166630 (625065), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Перечисленные особенности кислотного разложения гидро­перекиси и определяют технологическое оформление этого процесса.

Разложение проводят при низких начальных концентрациях гидроперекиси в реакционной смеси таким образом, чтобы обе­спечивался полный распад гидроперекиси за один проход. При высоких концентрациях гидроперекиси незначительное колеба­ние режима может вызвать неконтролируемое спонтанное раз­ложение ее с выделением такого количества тепла, которое нельзя отвести в системе охлаждения реактора; это может при­вести к взрыву вследствие мгновенного испарения реакционной смеси. При неполном разложении за один проход гидропере­кись будет распадаться на следующих стадиях процесса, что вызывает ее потери за счет термического распада и нежела­тельно по соображениям техники безопасности. Высокая экзотермичность реакции обусловливает необходимость создания эффективной системы отвода тепла.

Практически процесс можно осуществлять как в адиабати­ческих, так и изотермических условиях. Оформление процесса в адиабатическом реакторе сводится к следующему. По реак­ционной системе, состоящей из реактора и холодильника, цир­кулирует какой-либо разбавитель, к которому перед входом в аппарат добавляют серную кислоту и гидроперекись изопропил­бензола. За счет тепла реакции смесь нагревается от начальной температуры t₁ до заданной предельной температуры t₂. Оче­видно, что степень тепловыделения и нагрева реакционной смеси определяется количеством гидроперекиси, вводимой на единицу веса жидкости, циркулирующей в системе.

Смесь из реактора поступает в холодильник, где охлаж­дается до начальной температуры t₂ после чего часть ее, соот­ветствующая количеству гидроперекиси, поданной на разложе­ние, выводится из системы, а оставшаяся часть возвращается на циркуляцию. Как уже говорилось, в качестве реакционной среды может быть использована либо разбавленная серная кислота, легко отстаивающаяся от продуктов разложения гид­роперекиси и возвращаемая в производственный цикл, либо собственно смесь продуктов разложения гидроперекиси.

4.4 Модели рассматриваемой ХТС

Химическая схема

Кислотное разложение гидроперекиси изопропилбензола протекает по следующей схеме:

4.5 Функциональная модель ХТС

* - Гидроперекись и серная кислота в соотношении 1 : 14.

** - Фенол и ацетон.

4.6 Структурная модель ХТС

1. Холодильник

2. Центробежный насос

3. Холодильник

4. Аппарат с мешалкой

5. Разделитель

6. Холодильник

7. Разделитель

8. Нейтрализатор.

4.8 Технологическая модель ХТС

1, 3, 7 — холодильники; 2 — сборник концентрированной гидроперекиси; 4 — центробежный насос-реактор; 5 — аппарат с мешалкой; 6, 9 — разделительные сосуды; 8 — сборник смеси серной кислоты и ацетона; 10 — ней­трализатор.

Описание технологической схемы.

Гидроперекись изопропилбензола из сборника 2 подают через холодильник 1 в реактор, представ­ляющий собой центробежный насос 4, в котором смесь допол­нительно перемешивается путем применения ультра­звука. Смесь из насоса 4 поступает в холо­дильник 3, где отводится тепло реакции. Охлажденная смесь поступает в сосуд 5, снабженный мешалкой и охлаждающим устройством. После дополнительного перемешивания и охлаж­дения в сосуде 5 смесь направляют в первый разделитель 6, откуда отделившаяся серная кислота стекает через холодиль­ник 7 в сборник 8. Углеводородный слой из сосуда 6 поступает во второй разделитель 9 для окончательного отделения остат­ков серной кислоты. Свободный от кислоты углеводородный слой подают из сосуда 9 в нейтрализатор 10, а оттуда — на ректификацию для выделения целевых продуктов.

5. Анализ ХТС

Реакционная масса, полученная в результате разложения гидроперекиси изопропилбензола, представляет собой довольно сложную смесь. Кроме фенола и ацетона, она содержит диметилфенилкарбинол, ацетофенон, α-метилстирол, окись мезитила, ацетальдегид, изопропилбензол, кислотные катализаторы, при­меси органических кислот и следы других примесей.

