreitete Katalysatoren – Aluminiumchlorid, Schwefelsäure usw. – verursachen Korrosion an der Ausrüstung und werden nicht regeneriert;

Das Auftreten von Nebenreaktionen, die die Selektivität der Herstellung von Alkylbenzolen verringern, was zusätzliche Kosten für die Reinigung der resultierenden Produkte erfordert;

Entstehung großer Mengen an Abwasser und Industrieabfällen im Rahmen bestehender Alkylierungstechnologiesysteme;

Unzureichende Produktionskapazität der Einheiten.

Aufgrund des hohen Wertes von Ethylbenzol besteht derzeit eine sehr hohe Nachfrage danach, während seine Kosten relativ niedrig sind. Auch die Rohstoffbasis für die Herstellung von Ethylbenzol ist breit gefächert: Benzol und Ethylen werden in großen Mengen durch Cracken und Pyrolyse von Erdölfraktionen gewonnen.

3. STANDARDISIERUNG

Im Kursprojekt wurden folgende GOSTs verwendet:

GOST 2.105 – 95 Allgemeine Anforderungen an Textdokumente.

GOST 7.32 – 81 Allgemeine Anforderungen und Regeln für die Vorbereitung von Studienarbeiten und Dissertationen.

GOST 2.109 – 73 Grundanforderungen an die Zeichnung.

GOST 2.104 – 68 Grundlegende Beschriftungen auf Zeichnungen.

GOST 2.108 – 68 Spezifikationen.

GOST 2.701 – 84 Schemata, Typen, Typen, allgemeine Anforderungen.

GOST 2.702 – 75 Regeln für die Umsetzung verschiedener Arten von Systemen.

GOST 2.721 – 74 Symbole und grafische Symbole in Diagrammen.

GOST 21.108 – 78 Symbolische und grafische Darstellung in Zeichnungen.

GOST 7.1 – 84 Regeln für die Erstellung einer Referenzliste.

4. LISTE DER VERWENDETEN REFERENZEN.

1. Traven V.F. Organische Chemie: in 2 Bänden: Lehrbuch für Universitäten / V.F. Traven. – M.: NCC Akademkniga, 2005. – 727 S.: Abb. – Bibliographie: S. 704 – 708.

2. Epstein D.A. Allgemeine Chemietechnik: Lehrbuch für Berufsschulen / D.A. Epstein. – M.: Chemie, - 1979. – 312 S.: Abb.

3. Litvin O.B. Grundlagen der Kautschuksynthesetechnologie. / UM. Litvin. – M.: Chemie, 1972. – 528 S.: Abb.

4. Achmetow N.S. Allgemeine und anorganische Chemie: Lehrbuch für Universitäten – 4. Aufl., überarbeitet. / N.S. Achmetow. – M.: Higher School, hrsg. Center Academy, 2001. – 743 Seiten: Abb.

5. Yukelson I.I. Technologie der grundlegenden organischen Synthese. / I.I. Yukelson. – M.: Chemie, -1968. – 820 S.: Abb.

6. Paushkin Ya.M., Adelson S.V., Vishnyakova T.P. Petrochemische Synthesetechnologie: Teil 1: Kohlenwasserstoffrohstoffe und ihre Oxidationsprodukte. / Süßkartoffel. Paushkin, S.V. Adelson, T.P. Vishnyakova. – M.: Chemie, -1973. – 448 S.: Abb.

7. Lebedev N.N. Chemie und Technologie der grundlegenden organischen und petrochemischen Synthese: Lehrbuch für Universitäten – 4. Auflage, überarbeitet. und zusätzlich / N.N. Lebedew. – M.: Chemie, -1988. – 592 S.: Abb.

8. Platte N.A., Slivinsky E.V. Grundlagen der Chemie und Technologie der Monomere: Lehrbuch. / N.A. Plate, E.V. Slivinsky. – M.: MAIK Nauka / Interperiodika, -2002. – 696 S.: Abb.