Elektrofīlā aizstāšana benzola gredzenā

Alkilēšana ir alkilgrupu ievadīšanas process organisko un dažu molekulās neorganiskās vielas. Šīm reakcijām ir liela praktiska nozīme kodolā alkilētu aromātisko savienojumu, izoparafīnu, daudzu merkaptānu un sulfīdu, amīnu, vielu ar ētera saitēm, elementāru un metālorganisko savienojumu, α-oksīdu un acetilēna pārstrādes produktu sintēzē. Alkilēšanas procesi bieži vien ir starpposmi monomēru, mazgāšanas līdzekļu u.c. ražošanā.

ALKILĒŠANAS PROCESU RAKSTUROJUMS

Alkilēšanas reakciju klasifikācija. Racionālākā alkilēšanas procesu klasifikācija ir balstīta uz jaunizveidotās saites veidu.

Alkilgrupagrāvisanēieslēgtsatoms ogleklis(C-alkilgrupaing) sastāv no ūdeņraža atoma, kas atrodas pie oglekļa atoma, aizstāšanas ar alkilgrupu. Parafīni spēj šo aizvietošanu, bet alkilēšana ir visraksturīgākā aromātiskajiem savienojumiem (Frīdela-Kraftsa reakcija):

Atomu alkilēšanaskābeklisunsērs(Ak-unS-alkilēšana) ir reakcija, kurā alkilgrupa saistās ar skābekļa vai sēra atomu:

Alkilēšana aratoms slāpeklis (N-alkilēšana) sastāv no ūdeņraža atomu aizstāšanas amonjakā vai amīnos ar alkilgrupām. Šī ir vissvarīgākā no amīnu sintēzes metodēm:

Tāpat kā hidrolīzes un hidratācijas reakciju gadījumā, N-alkilēšanu bieži klasificē kā amonolīzi (vai aminolīzi). organiskie savienojumi.

Alkilēšana ieslēgtsatomi citi elementi(Si-, Pb-, A1-alkilēšana) ir vissvarīgākais veids, kā iegūt elementārus un metālorganiskus savienojumus, ja alkilgrupa ir tieši saistīta ar heteroatomu:

Vēl viena alkilēšanas reakciju klasifikācija balstās uz atšķirībām organiskā vai neorganiskā savienojumā ievadītās alkilgrupas struktūrā.

Alkilgrupa var būt piesātināta alifātiska (piemēram, etilgrupa un izopropilgrupa) vai cikliska. Pēdējā gadījumā reakciju dažreiz sauc cikloalkilēšana:

Ieviešot fenilgrupu vai arilgrupu kopumā, veidojas tieša saite ar aromātiskā kodola oglekļa atomu - arilēšana:

Vinila grupas ievads (vinilēšana) ieņem īpašu vietu un tiek veikta galvenokārt ar acetilēna palīdzību:

Vissvarīgākā no aizvietoto alkilgrupu ievadīšanas reakcijām ir process β-oksiālsķīlisungrāvisania(konkrētā gadījumā oksitilēšana), kas aptver plašu olefīna oksīdu reakciju klāstu:

Alkilētāji un katalizatori.

Visus alkilējošos līdzekļus pēc saišu veida, kas tajos alkilēšanas laikā plīst, vēlams iedalīt šādās grupās:

nepiesātinātie savienojumi (olefīni un acetilēns), kas sarauj π-elektronisko saiti starp oglekļa atomiem;

hlora atvasinājumi ar pietiekami kustīgu hlora atomu, kas var tikt aizstāts dažādu aģentu ietekmē;

spirti, ēteri un esteri, jo īpaši olefīna oksīdi, kuros oglekļa-skābekļa saite tiek pārrauta alkilēšanas laikā.

Olefīni(etilēns, propilēns, butēni un augstāka propilēna trimmeri) ir ārkārtīgi svarīgi kā alkilētāji. Lētības dēļ viņi cenšas tos izmantot visos gadījumos, kad vien iespējams. Viņi ir atraduši savu galveno pielietojumu parafīnu un aromātisko savienojumu C-alkilēšanai. Tie nav piemērojami N-alkilēšanai un ne vienmēr ir efektīvi S- un O-alkilēšanā un metālorganisko savienojumu sintēzē.

Alkilēšana ar olefīniem vairumā gadījumu notiek saskaņā ar jonu mehānismu, starpposmā veidojot karbokationus, un to katalizē protoniskās un aprotiskās skābes:

Olefīnu reaktivitāti šāda veida reakcijās nosaka to tendence veidot karbokātus:

Tas nozīmē, ka olefīna oglekļa ķēdes pagarināšanās un sazarošanās ievērojami palielina tā spēju alkilēties.

Hlora atvasinājumi ir alkilētāji ar visplašāko darbības spektru. Tie ir piemēroti C-, O-, S- un N-alkilēšanai un vairuma elementāru un metālorganisko savienojumu sintēzei. Hlora atvasinājumu izmantošana ir racionāla tiem procesiem, kuros tos nevar aizstāt ar olefīniem vai ja hlora atvasinājumi ir lētāki un pieejamāki nekā olefīni.

Hlora atvasinājumu alkilējošā darbība izpaužas trīs dažādi veidi mijiedarbības: elektrofīlās reakcijās, nukleofīlā aizstāšanā un brīvo radikāļu procesos. Elektrofīlās aizvietošanas mehānisms raksturīgs galvenokārt alkilēšanai pie oglekļa atoma, bet atšķirībā no olefīniem reakcijas katalizē tikai aprotiskās skābes (alumīnija un dzelzs hlorīdi). Ierobežotā gadījumā process notiek ar starpposma karbokācijas veidošanos

šajā sakarā alkilhlorīdu reaktivitāte ir atkarīga no C-C1 saites polarizācijas vai karbokationu stabilitātes un palielinās līdz ar alkilgrupas pagarinājumu un sazarošanos: CH3-CH2C1< (СН 3) 2 СНС1 < (СН 3) 3 СС1

Alkoholi un ēteri spēj veikt C-, O-, N- un S-alkilēšanas reakcijas. Olefīnu oksīdus, kas ir glikolu iekšējie esteri, var klasificēt arī kā ēterus, un no visiem ēteriem kā alkilētājus praktiski izmanto tikai olefīnu oksīdus. Spirtus izmanto O- un N-alkilēšanai, ja tie ir lētāki un pieejamāki nekā hlora atvasinājumi. Lai pārtrauktu to alkil-skābekļa saiti, ir nepieciešami skābes tipa katalizatori:

ALKILĒŠANA PIE OGLEKĻA ATOMA

Aromātisko savienojumu alkilēšanas reakcijas kodolā un parafīnu alkilēšanas reakcijas, kas ir ļoti svarīgas praktiski, pieder pie šāda veida procesiem. Vispārīgāk tos var iedalīt aromātiskā un piesātinātā oglekļa alkilēšanas procesos.

reakcijas mehānisms. Rūpniecībā kā alkilējošos līdzekļus galvenokārt izmanto hlora atvasinājumus un ^ole^īnus. Spirtu izmantošana ir mazāk efektīva, jo alkilējot ar spirtiem alumīnija hlorīds sadalās, un protonskābes tiek atšķaidītas ar iegūto ūdeni. Abos gadījumos katalizators tiek deaktivizēts, kas izraisa tā lielu patēriņu.

Reaģējot ar hlora atvasinājumiem vai olefīniem, A1C1 3 tiek patērēts tikai katalītiskā daudzumā. Pirmajā gadījumā tas aktivizē hlora atomu, veidojot ļoti polarizētu kompleksu jeb karbokāciju, kas ar olefīniem rodas tikai kokatalizatora HC1 klātbūtnē:

Faktiski katalīzes laikā ar alumīnija hlorīda kompleksu ar ogļūdeņradi, tam nepieciešamais protons jau atrodas a-kompleksa formā. Tas tiek pārnests uz olefīna molekulu, un iegūtais karbokācija uzbrūk aromātiskajam savienojumam, un visa reakcija notiek katalītiskā kompleksa slānī, kas nepārtraukti apmaina ligandus ar ogļūdeņraža slāni. Vienā vai otrā veidā iegūtais karbokācija (vai stipri polarizēts komplekss) pēc tam uzbrūk aromātiskajam kodolam, un reakcija notiek caur starpposma n-kompleksu un karbokāciju, kam seko strauja protonu eliminācijas stadija:

Alkilgrupas struktūru iegūtajā produktā nosaka stabilākā karbokationa starpprodukta veidošanās noteikums. (tert-> otrais-> atkārtoti-). Tāpēc zemāko olefīnu gadījumā primārais alkilbenzols (etilbenzols) veidojas tikai no etilēna, sekundārais (izopropilbenzols) no propilēna un terc-butilbenzols no izobutēna:

Tomēr alkilējot ar augstākiem olefīniem un hlora atvasinājumiem, tiek novērota alkilgrupu izomerizācija, kas notiek pirms alkilēšanas, jo alkilbenzoli to vairs nespēj. Šī izomerizācija notiek visstabilākā karbokationa starpposma veidošanās virzienā, bet nesalaužot alkilgrupas oglekļa skeletu, bet tikai ar reakcijas centra nobīdi. Rezultātā no hlora atvasinājumiem un olefīniem ar taisnu oglekļa atomu ķēdi iegūst sec-alkilbenzolu maisījumu.

un no savienojumiem ar sazarotu ķēdi - galvenokārt tert- alkilbenzoli.

Aromātiskā savienojuma struktūras ietekme alkilēšanas reakcijās parasti ir tāda pati kā citos elektrofilās aizstāšanas procesos aromātiskā kodolā, taču tai ir savas īpašības. Alkilēšanas reakcijai ir raksturīga salīdzinoši zema jutība pret elektronu donoriem kodolā. Tādējādi alkilgrupu un kondensēto kodolu aktivējošā iedarbība A1C1 3 reakcijas katalīzes laikā mainās šādi (benzolam vērtību pieņem kā 1):

Aizvietotāji, kas izvada elektronus, spēcīgi deaktivizē aromātisko kodolu. Hlorbenzols tiek alkilēts apmēram 10 reizes lēnāk nekā benzols, un karbonilgrupas, karboksigrupas, ciāngrupas un nitrogrupas noved pie pilnīgas aromātiskā kodola dezaktivācijas, kā rezultātā attiecīgie atvasinājumi vispār nav spējīgi alkilēties. Šī alkilēšanas reakcija būtiski atšķiras no citiem aizstāšanas procesiem aromātiskā kodolā, piemēram, hlorēšanas un sulfonēšanas.