Первой стадией процесса выделения фенола и ацетона из этой смеси является нейтрализация кислот более сильных, чем фенол. Методы дальнейшей очистки бывают различными и за­висят от того, проводилось ли разложение гидроперекиси в гетерогенной или гомогенной среде. Шервуд указывает, что при гомогенном разложении во время последующей нейтрализации образуется небольшой водный слой, в котором содержание фе­нола и ацетона сравнительно невелико. В процессе нейтрали­зации, особенно -при гомогенном процессе, осаждается сульфат натрия, что вызывает небходимость фильтрации смеси.

Процесс обработки реакционной смеси, полученной при гетерогенном разложении гидроперекиси изопропилбензола, был разработан фирмой «Distillers Company Limited». Первая стадия этого процесса состоит в отгонке ацетона. Кубовый оста­ток из отгонной колонны экстрагируют водой при 75—90°С (весовое соотношение вода : сырой продукт составляет около 6). Эта экстракция обеспечивает выделение основной массы фено­ла и около 0,25 части ацетофенона. Изопропилбензол в рафинате освобождается от ацетофенона перегонкой, а от α-метилстирола — гидрированием в мягких условиях. После такой очистки изопропилбензол можно снова направлять на окисление.

Водный слой экстрагируют бутилацетатом, в результате чего извлекают 99% содержащегося в нем фенола; ацетофенон остается в водном растворе. Некоторое количество бутилацета-та регенерируют перегонкой из водной среды, в которой его кон­центрация составляет 0,5%. Содержание фенола в бутилацетатном слое составляет около 40%. Растворитель регенерируют перегонкой, после чего остаются фенол и ацетофенон, последний в количестве примерно 1,5%. В процессе окончательного фракционирования фенол получается в технически чистом виде и практически не содержит ацетофенона. Степень выделения фенола, образующегося при разложении, составляет около 95%.

Для выделения целевых продуктов, получаемых в процессе разложения, гомогенизируемого ацетоном, попользуют много­ступенчатую перегонку. Вначале отбирается в качестве дистил­лята ацетон; изопропилбензол и α-метилстирол выделяются во второй колонне, где выгодно применять отгонку паром из щелочного раствора. Кубовый остаток из второй колонны под­вергают фракционированию и фенол, собранный в виде дистил­лята, кристаллизуют для получения кондиционного продукта. Кубовый остаток фенольной колонны состоит в основном из ацетофенона, который можно выделить и очистить.

Указывают, что в процессах такого типа соль, растворяю­щаяся в органическом слое во время нейтрализации, выкри­сталлизовывается в отгонных колоннах и коммуникациях, что вызывает серьезные затруднения при эксплуатации. Однако этого можно избежать, смешивая перед нейтрализацией продукт разложения с равным объемом воды. Нейтральная смесь от­стаивается, водный слой перегоняют для отделения в виде дистиллята фракции, состоящей главным образом из воды и неко­торого количества фенола и ацетона. Эта фракция возвращает­ся на промывку. Углеводородный слой фракционируют для выделения ацетона и фенола в соответствии с приведенной ниже схемой технологического процесса (рис. 4).

Наиболее широкое распространение получил способ гомо­генного разложения гидроперекиси с применением малых ко­личеств серной кислоты. В этом случае процесс разделения реакционной смеси проводят следующим образом (рис. 5).

Разложенная гидроперекись после нейтрализации ще­лочью подается насосом 2 из сборника 1 на ректификацию в колонну 3 для отгонки ацетона-сырца. Для снижения темпера­туры в кубе колонны смесь перед ректификацией в ряде слу­чаев разбавляют водой. Ацетон-сырец поступает на ректифи­кацию в колонну 10, в которую подают также водный раствор щелочи для осмоления альдегидов. Товарный ацетон собирают в емкость 12. Удаление альдегидов при получении товарного ацетона возможно и путем ректификации ацетона-сырца в не­сколько стадий.

Рис. 4. Принципиальная схема процесса выделения фенола и ацетона, разработанная фирмой «Distillers Company Limited».