Alkilēšanas orientācijas noteikumi parasti ir līdzīgi citām elektrofīlām aromātiskām aizvietošanas reakcijām, taču produkta struktūra var ievērojami atšķirties atkarībā no katalizatoriem un reakcijas apstākļiem. Tādējādi elektronus nododošie aizvietotāji un halogēna atomi virza turpmāku aizstāšanu galvenokārt uz pāris- un orto- pozīcija, tomēr stingrākos apstākļos un īpaši katalīzes laikā ar alumīnija hlorīdu, notiek benzola homologu izomerizācija ar alkilgrupu intramolekulāro migrāciju un līdzsvara maisījumu veidošanos, kuros dominē termodinamiski stabilāki izomēri.

secīga alkilēšana. Ja aromātiskos savienojumus alkilē jebkādu katalizatoru klātbūtnē, notiek secīga ūdeņraža atomu aizstāšana, veidojot dažādu alkilēšanas pakāpju produktu maisījumu. Piemēram, benzola metilēšana un etilēšana notiek līdz heksaalkilbenzolu ražošanai

propilēšana - lai iegūtu tetraizopropilbenzolu utt. Katra no reakcijām mērenā temperatūrā ir praktiski neatgriezeniska. Tādējādi līdzsvara konstantes etilbenzola sintēzē no etilēna un benzola 0, 200 un 500 °C temperatūrā ir attiecīgi 6-10 11, 2,2-10 4 un 1,9. Tomēr AlCl3 katalīzes laikā un pietiekami smagos katalīzes apstākļos ar aluminosilikātiem un ceolītiem notiek atgriezeniska transalkilēšanas reakcija (disproporcija) ar alkilgrupu starpmolekulāro migrāciju:

Iepriekš apspriestā atgriezeniskā izomerizācija ar alkilgrupu intramolekulāro migrāciju notiek arī ar tiem pašiem katalizatoriem, kā rezultātā starp dialkilbenzoliem dominē meta-izomērs, starp trialkilbenzoliem - 1,3,5-izomērs utt.:

Alkilgrupu spēja migrēt mainās šādā secībā (CH 3) 3 C > (CH 3) 2 CH > CH 3 -CH 2 > CH 3, un ar alumīnija hlorīda aktīvo kompleksu šīs reakcijas norisinās jau diezgan ātri. plkst telpas temperatūra, savukārt metilbenzoliem nepieciešama ilgstoša karsēšana.

Tādējādi katalīzes laikā ar protoskābēm un maigākos apstākļos ar citiem katalizatoriem alkilēšanas produktu sastāvu nosaka kinētiskie faktori, savukārt ar AlCl 3 un smagākos katalīzes apstākļos ar aluminosilikātiem un ceolītiem - izomēru un produktu līdzsvara sastāvu. robežās var noteikt secīgu alkilēšanu. Tā ir liela nozīme izvēloties optimālo reaģentu molāro attiecību alkilēšanas laikā, ko nosaka polialkilbenzolu veidošanās un liekā benzola atgriešanas ekonomiskās izmaksas.

Blakusparādības. Papildus iepriekš apspriestajai izglītībai

polialkilbenzoli alkilēšanas, sveķu veidošanās, alkilgrupu iznīcināšanas un olefīnu polimerizācijas laikā ir nevēlami.

Sveķu veidošanās sastāv no kondensētu aromātisku savienojumu iegūšanas ar augstu viršanas temperatūru. No šādiem produktiem benzola alkilēšanas laikā tika atrasti diarilalkāni, triarilindāni, diarilolefīni u.c.. Naftalīna alkilēšanas laikā tiek iegūts vairāk sveķu, tajos atrodamas dinaftils un citas vielas ar kondensētiem cikliem. Sveķu veidošanās kļūst īpaši nozīmīga, palielinoties temperatūrai.

Šie paši apstākļi izraisa nevēlamu alkilgrupu sadalīšanos un alkilbenzola blakusproduktu veidošanos ar īsāku alkilgrupu. Tātad, reaģējot ar propilēnu, etilbenzols tiek iegūts kā blakusprodukts, ar etilēnu - toluolu utt. Šāda iznīcināšana ir īpaši pamanāma alkilēšanas laikā ar alkilhalogenīdiem un olefīniem ar diezgan ilgu laiku. oglekļa ķēde. Iznīcināšana, iespējams, notiek no alkilējošā aģenta izveidotā karbokationa šķelšanās stadijā

Visbeidzot, polimēru veidošanās notiek secīgas karbokācijas mijiedarbības ar olefīnu rezultātā:

Polimēriem ir zema molekulmasa, un to veidošanos nomāc aromātiskā ogļūdeņraža pārpalikums, samazinoties olefīna koncentrācijai šķidrajā fāzē.

Procesa kinētika. Pati alkilēšanas reakcija ar aktīvo alumīnija hlorīda kompleksu norit ļoti ātri, to ļoti paātrina mehāniski maisot vai intensīvi burbuļojot gāzveida olefīnus cauri reakcijas masai, un notiek difūzijas apgabalā vai tuvu tai. Tā ātrums palielinās, palielinoties spiedienam, bet maz atkarīgs no temperatūras, un tam ir zema aktivācijas enerģija. Tajā pašā laikā tiek saglabāta parastā olefīnu reaktivitātes atkarība - spēcīgāka nekā to šķīdības atšķirība. Acīmredzot ierobežojošais ir olefīna difūzijas posms caur alumīnija hlorīda katalītiskā kompleksa robežplēvi, kurā notiek visas reakcijas. Turpretim transalkilēšana notiek daudz lēnāk un ievērojami paātrinās, palielinoties temperatūrai, jo tās aktivācijas enerģija ir ~ 63 kJ/mol.

Abas reakcijas palēnina pakāpeniska katalizatora dezaktivācija, bet īpaši strauji samazinās transalkilēšanas ātrums. Rezultātā reakcijas maisījumā uzkrāsies ievērojams daudzums polialkilbenzolu, kam nav laika uzsākt atgriezenisku transalkilēšanas reakciju.

Lai no tā izvairītos, ir jāierobežo reaģentu padeve, un līdz ar to iespēju pastiprināt procesu ierobežo lēna reakcija transalkilēšana.

Papildus reaģentu piemaisījumiem katalizatora dezaktivāciju ietekmē noteiktu alkilēšanas blakusproduktu uzkrāšanās, kas spēj stingri saistīt AlCl 3 vai veidot stabilus σ kompleksus, kas ar grūtībām nodod savu protonu olefīna molekulai. Šādas vielas zemā temperatūrā, kad transalkilēšana norit lēni, ir polialkilbenzoli, bet augstās temperatūrās – policikliskie aromātiskie savienojumi un sveķi. Rezultātā izrādās, ka optimālā katalizatora veiktspēja un patēriņš etil- un izopropilbenzola ražošanā tiek sasniegts pie noteiktas vidējās temperatūras (“100°C”), kad transalkilēšana norit diezgan ātri, bet vēl ir maz. policikliskas vielas, kas deaktivizē katalizatoru.

Sintēzē savienojumus ar garāku alkilgrupu temperatūras izvēli ierobežo noārdīšanās blakusreakcija, bet alkilnaftalīnu ražošanā kondensācijas un pārsveķošanās procesos. Šajos gadījumos tā optimālā temperatūra ir 30-50 °C, un naftalīna alkilēšanas gadījumā selektivitāti var vēl vairāk palielināt, izmantojot šķīdinātāju. Tas ir saistīts ar faktu, ka reakcijas sistēmā

Sveķu veidošanās ir otrās kārtas naftalīna vai jalkilnaftalīna ziņā, un galvenā reakcija ir pirmā. Tā rezultātā, samazinoties naftalīna koncentrācijai, palielinās selektivitāte pret alkilnaftalīnu.

Procesa tehnoloģiskā bāze

Tā kā transalkilēšanas reakcija notiek alkilētājā vienlaikus ar alkilēšanu, šo procesu kopīgai veikšanai arī rektifikācijas laikā no reakcijas masas izolētā DEB (PAB) frakcija tiek ievadīta alkilētājā kopā ar benzolu un etilēnu.

Tā kā šis process notiek difūzijas reģionā, ir nepieciešams izmantot burbuli, lai palielinātu saskarni;

Reakcija notiek ar siltuma izdalīšanos, tāpēc ir nepieciešams noņemt siltumu, kas tiek panākts, iztvaicējot benzolu;

Dziļākai etilēna pārvēršanai nepieciešams izmantot paaugstinātu spiedienu;

Alkilēšanas reakcija ir secīga reakcija, tāpēc, lai palielinātu selektivitāti, nepieciešams saglabāt attiecību benzols: etilēns = 3: 1 mol;

Alumīnija hlorīds ir vājš katalizators, tāpēc katalītisko kompleksu vajadzētu sagatavot iepriekš.

Etilbenzola iegūšana tiek veikta ar benzola alkilēšanas metodi ar etilēnu. Benzola alkilēšanas process ar etilēnu ir katalītisks, notiek temperatūrā 125-138 0 C un spiedienā 0,13-0,25 MPa (1,3-2,5 kgf / cm 2), ar termisko efektu 108 kJ / mol.

Izejvielu dozēšanai ir liela nozīme etilbenzola ražošanā. Benzolu piegādā daudzumā, kas atbilst noteiktajai benzola un etilēna molārajai attiecībai 2,8-3,6: 1. Ja tiek pārkāpta benzola un etilēna attiecība, etilbenzola koncentrācija reakcijas masā samazinās.

Izejvielu žāvēšanai tiek izvirzītas augstas prasības, jo mitrums izraisa katalizatora dezaktivāciju un līdz ar to tā patēriņu. Mitruma saturu benzolā, kas nonāk alkilēšanā, ieteicams uzturēt 0,002% (masas) līmenī. Lai to izdarītu, sākotnējais un atgrieztais benzols tiek pakļauts žāvēšanai ar azeotropo destilāciju.

Alkilēšanas procesā izveidotā reakcijas masa (alkilāts) vidēji satur:

- 45-60% no neizreaģējušā benzola masas;

- 26-40% no etilbenzola masas;

- 4-12% no PAB masas (DEB frakcija).

Korozija etilbenzola ražošanā ir saistīta ar alkilēšanai izmantotā alumīnija hlorīda katalizatora un procesa iniciatora - etilhlorīda - īpašībām.

Alkilēšanas produktiem, jo ​​tajos ir hlorūdeņradis, ir izteiktas kodīgas īpašības, kas palielinās temperatūrā virs 70 0 C

2.4 Ražošanas tehnoloģiskās shēmas apraksts

Benzola alkilēšanas process ar etilēnu tiek veikts alkilatorā poz. R-1 temperatūrā 125 - 138 0 C un spiedienā 0,13 - 0,25 MPa (1,3 - 2,5 kgf / cm 2). Palielinoties spiedienam alkilatorā poz. P-1 ir lielāks par 0,3 MPa (3 kgf / cm 2), benzola un etilēna padeve alkilatoram tiek pārtraukta.

Alkilatorā poz. P-1 ierašanās:

Žāvēta benzola lādiņš;

Katalizatoru komplekss;

DEB frakcija (PAB);

Etilēns;

Pārstrādāts katalizatoru komplekss no tvertnes poz. O-1;

Atgriezt benzolu pēc kondensatora poz. T-1 vai poz. T-2;

Alkilēšanas reakcija notiek ar siltuma izdalīšanos 108 kJ/mol, lieko siltumu noņem cirkulācijas katalizatora komplekss un iztvaikojošs benzols, kas ir no alkilatora augšējās daļas poz. P-1, sajaukts ar izplūdes gāzēm, tiek nosūtīts uz kondensatoru poz. T-1 (poz.T-2) atdzesēts ar otrreizēji pārstrādātu ūdeni. Benzola kondensāts no kondensatora poz. T-1 (poz. T-2) gravitācijas ietekmē ieplūst alkilatorā poz. R-1.

No alkilatora poz. P-1 reakcijas masa nonāk caur ledusskapi poz. T-3, kur to atdzesē ar reciklētu ūdeni līdz temperatūrai 40 - 60 0 C, karterā poz. O-1 cirkulācijas katalizatora kompleksa nostādināšanai.

Nosēdinātais cirkulācijas katalizatora komplekss no tvertnes apakšas poz. O-1 tiek izsūknēts uz alkilatoru poz. R-1. Recirkulācijas katalizatora kompleksa attiecība pret reakcijas masu diapazonā no (0,7 - 1,3) : 1 pēc svara.

Lai saglabātu pārstrādātā katalizatora kompleksa aktivitāti, tiek nodrošināts:

Etilhlorīda padeve alkilatoram poz. P-1 un recirkulācijas katakompleksa līnijā.

Reciklētā katalizatora kompleksa aktivitātes samazināšanās gadījumā tālāk ir paredzēta tā izņemšana no tvertnes poz. O-1 sadalīšanai.

No kartera poz. O-1, reakcijas masa pēc pašteksa nonāk poz. kolekcijā. E-1.

Alkilāts no tvertnes poz. E-1 alkilēšanas vienība nonāk maisītājā poz. C-1 sajaukšanai ar skābo ūdeni, kas cirkulē katakompleksa sadalīšanās sistēmā aparātos: poz. O-2 poz. H-2 poz. С-1 poz. O-2. Cirkulējošā skābā ūdens attiecība, kas tiek piegādāta maisītājam poz. C-1, un alkilāts ir 2:1. Sadalīšanās sistēmā caur maisītāju poz. C-1 tiek piegādāts arī ar lietotu katakompleksu (vienādās proporcijās ar svaigu) pēc tvertnes poz. O-1.

Alkilāta nogulsnēšanās no ūdens notiek tvertnē poz. O-2. Liekais ūdens daudzums no nostādināšanas tvertnes, pozīcija O-2, atbilstoši fāžu atdalīšanas līmenim, tiek novadīts ar gravitācijas spēku ogļūdeņražu atdalīšanas iekārtas kolektorā. Apakšējais ūdens slānis no tvertnes poz. O-2 tiek pārstrādāts maisītājā, poz. C-1.

Alkilāts no tvertnes poz. O-2 nonāk mazgāšanas kolonnā poz. Kn-1 sekundārajai mazgāšanai ar ūdeni, kas tiek piegādāts no mazgāšanas kolonnas poz. Kn-2.

No mazgāšanas kolonnas poz. Kn-1 alkilāts nonāk tvertnē poz. E-3, tiek izsūknēts neitralizācijai maisītājā poz. C-2. Apakšējais ūdens slānis no mazgāšanas kolonnas poz. Kn-3 saplūst konteinerā poz. E-2 tiek ievadīts maisītājā poz. C-1.

Alkilāta neitralizāciju veic ar ķīmisko reaģentu, kas satur NaOH, kas cirkulē neitralizācijas sistēmā saskaņā ar shēmu:

poz. O-3 poz. H-5 poz. С-2 poz. O-3.

Karterā poz. O-3 dūņas rodas alkilāts no reaģenta šķīduma. Cirkulējošā sārma un alkilāta šķīduma attiecība ir 1,2:1.

Par atbalstu pastāvīga koncentrācija reaģenta šķīdums tvertnē poz. O-3 periodiski, saskaņā ar analīzes rezultātiem, 15-20% (masas) reaģenta šķīdumu ievada cirkulējošā 2-10% (masas) reaģenta šķīduma līnijā.

Neitralizēts alkilāts no tvertnes poz. O-3 nonāk mazgāšanas kolonnā poz. Kn-2 tīrīšanai no sārmiem. Alkilāta mazgāšana no sārmiem tiek veikta ar tvaika kondensātu.

Apakšējais slānis - ķīmiski piesārņots ūdens - no kolonnas poz. Kn-2 ienāk pozu kolekcijā. E-4, no kurienes tas tiek izsūknēts alkilāta mazgāšanai kolonnā poz. Kn-1.

Alkilāts no mazgāšanas kolonnas poz. Kn-2 gravitācijas ietekmē ieplūst karterā poz. O-4.

Apakšējais slānis - ķīmiski piesārņots ūdens - no tvertnes poz. O-4 tiek novadīts pazemes tvertnē, un alkilāts nonāk tvertnē poz. E-5, no kurienes tiek sūknēts uz noliktavu.

Tabula Nr. 4.9 Etilbenzola ražošanas atkritumi

	Savienojums, %	Daudzums, t/g	Izglītības biežums	Lietošanas virziens
Sveķu CORE (etilbenzo-la destilācijas atlikumi)	Dietilbenzols, trietilbenzols - 5-15, Augstākie PUB — 80-95		Pastāvīgi	To izmanto kā izejvielu ogļu ražošanai vai kā katlu kurināmo.
Zaudējumi iekārtu noplūdes dēļ āra instalācijā			Pastāvīgi	Izvadīts atmosfērā
Ķīmiski piesārņoti notekūdeņi	ĶSP ne vairāk kā 0,02, benzols ne vairāk kā 0,005, etilbenzols ne vairāk kā 0,005,		Pastāvīgi	Pēc tīrīšanas dodieties uz upi

1-4 - destilācijas kolonnas; I – ogļūdeņraža kondensāts; II - etilbenzols pārstrādei reaktora apakšsistēmā; III - benzola-toluola frakcija; IV - stirols; V - sveķi.

Destilācijas kolonnā 1 galvenais etilbenzola daudzums tiek atdalīts kopā ar benzolu un toluolu.

kolonnā 3 viss etilbenzols un daļa stirola tiek destilēts kā destilāts. Šī frakcija tiek atgriezta kolonnā kā barība 1. Tātad kolonnas 1-3 strādāt kā trīs kolonnu komplekss.

Stirola galīgo attīrīšanu no sveķiem veic kolonnā 4 (bieži vien šim nolūkam tiek izmantots destilācijas kubs). Visas kolonnas, kurās ir stirols, darbojas augstā vakuumā, lai apakšējā temperatūra nepārsniegtu 100 °C.

Apskatīsim dažas iepriekš minētās tehnoloģiskās atdalīšanas shēmas iezīmes. Šādā ražošanas shēmā parasti tiek izmantots variants, kurā pirmajā posmā tiek veikta otrā iepriekš noteiktā atdalīšana. Proti, pirmajā kolonnā kopā ar etilbenzolu tiek destilēts benzols un toluols, un pēc tam no etilbenzola tiek destilēti gaistošie komponenti. Runājot par enerģijas izmaksām, šī iespēja ir mazāk izdevīga. Tomēr, ņemot vērā stirola reaktivitāti (augstu aktivitāti un spēju termopolimerizēties), šī iespēja ir labāka. It īpaši, ja ņemam vērā zemo benzola un toluola saturu reakcijas maisījumā.

Ņemot vērā stirola augsto reaģētspēju, “etilbenzola-stirola” pāra atdalīšanai parasti tiek izmantota “dubultā rektifikācija”, kas ļauj samazināt destilācijas kolonnu hidraulisko pretestību un līdz ar to arī temperatūru destilānos, kam vajadzētu nedrīkst pārsniegt 100 °C (ar nepieciešamo vakuumu). Šajā temperatūrā sākas stirola termopolimerizācija.

Kopumā jebkura "dubultā labošana" ir nepieņemama gan enerģijas, gan kapitāla izmaksu ziņā. Šīs opcijas izmantošana ir piespiedu pasākums. Šajā gadījumā ir iespējamas divas “dubultās rektifikācijas” iespējas (3.4. att., a,b).

"Dubultās" rektifikācijas tehnoloģiskais dizains:

a- I variants; b- II variants; 1-2 - destilācijas kolonnas; I – etilbenzola un stirola maisījums; II - stirols un polimēri; III - etilbenzols.

Pirmajā variantā pirmajā kolonnā kopā ar pilnīgu etilbenzola (vai ļoti gaistoša komponenta jebkurai citai sistēmai) destilāciju tiek destilēta daļa stirola. Šajā gadījumā etilbenzola un stirola attiecība pirmās kolonnas destilātā ir izvēlēta tā, lai 2. kolonnas apakšējā šķidrums savā sastāvā aptuveni atbilstu kolonnas sākotnējā maisījuma sastāvam. 1.

Otrajā variantā kolonnā 1 tīru etilbenzolu destilē. Šīs kolonnas kubā paliek tik daudz etilbenzola, ka tas ļauj pieņemamā vakuumā uzturēt temperatūru ne vairāk kā 100 ° C.

kolonnā 2 kā destilātu atlikušo etilbenzolu destilē kopā ar stirolu, kura daudzumu nosaka pēc etilbenzola un stirola attiecības pirmās kolonnas sākotnējā maisījumā.

Etilbenzola un stirola atdalīšanas gadījumā priekšroku var dot pirmajam "dubultās destilācijas" variantam, kurā kolonna 2 tiek uzkarsēta tikai daļa stirola, savukārt otrajā variantā viss stirols tiek uzkarsēts abu kolonnu dibenos, un tas pat vakuumā noved pie tā zudumiem termopolimerizācijas dēļ. Tiesa, liela enerģijas izmaksu atšķirība var kompensēt stirola zudumus, taču tas prasa detalizētāku salīdzinājumu.