Рис. 5. Принципиальная схема процесса разделения продуктов разложения кислотного гидроперекиси изопропилбензола

1—сборник разложенной гидроперекиси; 5, 7, 23—центробежные насосы; 3—ректификационная колонна для отгонки ацетона-сырца; 4, 9, 15, 19, 24—кипятильники; 5, 11, 17, 21, 26—дефлегматоры; 6, 14, 18—конденсаторы; 8—мерник раствора едкого натра; 10—ректификационная колонна для выделения товарного ацетона; 12—сборник товарного ацетона; 13, 27—холодильники; 16—ректифи­кационная колонна для отгонки фенола-сырца; 20—ректификационная колонна для отгонки а метилстирола; 22—разделительный сосуд; 25—ректификационная колота для выделения товарного фенола; 28—сборник товарного фенола; 29—вакуум-насосы. I—вода; II—гре­ющий пар; III—охлаждающий рассол; IV—отходы на переработку.

Кубовый остаток колонны 3, состоящий главным образом из фенола с примесями а-метилстирола, ацетофенона, диметил­фенилкарбинола, воды и смолы, подвергают разгонке в колон­не 16; здесь отгоняется в вакууме от диметялфанилкарбинола и смолы фенольная фракция. Кубовой остаток направляют на дальнейшую -переработку, а дистиллят, состоящий из фенола, а-метилстирола, ацетофенона и воды, разгоняют в колонне 20. Эта колонна предназначена для отделения а-метилстирола от фенола, и от четкости ее работы во многом зависит качество товарного фенола, поскольку малейшие примеси а-метилстиро­ла снижают температуру застывания фенола, делая его некон­диционным. В качестве дистиллята из колонны 20 отбирают, гетероазеотропную смесь: фенол — а-метилстирол—вода. После расслоения смеси в сосуде 22 водный слой возращают на оро­шение колонны, а органический слой направляют на щелочную экстракцию для выделения фенола через фенолят натрия.

Дальнейшее выделение фенола можно производить двумя методами. По одному из них разгонку в колонне 20 осущест­вляют таким образом, что вся вода отгоняется с дистиллятом, а свободный от воды кубовый остаток направляется на окон­чательную ректификацию в колонну 25, где сверху отбирается товарный фенол. Другой метод более сложен, однако обеспе­чивает получение фенола самого высокого качества. В этом случае в колонне 20 отгоняется часть воды, а другая ее часть остается в кубовой жидкости, которую подвергают разгонке в дополнительной колонне (на схеме не показана), где сверху отбирается незначительное количество азеотропной смеси фе­нол—вода; кубовый остаток подают на окончательную разгон­ку в колонну 25.

Для уменьшения потерь продуктов (вследствие выделения смол), а также во избежание термической дегидратации диме­тилфенилкарбинола с образованием а-метилстирола в кубах колонн ректификацию в колоннах 16,