Lai atrisinātu pāra "etilbenzols-stirols" atdalīšanas problēmu, var piedāvāt variantu ar vienu kolonnu, kas piepildīta ar blīvējumu ar zemu hidraulisko pretestību. Šajā gadījumā, ņemot vērā lielās atteces plūsmas, visā kolonnas augstumā būs atšķirīgs šķidruma un tvaika plūsmas daudzums. Tāpēc stabilai pildītās kolonnas darbībai ir nepieciešams atšķirīgs kolonnas augšējās un apakšējās daļas diametrs. Šāda kolonna ļauj atdalīt šo komponentu pāri temperatūrā, kas kolonnas kubā nav augstāka par 100 °C.

Pildīta kolonna ar dažāda diametra stiprinošām un nosūcošām daļām:

I – etilbenzola un stirola maisījums; II - stirols un polimēri; III - etilbenzols.

Principi stirola iegūšanas tehnoloģijā, dehidrogenējot etilbenzolu.

· Stirola ražošanas tehnoloģija, dehidrogenējot etilbenzolu, attiecas uz vienpakāpes ķīmiskiem procesiem.

· Pieejamais etilbenzols, ko iegūst, alkilējot benzolu ar olefīniem, tiek izmantots kā izejviela.

Rūpniecībā izmantotie tehnoloģiskie risinājumi ar tvaika ievadīšanu starp diviem vai trim katalizatora slāņiem, reaktorā iebūvēto siltummaiņu izmantošanu, kā arī

· Efektīva katalītiskā sistēma ļauj ar pietiekami augstu, aptuveni 90% selektivitāti, vienā piegājienā panākt etilbenzola pārvēršanos 60-75% līmenī.

· Tehnoloģijas separācijas un reaktora apakšsistēmu savienojošā benzola recirkulācijas plūsma nodrošina pilnīgu izejvielu pārveidi.

Samazinātas enerģijas izmaksas dehidrogenēšanas procesu var panākt ne tikai ar efektīvu siltuma apmaiņu starp ienākošo un izejošo plūsmu, bet arī izmantojot ūdens tvaiku vietā(enerģijas nesējs un šķīdinātājs) inertā gāze. Šajā gadījumā siltums jāpavada starp katalizatora gultām, izmantojot iebūvētos siltummaiņus. Tvaika aizstāšana ar inertu gāzi (slāpeklis, CO 2) ļauj izvairīties no daudzkārtējas ūdens iztvaikošanas un kondensācijas, kam ir augsts latentais iztvaikošanas siltums. Šajā gadījumā tiek samazinātas arī izmaksas par ūdens kondensāta attīrīšanu, kas piesārņots ar aromātiskajiem savienojumiem, un kopumā samazināsies ūdens patēriņš ražošanā.

Svarīga tehnoloģijas daļa ir atdalīšanas apakšsistēma. Šajā gadījumā, kā minēts iepriekš, būtisks faktors, kas ietekmē kopējo tehnoloģijas veiktspēju, ir destilācijas atdalīšanas veidi. Viņiem ir jānodrošina nosacījumi, saskaņā ar kuriem nav stirola termopolimerizācija. Divkāršās destilācijas vietā enerģētiski vislietderīgāk ir izmantot vienu iepakoto kolonnu ar zemu hidraulisko pretestību vai heteroazeotropo destilācijas kompleksu shēmu.

Visbeidzot, procesa neviendabīgais katalītiskais rakstursļauj vienkārši izveidot lielas vienības ietilpības ierīces un tehnoloģiskās līnijas.

Stirola rektifikācijas destilācijas atlieku raksturojums un to pārstrādes veidi.

Naftas ķīmijas procesi ir vissarežģītākā ķīmiskās rūpniecības nozare, jo daudzu monomēru ražošana ir saistīta ar liela daudzuma sekundāro un blakusproduktu, atkritumu veidošanos. Ražošanas ekonomiskā efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no atkritumu apglabāšanas metodēm.

Šim nolūkam tiek izmantotas divas galvenās metodes: degviela un ķimikālijas. Otrās metodes priekšrocība ir neapstrīdama, jo izejvielu jautājums ir racionāli atrisināts, jo daudzi ražošanas atkritumi satur vairākus vērtīgus monomērus un organiskos savienojumus. Sadedzināšana, gluži pretēji, izraisa atmosfēras piesārņojumu, iekārtu koroziju, kā arī tiek zaudēti milzīgi otrreizējo materiālu resursi.

Stirola izolēšanas un attīrīšanas laikā destilācijas procesā uzkrājas destilācijas atliekas, kuru utilizācija ir ārkārtīgi svarīga. Tie satur lielu skaitu dažādu organisko savienojumu, tostarp monomēra stirola, pilnīga ekstrakcija kas netiek sasniegts destilācijas kolonnās.

Atkarībā no krāsns eļļas frakcionēšanas apstākļiem stirola saturs destilācijas atlikumā var atšķirties no 10 līdz 50%, un polistirols - 15-70 %.

Ieviešana iekšā pēdējie gadiļoti efektīvi stirola termiskās polimerizācijas inhibitori tā ražošanas procesā ļāva būtiski samazināt atlikušā stirola un polistirola daudzumu KORS. Tas noveda pie tā, ka plēvi veidojošā līdzekļa sintēze kļuva neperspektīva un galvenais KORS izmantošanas veids bija tā izmantošana kā piedeva katlu kurināmajam. Jautājums par KORS iznīcināšanu tiek risināts jau vairāk nekā duci gadu, taču tas joprojām ir aktuāls.

Stirola rektifikācijas destilācijas atlikumus pēc sastāva var nosacīti attēlot ar trim vielu grupām

Monomēri

Polimēri un

Organiskās sintēzes produkti.

Pētījuma rezultātā tika identificēti aptuveni 95% vielu, kas veido KORS.

Atkarībā no stirola ražošanas metodēm, reaktora darbības režīma, katalizatora kalpošanas laika, destilācijas kolonnu darbības režīma, izmantotās inhibēšanas sistēmas un uzturēšanās laika atdalīšanas aparātā, KORS sastāvs ir diezgan atšķirīgs.

Galvenās sastāvdaļas, kas veido KORS, kas veidojas stirola ražošanā, dehidrogenējot etilbenzolu, ir: stirols, metilstiroli, etilbenzols, polistirols, divinilbenzols, naftalīns, difenils, neidentificētas "vieglās" vielas, augstas viršanas temperatūras "smagie" atlikumi utt. .

Pamatojoties uz KORS kompozīcijas sastāvdaļām, var piedāvāt šādus tā apstrādes veidus:

1) KORS sadalīšana frakcijās ar to turpmāku pilnīgu vai daļēju izmantošanu.

2) polimēra daļas izolācija no KORS galvenokārt saistīts ar mērķi izmantot stirola polimēru kā pamatu plēvi veidojošu kompozīciju iegūšanai.

Polimēru izolēšana tika ierosināta ar divām metodēm: gaistošo komponentu destilāciju un ekstrakciju. Jāpiebilst, ka polistirola molekulmasa PVN atliekās svārstās diezgan plašā diapazonā no 1000 līdz 110000, tāpēc mēģinājumi izolēt un izmantot polistirolu rada ievērojamas grūtības.

3) tieša KORS iznīcināšana ar vērtīga produkta iegūšanu tā tālākai izmantošanai.

Tieša KORS iznīcināšana - šajā ceļā tiek ņemti vērā divi virzieni:

KORS kā plastifikatora izmantošana un

Iegūt plēvi veidojošus materiālus.

Vairāki darbi ir vērsti uz KORS izmantošanu ceļu būvē kā asfalta-bitumena pārklājumu sastāvdaļu, kas uzlabo saķeri ar granti un saķeri ar zemi. Tomēr šāda CORS izmantošana ir veltīga. Tas galvenokārt ir saistīts ar tā toksicitāti. Monomēriskais stirols KORS ir daudz lielākā daudzumā, nekā to pieļauj sanitārie standarti. Tāpēc lielākā daļa pētījumu ir vērsti uz KORS izmantošanu tā, lai, izmantojot polimerizāciju, samazinātu monomēra stirola saturu iegūtajā produktā.

4) KORS neitralizācija, kā likums, sadegšana šķīduma veidā - šķidrā kurināmā.

KORS neitralizācijas procesu nosaka tā toksicitāte - galvenokārt tajā esošais stirola atlikums, kā arī ļoti toksiska un cilvēka veselībai bīstama kancerogēna produkta - 3,4-benz (a) pirēna (uz augšu) klātbūtne. līdz 3000 mg/kg). Klasiskā neitralizācijas metode - KORS dedzināšana īpašās krāsnīs ir sarežģīta, jo polimēra saturs tajā ir atšķirīgs. Rezultātā degšanas laikā veidojas liels daudzums kvēpu, kas satur līdz 120 000 µg/kg 3,4-benz(a)pirēna. Dedzinot KORS, kas satur sēru kā inhibitoru, veidojas liels daudzums sēra dioksīda, kas arī prasa uztveršanu vai neitralizāciju.

5) tehnoloģiski attīstītāks KORS sadedzināšana toluola šķīdumā vai cits šķīdinātājs, piemēram, polialkilbenzola sveķi. Šo metodi izmanto lielākā daļa rūpnīcu, kas ražo stirolu.

Piemēram, OAO Angarsknefteorgsintez KORS tika izmantots kā degviela ķīmiski piesārņota ūdens sadedzināšanai termiskās krāsnīs, kas sajauktas ar ogļu krāsns mazutu, OAO Nizhnekamskneftekhim tika palaists un apgūts šķidro atkritumu apglabāšanas bloks.

Pielietojums: petroķīmija. Būtība: benzola alkilēšana ar etilēnu tiek veikta, piegādājot žāvētu benzola maisījumu, katalītisko kompleksu uz alumīnija hlorīda bāzes, etilēnu, recirkulācijas katalītisko kompleksu un benzolu atgriežot alkilēšanas reaktorā, atdalot iegūto reakcijas masu no katalītiskā kompleksa, neitralizējot. reakcijas masu ar sārmu un mazgāšanu ar ūdeni no sārma, kam seko reakcijas masas atdalīšana ar destilāciju. Šajā gadījumā pirms ievadīšanas alkilēšanas reaktorā žāvētais benzola maisījums, katalītiskais komplekss, etilēns, recirkulācijas katalītiskais komplekss un atgriezeniskais benzols tiek sajaukti turbulentā režīmā un ievadīti alkilēšanas reaktorā arī turbulentos apstākļos. IETEKME: palielināta etilbenzola ražošanas procesa konversija.

Izgudrojums attiecas uz naftas ķīmijas jomu, konkrēti uz etilbenzola iegūšanas procesu, alkilējot benzolu ar etilēnu katalītiskā kompleksa klātbūtnē, kura pamatā ir alumīnija hlorīds.

Zināma metode etilbenzola iegūšanai, tostarp benzola alkilēšana ar etilēnu alumīnija hlorīda klātbūtnē, mērķa produkta atdalīšana ar destilāciju no nereaģējuša benzola un ogļūdeņraža piemaisījumiem, sākotnējā benzola maisījuma ar nereaģējušo benzolu un ogļūdeņražu piemaisījumiem azeotropā žāvēšana. izdalās žāvēts benzols, kas pārstrādāts alkilēšanai, un frakcija, kas satur ūdeni, ogļūdeņražu piemaisījumus un benzolu, kas tiek pakļauta kondensācijai, lai iegūtu ogļūdeņraža un ūdens slāņus (AS USSR Nr. 825466, IPC C 07 C 2/58, 15/02, publicēšana 30.04.81.).

Aprakstītās metodes trūkums ir palielināts alumīnija hlorīda un benzola patēriņš.

Zināma metode etilbenzola iegūšanai, alkilējot benzolu ar etilēnu katalītiskā kompleksa klātbūtnē, kura pamatā ir alumīnija hlorīds (TV Baškatovs, YL Žigalins. "Sintētiskā kaučuka tehnoloģija", M., "Ķīmija", 1980, 108. lpp.) 112). Katalītiskais komplekss, kas iegūts no alumīnija hlorīda, etilhlorīda, dietilbenzola un benzola, tiek nepārtraukti ievadīts alkilēšanas reaktora apakšējā daļā, kur tiek nepārtraukti piegādāts žāvēts svaigs un pārstrādāts benzols, kā arī etilēns, ar benzolu piesātināts dietilbenzols un reciklētais katalītiskais komplekss. . Šķidrie benzola alkilēšanas produkti no reaktora augšējās daļas nonāk nostādināšanas tvertnē, kur tiek sadalīti divos slāņos. Apakšējais slānis - katalītiskais komplekss - tiek atgriezts reaktorā, augšējais slānis - alkilāts - tiek sajaukts ar ūdeni, lai iznīcinātu katalītiskā kompleksa atliekas, neitralizētu. ūdens šķīdums sārms un mazgāšana no sārma. Tālāk alkilātam tiek veikta trīspakāpju rektifikācija ar nereaģējušo benzola atdalīšanu pirmajā kolonnā un atgriešanu alkilēšanas reaktorā, otrajā kolonnā atdalot mērķa produktu - etilbenzolu - un dietilbenzolu, kas tiek atgriezts atpakaļ kolonnā. reaktoru dealkilēšanai, un polialkilbenzolus nosūta uz noliktavu trešajā kolonnā.

Šīs etilbenzola ražošanas metodes trūkums ir procesa nepietiekami augstā konversija - 90-95% benzolam un aptuveni 93% etilēnam.

Zināma metode etilbenzola iegūšanai, tostarp benzola alkilēšana ar etilēnu katalītiskā kompleksa klātbūtnē, kura pamatā ir alumīnija hlorīds, un reakcijas masas rektifikācija (P.A. L., "Ķīmija", 1986, 94.-97. lpp.). Sausais benzola maisījums, svaigs un pārstrādāts katalītiskais komplekss, polialkilbenzola frakcija un etilhlorīds caur kolektoru tiek ievadīti alkilēšanas reaktora apakšējā daļā, bet etilēns tiek padots tieši uz reaktora apakšējo daļu. No alkilatora reakcijas masu nosūta uz nostādināšanas tvertni atdalīšanai no cirkulējošā katalītiskā kompleksa un pēc tam uz mazgāšanu ar ūdeni, neitralizāciju ar sārma šķīdumu un ūdens mazgāšanu no sārma. Mazgāto reakcijas masu padod atdalīšanai, destilējot, pirmajā kolonnā izdalot nereaģējušu benzolu, otrajā kolonnā rektificētu etilbenzolu un trešajā destilācijas kolonnā - polialkilbenzola frakciju.

Šīs metodes trūkums ir slikta alkilēšanas reaktorā piegādāto komponentu sajaukšanās un rezultātā procesa zemā konversija.

Izgudrojuma mērķis ir palielināt etilbenzola ražošanas procesa pārveidi.

Problēma tiek atrisināta, izstrādājot metodi etilbenzola iegūšanai, tai skaitā benzola alkilēšanu ar etilēnu, ievadot alkilēšanas reaktorā žāvētu benzola lādiņu, katalītisko kompleksu uz alumīnija hlorīda bāzes, etilēnu, recirkulācijas katalītisko kompleksu un reciklētu benzolu, atdalot iegūtā reakcijas masa no katalītiskā kompleksa, reakcijas masas neitralizēšana ar sārmu un mazgāšana ar ūdeni no sārma, kam seko reakcijas masas atdalīšana ar destilāciju, savukārt pirms ievadīšanas alkilēšanas reaktorā izžuvušais benzola lādiņš, katalītiskais komplekss, etilēns , recirkulācijas katalītiskais komplekss un atgriezeniskais benzols tiek sajaukti turbulentā režīmā un ievadīti alkilēšanas reaktorā arī turbulences apstākļos.

Atšķirība starp piedāvāto metodi un zināmajām metodēm ir tāda, ka pirms ievadīšanas alkilēšanas reaktorā žāvētais benzola lādiņš, katalītiskais komplekss, etilēns, recirkulācijas katalītiskais komplekss un atgriezeniskais benzols tiek sajaukti turbulentos apstākļos, kā arī tiek ievadīti. Alkilēšanas reaktorā turbulences apstākļos.

Kā ierīci, ar kuru jūs varat panākt plūsmu turbulentu sajaukšanu un dot tām turbulentu kustību, varat izmantot, piemēram, bez tilpuma maisītāju, kas aprīkots ar jaucēj-difuzora sekcijām, vai caurulē ievietotus Rašiga gredzenus, vai jebkuru citu zināmu līdzekli, kas izgatavots no ķīmiski izturīgiem materiāliem vai ar ķīmiski izturīgu aizsargājošu pārklājumu.

Saskaņā ar piedāvāto metodi etilbenzolu iegūst šādi.

Benzola alkilēšanas process ar etilēnu tiek veikts kolonnas tipa alkilēšanas reaktorā 125-140°C temperatūrā un 0,12-0,25 MPa augšējā spiedienā. Žāvētais benzola lādiņš, alumīnija hlorīda bāzes katalītiskais komplekss, etilēns, recirkulācijas katalītiskais komplekss un reciklētais benzols tiek nepārtraukti piegādāti alkilēšanas reaktora apakšējā daļā, izmantojot turbulizācijas ierīci. Visas sastāvdaļas tiek sajauktas turbulentā režīmā un turbulentas plūsmas apstākļos nonāk reaktorā. No alkilēšanas reaktora reakcijas masu ievada nostādināšanas tvertnē cirkulējošā katalītiskā kompleksa nostādināšanai. Nosēdinātais pārstrādātā katalizatora komplekss tiek noņemts no nostādinātāja apakšas un atgriezts alkilēšanas reaktorā. Lai saglabātu katalītiskā kompleksa aktivitāti, pārstrādātā katalītiskā kompleksa līnijai tiek piegādāts etilhlorīds. Tālāk reakcijas masa nonāk maisītājā, kur to sajauc ar skābu ūdeni ūdens:reakcijas masas attiecībā vismaz 1:1. Reakcijas masas nogulsnes no ūdens rodas nostādinātājā, no kurienes augšējais slānis - reakcijas masa - nonāk mazgāšanas kolonnā mazgāšanai ar ūdeni un pēc tam neitralizācijai ar 2-10% sārma šķīdumu. Neitralizētā reakcijas masa nonāk kolonnā mazgāšanai ar ūdeni no sārma. Reakcijas masas mazgāšanu no sārmiem var veikt ar ūdeni vai tvaika kondensātu. Mazgāto reakcijas masu padod separācijai pirmajā destilācijas kolonnā, kur neizreaģējušo benzolu atdala ar destilātu, kas tiek padots žāvēšanai. Pirmās kolonnas PVN produkts nonāk otrajā destilācijas kolonnā. Mērķa produktu, etilbenzolu, izolē no kolonnas destilāta, un apakšējo produktu ievada trešajā destilācijas kolonnā, kur kā destilātu izdala dietilbenzola un polialkilbenzola frakcijas.

Metodes ieviešanu ilustrē šādi piemēri.

Sausais benzola lādiņš, alumīnija hlorīda bāzes katalītiskais komplekss, etilēns, recirkulācijas katalītiskais komplekss un atgriezeniskais benzols tiek nepārtraukti ievadīti alkilēšanas reaktora apakšējā daļā caur beztilpuma maisītāju, kas aprīkots ar difuzoru-jaukšanas sekcijām. Visas sastāvdaļas tiek sajauktas turbulentā režīmā un turbulentas plūsmas apstākļos nonāk reaktorā. Benzola alkilēšanas process ar etilēnu tiek veikts kolonnas tipa alkilēšanas reaktorā 130°C temperatūrā un 0,20 MPa augšējā spiedienā. No alkilēšanas reaktora reakcijas masa nonāk nostādināšanas tvertnē cirkulējošā katalītiskā kompleksa nostādināšanai. Nosēdinātais pārstrādātā katalizatora komplekss tiek noņemts no nostādinātāja apakšas un atgriezts alkilēšanas reaktorā. Tālāk reakcijas masa nonāk maisītājā, kur to sajauc ar skābu ūdeni ūdens:reakcijas masas attiecībā vismaz 1:1. Reakcijas masas nogulsnes no ūdens rodas nostādinātājā, no kurienes augšējais slānis - reakcijas masa - nonāk mazgāšanas kolonnā mazgāšanai ar ūdeni un pēc tam neitralizācijai ar 2-10% sārma šķīdumu. Sārma šķīduma tilpuma attiecība pret reakcijas masu tiek uzturēta vienāda ar 1:1. Neitralizētā reakcijas masa nonāk kolonnā mazgāšanai ar ūdeni no sārma. Mazgāto reakcijas masu padod separācijai pirmajā destilācijas kolonnā, kur neizreaģējušo benzolu atdala ar destilātu, kas tiek padots žāvēšanai. Pirmās kolonnas PVN produkts nonāk otrajā destilācijas kolonnā. Kolonnas destilāts izdala mērķa produktu - etilbenzolu, kas satur 99,8% masas. etilbenzols, un apakšējais produkts tiek ievadīts trešajā destilācijas kolonnā, kur destilāta veidā tiek izdalītas dietilbenzola un polialkilbenzola frakcijas. Procesa konversija benzolam ir 97%, etilēnam - 95%.