5.1 Иерархическая структура ХТС

5.3 Изучение свойств и эффективности функционирования ХТС

Изопропилбензол (кумол) С₆Н₅СН(СН₃)₂, молекулярная масса 120,20; бесцветная жидкость с запахом бензола; Т_пл. - 96 °С, т. кип. 152,4°С, 38,2°С/10 мм рт. ст.; d₄²⁰ 0,8618; n_D²⁰ 1,4915; давление пара (в кПа): 1 (33,22 °С), 20 (99,08 °С), 80 (143,5 °С); h 0,791 мПа×с (20°С), 0,612 мПа×с (40°С); γ 28,2 мН/м (20°С); t_крит 351,4°С, р_крит 3220 кПа; С_0р 197 Дж/(моль.К); DH0исп 367 кДж/кг (25 °С), ΔH⁰_обр -41,3 кДж/моль (25 °С); смешивается с этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, бензолом, хлороформом; р-римость в воде менее 0,01% (20 oC). Изопропилбензол - типичное ароматическое соединение (легко алкилируется, хлорируется, сульфируется, нитруется в ядро). В промышленности изопропилбензол получают каталитическим алкилированием бензола пропиленом; реакция осложняется последовательным введением алкильных радикалов в образовавшийся И. вплоть до получения гексаизопропилбензола. В способе производства изопропилбензол, осуществленном в РФ, катализатором алкилирования служит хлоралюминиевый каталитический комплекс (АlСl₃ с НСl и алкилароматическим углеводородом). Процесс осуществляют при 100-130°С (давление определяется т-рой), мольное соотношение бензол : пропилен (с учетом возвращаемых в реакцию полиалкилбензолов) составляет 3:3,5. Полученный изопропилбензол отмывают от катализатора последовательно 17-25%-ным раствором АlСl3, 3-5%-ным раствором NaOH и водой, подвергают ректификации. Расход бензола и пропилена на производство 1 т И. составляет 0,692 и 0,372 т соотв., АlСl3 - 5,5кг. Недостаток метода - необходимость использования коррозионностойкого оборудования. Все большее промышленное использование находит гомофазное алкилирование в присутвии растворимых количеств хлоралюминиевого каталитического комплекса. В этом методе упрощается технологическая схема процесса, возрастает скорость реакции, уменьшается коррозионная активность реакции среды и снижается выход побочных продуктов. За рубежом для производства И. используют фосфорнокислотные катализаторы на твердом носителе - глине, кизельгуре, силикагеле или алюмосиликате. Процесс осуществляют при температуре около 200 °С и давлении 2,8-4,2 МПа. Чтобы предотвратить дезактивацию катализатора, в реакционную зону вводят воду (0,06-0,08% по массе от массы сырья). С целью сокращения образования полиалкилбензолов процесс ведут при мольном соотношении бензол: пропилен, равном 10:1. Выход изопропилбензола 96-97% в расчете на бензол и 91-92% в расчете на пропилен. Применяют изопропилбензол для производства главным образом фенола и ацетона (через кумилгидропероксид) и α-метилстирола, а также как добавку к авиационным бензинам, повышающую октановое число, Т_всп. 38 °С, КПВ 0,88-6,5%. При ингаляции вызывает острые и хронические поражения кроветворных органов (костного мозга, селезенки).

Ацетон (от латинского acetum - уксус) (2-пропанон, диметилкетон) СН₃СОСН₃, мол. м. 58,079; летучая бесцветная жидкость с характерным запахом; Т_пл. - 94,6°С, Т_кип. 56,1 °С; d₄²⁰ 0,7920, n_D²⁰ 1,3588; η 0,36 мПа×с (10°С), 0,30 мПа×с (30 С); γ 0,0237 Н/м (20°С); t_крит 235,5°С, p_крит 4,75 МПа; С°_р 749,3 Дж/(кмоль×К); ΔH°_исп 29,1 кДж/моль (56,1 °С), ΔН°_сгор -1787кДж/моль, ΔН°обр - 216,5 кДж/моль (газ; 25°С) и - 248 кДж/моль (жидкость). Смешивается с водой и органическими растворителями, например эфиром, метанолом, этанолом, сложными эфирами. Ацетон обладает всеми химическими свойствами, характерными для алифатических кетонов. Образует кристаллические соединения с гидросульфитами щелочных металлов, напр. с NaHSO₃ - (CH₃)₂C(OH)SO₃Na. Только сильные окислители, например щелочной раствор КМnО₄ и хромовая кислота, окисляют ацетон до уксусной и муравьиной кислот и далее - до СО₂ и воды. Каталитически восстанавливается до изопропанола, амальгамами Mg или Zn, а также Zn с СН₃СООН - до пинакона (СН₃)₂С(ОН)С(ОН)(СН₃)₂. Атомы водорода легко замещаются при галогенировании, нитрозировании и т.п. Действием хлора и щелочи ацетон превращается в хлороформ, который взаимодействуя с ацетоном с образованием хлорэтона (СН₃)₂С(ОН)СС1₃, применяемого как антисептик. Ацетон окисляет вторичные спирты в присутствии алкоголятов А1 до кетонов (реакция Оппенауэра):

Характеристики

Список файлов курсовой работы