Etilbenzolu iegūst tādā pašā veidā, kā aprakstīts 1. piemērā, bet žāvētā benzola maisījuma, katalītiskā kompleksa, etilēna, reciklētā katalītiskā kompleksa un reciklētā benzola sajaukšanu pirms ievadīšanas alkilēšanas reaktorā veic caurulē, kas piepildīta ar Rašiga gredzeniem. .

Procesa konversija benzolam ir 98%, etilēnam - 95,5%.

Kā redzams no iepriekš minētajiem piemēriem, žāvētā benzola lādiņa, katalītiskā kompleksa, etilēna, recirkulācijas katalītiskā kompleksa un atgriešanas benzola iepriekšēja sajaukšana turbulentos apstākļos pirms ievadīšanas alkilēšanas reaktorā un visu komponentu piegāde alkilēšana turbulentos apstākļos ļauj sasniegt augstu konversijas ātrumu etilbenzola ražošanā.

Metode etilbenzola iegūšanai, tostarp benzola alkilēšana ar etilēnu, ievadot alkilēšanas reaktorā žāvētu benzola lādiņu, katalītisko kompleksu uz alumīnija hlorīda bāzes, etilēnu, recirkulācijas katalītisko kompleksu un reciklētu benzolu, atdalot iegūto reakcijas masu no katalītiskā kompleksa , reakcijas masas neitralizēšana ar sārmu un mazgāšana ar ūdeni no sārma, kam seko reakcijas masas atdalīšana ar destilāciju, kas raksturīgs ar to, ka pirms ievadīšanas alkilēšanas reaktorā izžuvušais benzola lādiņš, katalītiskais komplekss, etilēns, recirkulācijas katalītiskais komplekss un atgriežamo benzolu sajauc turbulentā režīmā un ievada alkilēšanas reaktorā arī turbulences apstākļos.

Ministrija vispārējā izglītība RF

KAZĀNAS VALSTS TEHNOLOĢISKĀ

UNIVERSITĀTE

ŅIŽŅEKAMSKA ĶĪMISKĀ UN TEHNOLOĢISKĀ

INSTITŪTS

Ķīmijas katedra tehnoloģijas

Grupa

kursa projekts

Temats: Etilbenzola iegūšana ar benzola alkilēšanas metodi ar etilēnu

Students:

uzraugs (_________)

Students ka (_________)

Ņižņekamska

IEVADS

Šī kursa projekta tēma ir etilbenzola iegūšana ar benzola alkilēšanas metodi ar etilēnu.

Visizplatītākais naftas ķīmijas sintēzes process ir benzola katalītiskā alkilēšana ar olefīniem, ko nosaka lielais pieprasījums pēc alkilaromātiskajiem ogļūdeņražiem – izejvielām sintētisko kaučuku, plastmasas, sintētisko šķiedru u.c. ražošanā.

Alkilēšana ir process, kurā alkilgrupas tiek ievadītas mo- organisko un dažu neorganisko vielu molekulas. Šīs reakcijas ir lieliskas praktiskā vērtība alkilaromātisko savienojumu, izoalkānu, amīnu, merkaptānu un sulfīdu sintēzei utt.

Benzola alkilēšanas reakciju ar alkilhlorīdiem bezūdens alumīnija hlorīda klātbūtnē pirmo reizi veica S. Frīdels un J. Crafts 1877. gadā. 1878. gadā Frīdela skolnieks Balsons ieguva etilbenzolu, alkilējot benzolu ar etilēnu ALCL3 klātbūtnē.

Kopš alkilēšanas reakcijas atklāšanas ir izstrādātas daudzas dažādas metodes, lai benzola un citu aromātisko ogļūdeņražu ūdeņraža atomus aizstātu ar alkilradikāļiem. Šim nolūkam ir izmantoti dažādi alkilētāji un katalizatori 48,49.

Aromātisko ogļūdeņražu alkilēšanas ātrums ir vairākus simtus reižu lielāks nekā parafīnu, tāpēc alkilgrupa gandrīz vienmēr ir vērsta nevis uz sānu ķēdi, bet gan uz serdi.

Aromātisko ogļūdeņražu alkilēšanai ar olefīniem tiek izmantoti daudzi katalizatori, kuriem ir stipru skābju raksturs, jo īpaši sērskābe(85-95%), fosforskābe un pirofosforskābe, bezūdens fluorūdeņradis, sintētisks un dabīgs

alumīnija silikāti, jonu apmainītāji, heteropoliskābes. Skābes šķidrā veidā uzrāda katalītisko aktivitāti alkilēšanas reakcijās zemā temperatūrā (5-100°C); skābes uz cietiem nesējiem, piemēram, fosforskābe uz diatomīta, darbojas 200-300°C temperatūrā; alumīnija silikāti ir aktīvi 300-400 un 500°C temperatūrā un 20-40 kgf/cm² (1,96-3,92 MN/m²) spiedienā.

Šīs tēmas nozīme ir tāda, ka nākotnē stirolu no etilbenzola iegūst, dehidrogenējot etilbenzolu.

1. TEORĒTISKĀ DAĻA

2.1. Pieņemtās ražošanas metodes teorētiskie pamati.

Benzola alkilēšana ar etilēnu. Rūpnieciskie procesi benzola alkilēšanai ar etilēnu atšķiras atkarībā no izmantotā katalizatora. Vairāki katalizatori ir pārbaudīti izmēģinājuma mērogā.

1943. gadā Copers veica benzola alkilēšanu ar etilēnu uz alumīnijasilikāta katalizatora šķidrā fāzē 310°C temperatūrā un 63 kgf/cm2 (6,17 MN/m2) pie etilēna:benzola molārās attiecības 1:4.

Ir kļuvis plaši izplatīts benzola alkilēšanas process ar etilēnu uz alumīnija hlorīda atmosfēras vai nedaudz paaugstinātā spiedienā un 80–100 ° C temperatūrā.

Alkilēšana uz cieta fosforskābes katalizatora konkurē ar šo metodi, bet ar šo katalizatoru var iegūt tikai izopropilbenzolu. Benzola alkilēšana ar etilēnu praktiski netiek veikta.

Liela grupa alkilēšanas katalizatoru ir aprotiskās skābes (Lūisa skābes) - dažu metālu halogenīdi. Tie parasti uzrāda katalītisku aktivitāti promotoru klātbūtnē, ar kuriem tie veido produktus ar spēcīgu protonu skābju raksturu. No šāda veida katalizatoriem var izmantot alumīnija hlorīdu, alumīnija bromīdu, dzelzs trihlorīdu, cinka hlorīdu, titāna trihlorīdu un tetrahlorīdu. Rūpnieciskai izmantošanai ir tikai alumīnija hlorīds.

Par benzola un tā homologu alkilēšanas reakciju mehānismu ar olefīniem tiek ievērotas šādas vispārīgas idejas.

Alkilēšana alumīnija hlorīda klātbūtnē tiek interpretēta saskaņā ar mehānismu

mu skābes katalīze. Šajā gadījumā sistēmai jābūt

promotors, kura lomu spēlē hlorūdeņradis. Pēdējais var

veidojas ūdens klātbūtnē:

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

Turpmāka piesaiste aromātiskajam kodolam notiek saskaņā ar mehānismu, kas ir līdzīgs iepriekš apspriestajam:

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

Alumīnija hlorīda klātbūtnē dealkilēšana notiek viegli, kas norāda uz alkilēšanas reakcijas atgriezeniskumu. Dealkilēšanas reakcijas tiek izmantotas, lai polialkilbenzolus pārveidotu par monoalkil-

Alkilēšanas reakcijas termodinamika. Pamatojoties uz fizikāli ķīmisko

ogļūdeņražu konstantes un to termodinamiskās funkcijas - entalpijas ΔН un

entropija ΔS, jūs varat atrast līdzsvara konstantes un aprēķināt līdzsvaru

alkilatvasinājumu iznākumi benzola alkilēšanas laikā ar olefīniem atkarībā no

tilti uz temperatūru un spiedienu.

Etilbenzola līdzsvara iznākums palielinās, palielinoties molāram

benzola pārpalikums un pieaugot spiedienam noteiktā temperatūrā.

C6 H6 + C2 H4 ↔ C6 H5 C2 H5

Kad benzols tiek alkilēts ar etilēnu temperatūrā zem 250-300°C

tiek panākta gandrīz pilnīga benzola pārvēršana etilbenzolā. Pie 450

-500°C, lai palielinātu transformācijas dziļumu, nepieciešams palielināt spiedienu līdz 10-20 kgf/cm2 (0,98-1,96 MN/m2).

Benzola alkilēšanas reakcija ar etilēnu ir pirmās kārtas secīga atgriezeniska reakcija. Procesam padziļinoties, kopā ar monoalkilbenzolu veidojas arī polialkilbenzoli.

C6 H6 + Cn H2n ↔ C6 H5 Cn H2n+1

C6 H5 Cn H2n+1 + Cn H2n ↔ C6 H4 (Cn H2n+1)2, kas ir nevēlami blakusprodukti. Tāpēc alkilātu reakcijas maisījuma sastāvu biežāk nosaka kinētiskie faktori, nevis termodinamiskais līdzsvars.

Tādējādi dealkilēšana ir termodinamiski iespējama ar lielu dziļumu 50-100 ° C temperatūrā. Patiešām, alumīnija hlorīda klātbūtnē tas norit labi, jo ar šo katalizatoru alkilēšanas process ir atgriezenisks. Tomēr tajā pašā temperatūrā skābju klātbūtnē dealkilēšana vispār nenotiek. M.A. Dalins eksperimentāli pētīja benzola alkilēšanas produktu sastāvu ar etilēnu alumīnija hlorīda klātbūtnē.

Reakcijas maisījuma sastāvu nosaka pēc benzola un etilēna attiecības, un tas nav atkarīgs no tā, kā iegūts alkilāts: polialkilbenzola tiešās alkilēšanas vai dealkilēšanas ceļā. Tomēr šis secinājums ir spēkā tikai tad, ja alumīnija hlorīds tiek izmantots kā katalizators.

Alkilēšanas process tiek veikts alkilatorā - reakcijas kolonnā, kas ir izklāta vai izklāta ar grafīta flīzēm, lai aizsargātu pret koroziju. Trīs kolonnas sekcijās ir apvalki dzesēšanai, bet galvenais siltuma daudzums tiek noņemts, iztvaicējot daļu benzola. Alkilēšanu veic šķidra katalizatora kompleksa klātbūtnē, kas sastāv no alumīnija hlorīda (10-12%), benzola (50-60%) un polialkilbenzoliem (25-30%). Hlorūdeņraža veidošanai, kas ir reakcijas veicinātājs, 2% ūdens no

alumīnija hlorīda masas, kā arī dihloretāns vai etilhlorīds, kuru sadalīšanas rezultātā rodas hlorūdeņradis.

Lai izolētu etilbenzolu no alkilāta, benzols tiek destilēts atmosfēras spiedienā (vienlaicīgi ar benzolu tiek noņemtas ūdens pēdas). No apakšējā šķidruma pazeminātā spiedienā (200 mm Hg, 0,026 MN/m²) tiek destilēta plaša frakcija, etilbenzola un polialkilbenzolu maisījums. Nākamajā kolonnā pie atlikušā spiediena 50 mm Hg. (0,0065 MN/m²) polialkilbenzolus atdala no sveķiem. Plašā frakcija tiek izkliedēta vakuuma kolonnā ar atlikušo spiedienu 420-450 mm Hg. (0,054-0,058 MN/m²). Preču etilbenzols tiek destilēts diapazonā no 135,5-136,2°C.

Etilbenzola iegūšanai izmanto etānu - pirolīzes etilēna frakciju, kas satur 60-70% etilēna.

Alkilēšanas benzols nedrīkst saturēt vairāk par 0,003–0,006% ūdens, savukārt komerciālais benzols satur 0,06–0,08% ūdens. Benzola dehidratāciju veic ar azeotropo destilāciju. Sēra saturs benzolā nedrīkst pārsniegt 0,1%. Palielināts sēra saturs izraisa alumīnija hlorīda patēriņa pieaugumu un pasliktina gatavā produkta kvalitāti.

1.2. Izejvielu un iegūtā produkta raksturojums.

Izejvielu, materiālu nosaukums, reaģenti, katalizatori. pusfabrikāti ražots produktiem.	Valsts numurs vēnu vai filiāle standarta, tehnisks standarta uzņēmumiem.	Pārbaudāmie kvalitātes rādītāji.	Norma (saskaņā ar OST, stan- dartu uzņēmums	Pieraksts, pielietojuma zona.
1.ETILBENZĒNS	bezkrāsains caurspīdīgs šķidrums. Galvenie etilbenzola īpašību rādītāji: Molekulmasa = 106,17 Blīvums, g / cm³ \u003d 0,86705 Temperatūra, ° C Vārīšanās \u003d 176,1 Kušana = -25,4 Uzliesmojumi = 20 Pašaizdegšanās = 431. Siltums, kJ/mol kušanas temperatūra = 9,95 Iztvaikošana \u003d 33,85 Siltuma jauda, ​​J / mol ∙ K \u003d 106,4 Degšanas siltums, kcal/mol=1089,4 Šķīdība ūdenī, g/100ml=0,014	Rūpniecībā to galvenokārt izmanto kā izejvielu stirola sintēzei, kā piedevu motordegvielai, kā atšķaidītāju un šķīdinātāju. C6 H5 C2 H5 Lielāko daļu etilbenzola iegūst, alkilējot benzolu ar etilēnu, un daudz mazāku tā daudzumu izdala ar īpaši dzidru destilāciju no tiešās destilācijas benzīna riforminga produktiem. Galvenie etilbenzola īpašību rādītāji: Etilbenzols kairina ādu, ir konvulsīvā darbība. MPC atmosfēras gaisā ir 0,02 mg/m³; mājas lietošanai - 0,01 mg / l. CPV 0,9-3,9% pēc tilpuma. Pasaules apjoms saražotā ap 17 milj.t gadā (1987). Ražošanas apjoms Krievijā 0.8 milj.t gadā (1990).

H2C=CH2. Bezkrāsaina gāze ar vieglu smaku. Etilēns izšķīst ūdenī 0,256 cm³ / cm³ (pie 0 ° C), izšķīst spirtos un ēteros. Etilēnam piemīt fitohormonu īpašības – tas palēnina augšanu, paātrina šūnu novecošanos, nogatavošanos un augļu krišanu. Tas ir sprādzienbīstams, CPV 3-34% (pēc tilpuma), MPC atmosfēras gaisā 3 mg / m³, darba zonas gaisā 100 mg / m³. Pasaules produkcija 50 milj.t gadā (1988.g.).

Lieli daudzumi (20%) ir atrodami rafinēšanas gāzēs; iekļauts koksa krāsns gāzē. Viens no galvenajiem naftas ķīmijas rūpniecības produktiem: to izmanto vinilhlorīda, etilēnoksīda, etilspirta, polietilēna uc sintēzei. Etilēnu iegūst naftas un dabasgāzes pārstrādes laikā. Vīde- Etilēna frakcija satur 90–95% etilēna ar propilēna, metāna un etāna piejaukumu. To izmanto kā izejvielu polietilēna, etilēnoksīda, etilspirta, etanolamīna, polivinilhlorīda ražošanā, ķirurģijā - anestēzijai.

C6 H6. Bezkrāsains šķidrums ar īpatnēju asu smaržu hom. Veido sprādzienbīstamus maisījumus ar gaisu, labi sajaucas ar ēteriem, benzīnu un citiem organiskiem šķīdinātājiem. Šķīdība ūdenī 1,79 g/l (pie 25°C). Toksisks, bīstams vide, uzliesmojošs. Benzols ir aromātisks ogļūdeņradis. Galvenie benzola īpašību rādītāji: Molekulmasa = 78,12 Blīvums, g/cm³=0,879 Temperatūra, °C: Vārīšanās = 80,1 kušanas temperatūra = 5,4 Mirgo =-11 Pašaizdegšanās=562 Siltums, kJ/mol: kušanas temperatūra = 9,95 Iztvaikošana=33,85 Siltuma jauda, ​​J / mol ∙ K \u003d 81,6 Benzīns visos aspektos sajaucas ar nepolāriem šķīdinātājiem: ogļūdeņražiem, terpentīnu, ēteriem, šķīdina taukus, gumiju, sveķus (darvu). Tas dod azeotropu maisījumu ar ūdeni ar viršanas temperatūru 69,25 ° C, veido divkāršus un trīskāršus azeotropus maisījumus ar daudziem savienojumiem.

Atrasts dažos eļļas, motordegviela, benzīns. To plaši izmanto rūpniecībā, ir izejviela medikamentu, dažādu plastmasu, sintētiskā kaučuka, krāsvielu ražošanai. Benzols ir jēlnaftas sastāvdaļa, bet rūpnieciskā mērogā to lielākoties sintezē no citiem tā komponentiem. To izmanto arī etilbenzola, fenola, nitrobenzola, hlorbenzola iegūšanai kā šķīdinātāju. Atkarībā no ražošanas tehnoloģijas tiek iegūtas dažādas benzola kategorijas. Naftas benzols tiek iegūts benzīna frakciju katalītiskā riforminga procesā, toluola un ksilola katalītiskā hidrodealkilēšanā, kā arī naftas izejvielu pirolīzes laikā.

2.3. Tehnoloģiskās shēmas apraksts.

A pielikumā parādīta etilbenzola ražošanas procesa plūsmas diagramma. Benzola alkilēšanas process ar etilēnu tiek veikts alkilatorā poz. P-1 etilhlorīda vidē 125-135C temperatūrā un 0,26-0,4 MPa spiedienā. Alkilatorā tiek ievadīts: žāvēts benzola maisījums, katalītiskais komplekss, polialkilbenzola frakcija, etilēns, recirkulācijas katalītiskais komplekss, atgriezeniskais benzols.

Alkilēšanas reakcija notiek ar siltuma izdalīšanos, kura pārpalikumu noņem recirkulācijas katalītiskais komplekss un iztvaicējot benzolu. Benzols no alkilatora augšējās daļas, sajaukts ar izplūdes gāzēm, tiek nosūtīts uz kondensatoru poz. T-1, atdzesēts ar ūdeni. Nekondensētās gāzes no kondensatora poz. T-1 tiek nosūtīti uz kondensatoru poz. Т-2, atdzesēts ar atdzesētu ūdeni t=0°C. Pūtēji pēc kondensatora poz. T-2 tiek nosūtīti turpmākai benzola tvaiku reģenerācijai. Benzola kondensāts no kondensatoriem poz. T-1 un T-2 gravitācijas ietekmē saplūst alkilatora apakšā poz. R-1. No alkilatora poz. R-1 reakcijas masa caur siltummaini poz. T-3, kur tas tiek atdzesēts ar ūdeni līdz 40-60 ° C, tiek nosūtīts uz karteri poz. E-1, lai atdalītu no cirkulējošā katalizatora kompleksa. Nosēdinātais katalītiskais komplekss no tvertnes apakšas poz. E-1 ņem sūknis poz. H-1 un atgriežas alkilatorā poz. R-1. Lai saglabātu katalizatora aktivitāti, etilhlorīds tiek ievadīts pārstrādes kompleksajā līnijā. Katalizatora aktivitātes samazināšanās gadījumā tiek nodrošināta izlietotā katalītiskā kompleksa izvade sadalīšanai. Reakcijas masa no tvertnes poz. E-1 tiek savākts konteinerā poz. E-2, no kurienes, pateicoties spiedienam alkilēšanas sistēmā, tas nonāk maisītājā poz. E-3 sajaukšanai ar skābu ūdeni, kas cirkulē sadalīšanās sistēmā:

karteris poz. E-4-sūknis, poz. H-2-maisītājs, poz. E-3. Maisītājam piegādātā cirkulējošā ūdens un reakcijas masas attiecība ir l/2:1. Jā, sadalīšanās sistēma tiek piegādāta no poz. kolekcijas. E-5 sūknis poz. H-3. Reakcijas masu nostādina no ūdens tvertnē, poz. E-4; apakšējā ūdens slāņa sūknis poz. H-2 tiek nosūtīts uz maisītāju; un virsējais slānis - reakcijas masa - gravitācijas ietekmē ieplūst mazgāšanas kolonnā poz. K-1 sekundārajai skalošanai ar ūdeni, ko piegādā sūknis, poz. H-4 no mazgāšanas kolonnas poz. K-2. No mazgāšanas kolonnas poz. K-1 reakcijas masa gravitācijas ietekmē nonāk kolekcijā poz. E-6, no kurienes sūknis poz. H-5 neitralizācijai tiek izsūknēts maisītājā poz. E-7.

Apakšējais ūdens slānis no mazgāšanas kolonnas poz. K-1 gravitācijas ietekmē notek konteinerā poz. E-5 un sūkņa poz. H-3 tiek ievadīts maisītājā poz. E-3. Reakcijas masas neitralizācija maisītājā poz. E-7 veic ar 2-10% nātrija hidroksīda šķīdumu. Reakcijas masas un cirkulējošā nātrija hidroksīda šķīduma attiecība ir 1: 1. Reakcijas masas atdalīšanās no sārma šķīduma notiek tvertnē poz. E-8, no kurienes reakcijas masa gravitācijas ietekmē ieplūst kolonnā poz. K-2 tīrīšanai no sārmiem ar ūdens kondensātu. Apakšējais slānis - ķīmiski piesārņots ūdens - tiek novadīts no kolonnas konteinerā, poz. E-9 un sūkņa poz. H-4 tiek izsūknēts reakcijas masas mazgāšanai kolonnā poz. K-1. Reakcijas masa no kolonnas augšdaļas gravitācijas ietekmē ieplūst karterā, poz. E-10, pēc tam savākti starpkonteinerā poz. E-11 un tiek izsūknēts ar sūkni poz. H-7 uz noliktavu.

Tehnoloģiskā shēma benzola alkilēšanai ar etilēnu uz alumīnija hlorīda, kas ir piemērota arī benzola alkilēšanai ar propilēnu.

Alkilēšanas process tiek veikts alkilatorā - reakcijas kolonnā, kas izklāta ar emaljētu vai izklāta ar grafīta flīzēm, lai aizsargātu pret koroziju. Trīs kolonnas sekcijās ir apvalki dzesēšanai, bet galvenais siltuma daudzums tiek noņemts, iztvaicējot daļu benzola. Alkilēšanu veic šķidra katalizatora kompleksa klātbūtnē, kas sastāv no alumīnija hlorīda (10–12%), benzola (50–60%) un

polialkilbenzoli (25 - 30%). Hlorūdeņraža veidošanai, kas ir reakcijas veicinātājs, katalītiskajam kompleksam pievieno 2% ūdens no svara alumīnija hlorīda, kā arī dihloretānu vai etilhlorīdu, kura sadalīšanas laikā veidojas hlorūdeņradis.

1.5. Ierīču apraksts un galvenā aparāta darbības princips.

Alkilēšanu veic kolonnas tipa reaktorā bez mehāniskas maisīšanas atmosfēras spiedienam tuvu spiedienā (B papildinājums). Reaktors sastāv no četriem tsargiem, kas ir emaljēti vai izklāti ar keramikas vai grafīta flīzēm. Labākam kontaktam reaktora iekšpusē ir sprausla. Reaktora augstums ir 12 m, diametrs 1,4 m Katra atvilktne ir aprīkota ar apvalku siltuma noņemšanai normālas reaktora darbības laikā (to izmanto arī apkurei, iedarbinot reaktoru). Reaktors līdz augšai ir piepildīts ar benzola un katalizatora maisījumu. Žāvētais benzols, katalītiskais komplekss un gāzveida etilēns tiek nepārtraukti ievadīts reaktora apakšējā daļā. Alkilēšanas reakcijas šķidrie produkti tiek nepārtraukti izņemti aptuveni 8 m augstumā no reaktora pamatnes, un no reaktora augšdaļas tiek izvadīts tvaiku-gāzes maisījums, kas sastāv no nereaģējušām gāzēm un benzola tvaikiem. Reaktora apakšējā daļā temperatūra ir 100°C, augšējā daļā 90 - 95°C. Katalizatora kompleksu sagatavo aparātā, no kura katalizatora suspensiju nepārtraukti ievada alkilēšanas reaktorā.

Alkilators etilbenzola ražošanai šķidrā fāzē ir tērauda kolonna, kas iekšpusē izklāta ar skābi izturīgu oderi, poz. 4 vai pārklāta ar skābes izturīgu emalju, lai aizsargātu sienas no korozijas iedarbības sālsskābes. Ierīcei ir četras tsargi poz. 1, savienots ar atlokiem poz. 2. Trīs karaļi ir aprīkoti ar krekliem poz. 3 dzesēšanai ar ūdeni (siltuma noņemšanai alkilēšanas reakcijas laikā). Reaktors darbības laikā ir piepildīts ar reakcijas šķidrumu, kura kolonnas augstums ir 10 m . Papildu dzesēšanai dažreiz virs šķidruma līmeņa tiek novietotas divas spoles, kurās cirkulē ūdens.

Alkilatora darbība ir nepārtraukta: tā apakšējā daļā pastāvīgi tiek ievadīts benzols, etilēns un katalītiskais komplekss; reaģentu un katalizatora maisījums paceļas uz aparāta augšējo daļu un no turienes ieplūst karterā. Tvaiki, kas iziet no alkilatora augšdaļas (sastāv galvenokārt no benzola), kondensējas un atkal atgriežas alkilatorā kā šķidrums.

Vienā piegājienā etilēns reaģē gandrīz pilnībā, un benzols tikai 50-55%; tāpēc etilbenzola iznākums vienā piegājienā ir aptuveni 50% no teorētiskās; pārējais etilēns tiek zaudēts, veidojoties di- un polietilbenzolam.

Spiediens alkilatorā darbības laikā ir 0,5 plkst(pārmērība), temperatūra 95-100°C.

Benzola alkilēšanu ar etilēnu var veikt arī gāzes fāzē uz cieta katalizatora, taču šī metode joprojām ir maz izmantota rūpniecībā.

Etilbenzola iznākums ir 90 - 95% benzola izteiksmē un 93% etilēna izteiksmē. Patēriņš uz 1 tonnu etilbenzola ir: etilēns 0,297 tonnas,

benzols 0,770 tonnas, alumīnija hlorīds 12 - 15 kg.

2. SECINĀJUMI PAR PROJEKTU.

Lētāko etilbenzolu iegūst, atdalot to no riforminga vai pirolīzes produktu ksilola frakcijas, kur tas ir 10-15% apmērā. Bet galvenā etilbenzola iegūšanas metode joprojām ir benzola katalītiskās alkilēšanas metode.

Neskatoties uz to, ka tiek ražoti liela mēroga alkilbenzoli, pastāv vairākas neatrisinātas problēmas, kas samazina alkilēšanas procesu efektivitāti un tehnisko un ekonomisko veiktspēju. Var atzīmēt šādus trūkumus:

Stabilu, ļoti aktīvu katalizatoru trūkums benzola alkilēšanai ar olefīniem; Katalizatori, kas atraduši plašu pielietojumu - alumīnija hlorīds, sērskābe u.c. izraisa iekārtu koroziju un netiek reģenerēti;

Sekundāro reakciju rašanās, kas samazina alkilbenzolu ražošanas selektivitāti, kas prasa papildu izmaksas iegūto produktu attīrīšanai;

Liela skaita veidošanās Notekūdeņi un ražošanas atkritumi pie esošajām alkilēšanas tehnoloģiskajām shēmām;

Nepietiekama vienības ražošanas jauda.

Tādējādi etilbenzola augstās vērtības dēļ šobrīd pieprasījums pēc tā ir ļoti augsts, savukārt izmaksas ir salīdzinoši zemas. Arī etilbenzola ražošanas izejvielu bāze ir plaša: benzols un etilēns tiek iegūti lielos daudzumos naftas frakciju krekinga un pirolīzes laikā.

3. STANDARTIZĀCIJA

Kursa projektā tika izmantoti šādi GOST:

GOST 2.105 - 95 Vispārīgās prasības teksta dokumentiem.

GOST 7.32 - 81 Vispārīgās prasības un noteikumi kursa darbu izstrādei un tēzes.

GOST 2.109 - 73 Pamatprasības zīmēšanai.

GOST 2.104 - 68 Galvenie uzraksti uz rasējumiem.

GOST 2.108 - 68 Specifikācijas.

GOST 2.701-84 Shēmas, veidi, veidi, Vispārīgās prasības.

GOST 2.702 - 75 Noteikumi dažādu veidu shēmu ieviešanai.

GOST 2.721 - 74 Nosacītie un grafiskie apzīmējumi diagrammās.

GOST 21.108 - 78 Nosacīts un grafisks attēlojums zīmējumos.

GOST 7.1 - 84 Atsauču saraksta izstrādes noteikumi.

4. IZMANTOTĀS LITERATŪRAS SARAKSTS.

1. Travens V.F. Organiskā ķīmija: 2 sējumos: mācību grāmata augstskolām / V.F. Traven. - M.: NCC Akademkniga, 2005. - 727 lpp.: ill. – Bibliogrāfija: lpp. 704–708.

2. Epšteins D.A. Vispārīgā ķīmiskā tehnoloģija: mācību grāmata arodskolām / D.A. Epšteins. - M.: Ķīmija, - 1979. - 312 lpp.: ill.

3. Litvins O.B. Gumijas sintēzes tehnoloģijas pamati. / PAR. Litvin. - M.: Ķīmija, 1972. - 528 lpp.: ill.

4. Akhmetovs N.S. Vispārīgā un neorganiskā ķīmija: mācību grāmata augstskolām - 4.izd., labota. / N.S. Akhmetovs. – M.: pabeigt skolu, red. centrs Akadēmija, 2001. - 743 lpp.: ill.

5. Jukelsons I.I. Organiskās pamatsintēzes tehnoloģija. / I.I. Jukelsons. - M .: Ķīmija, -1968. - 820 lpp.: ill.

6. Pauškins Ja.M., Adelsons S.V., Višņakova T.P. Naftas ķīmiskās sintēzes tehnoloģija: 1.daļa: Ogļūdeņraža izejviela un to oksidācijas produkti. / Ya.M. Pauškins, S.V. Adelsons, T.P. Višņakova. - M .: Ķīmija, -1973. - 448 lpp.: ill.

7. Ļebedevs N.N. Organiskās un naftas ķīmijas pamatsintēzes ķīmija un tehnoloģija: mācību grāmata augstskolām - 4. izdevums, pārstrādāts. un papildu / N.N. Ļebedevs. - M .: Ķīmija, -1988. - 592 lpp.: ill.

8. Plate N.A., Slivinsky E.V. Monomēru ķīmijas un tehnoloģijas pamati: mācību grāmata. / N.A. Plāte, E.V.Sļivinskis. – M.: MAIK Nauka / Interperiodika, -2002. - 696 lpp.: ill.

Ievads……………………………………………………………………………3

2.Tehnoloģiskā daļa……………………………………………………….

2.1. Pieņemtās ražošanas metodes teorētiskie pamati………….5

2.2. Izejvielu un iegūtā produkta raksturojums……………………..9

2.3. Tehnoloģiskās shēmas apraksts…………………………………………………12

2.4. Ražošanas materiālu aprēķins………………………………….15

2.5. Ierīces apraksts un galvenā aparāta darbības princips ... .20

3. Secinājumi par projektu……………………………………………………………….22

4. Standartizācija………………………………………………………………………..

5. Izmantotās literatūras saraksts………………………………………………25

6. Specifikācija……………………………………………………………………26

7. A pielikums………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………27

8. B pielikums……………………………………………………………………28