Способы получения изопропилбензола реакции

Промышленные методы получения изопропилбензола

СОДЕРЖАНИЕ

Введение	3
1.	Литературный обзор	4
2.	Описание технологической схемы процесса
3.	Характеристика сырья и готовой продукции
4.	Материальный баланс процесса
5.	Тепловой баланс процесса
6.	Конструктивно-механический расчёт основного аппарата
7.	Расчёт и подбор вспомогательного оборудования
8.	Нормы технологического режима
9.	Аналитический контроль производства
10.	Автоматизация и сигнализация процесса
11.	Заключение
Библиографический список

Введение

Фенол и ацетон являются важнейшими крупнотоннажными продуктами промышленности органического и нефтехимического синтеза. Совместное их получение гораздо более экономичнее всех ранее реализованных методов, вследствие чего оно нашло широкое применение во всех промышленно развитых странах мира.

Широкое распространение получил кумольный метод синтеза фенола совместно с ацетоном, основанный на окислении изопропилбензола в гидроперекись и последующем разложении гидроперекиси на фенол и ацетон. При этом образуется также небольшое количество побочных продуктов. Изопропилбензол, в свою очередь, получается алкилированием бензола пропиленом. Таким образом, исходным сырьем для получения фенола и ацетона по кумольному методу являются бензол и пропилен.

Первое крупное производство фенола и ацетона кумольным методом было реализовано в 1949 году в Советском Союзе. В основу этого производства были положены исследования П.П Сергеева, Б.Д. Кружалова и Р.Ю. Удриса по окислению изопропил бензола в гидроперекись с последующим её разложением на фенол и ацетон[2].

Процесс производства фенола и ацетона кумольным методом складывается из следующих стадий:

1. Алкилирование бензола пропиленом.

2. Окисление изопропилбензола в гидроперекись.

3. Выделение гидроперекиси изопропилбензола.

4. Разложение технической гидроперекиси изопропилбензола серной кислотой.

5. Нейтрализация реакционной массы после разложения.

6. Ректификация реакционной массы после разложения и выделение товарных фенола и ацетона.

Наиболее важной стадией кумольной технологии фенола является окисление кумола до его гидропероксида (ГПК), так как именно на этой стадии образуются основные и побочные продукты производства. Побочные продукты в дальнейших стадиях участвуют в разнообразных реакциях, тем самым усложняют производство.

Промышленные методы получения изопропилбензола

Изопропилбензол, или кумол, С₆Н₅СН (СН₃)₂ был впервые получен сухой перегонкой кальциевой соли или бариевой соли куминовой

(n- изопропилбензойной) кислоты. Впоследствии его обнаружили в продуктах сухой перегонки каменного угля. Строение кумола установили Р.Фиттинг и его ученики, а классический синтез по Вюрцу-Фиттингу взаимодействием йодистого изопропилбензола, бромбензола и натрия провёл О.Якобисен. в 1895 году был осуществлён синтез изопропилбензола из бензола и пропилена при помощи безводного хлористого алюминия в жидкой фазе.

Изопропилбензол в обычных условиях — бесцветная легкоподвижная жидкость с приятным запахом, при большом разведении, напоминающем запах древесины хвойных пород.

Несмотря на то, что химические методы получения изопропилбензола разработаны давно, промышленное производство его впервые было начато лишь во время второй мировой войны в СССР и США. В то время изопропилбензол целиком использовался в качестве высокооктановой добавки к авиационным бензинам.

В промышленности органического синтеза изопропилбензол стал применяться совсем недавно как исходный продукт для получения фенола и ацетона, а также в производстве а-метилстирола.

Известны три метода получения изопропилбензола, имеющие промышленное значение:

1.Алкилирование бензола пропиленом в присутствии безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю-Крафтсу).

2.Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислотного катализатора.

3.Алкилирование бензола пропиленом в жидкой фазе в присутствии серной кислоты как катализатора.

В России изопропилбензол производят главным образом алкилированиемпоФриделю-Крафтсу.

В основе всех перечисленных методов получения кумола лежит реакция алкилирования бензола пропиленом, которая протекает по схеме:

Источник

Процессы получения изопропилбензола

Краткий исторический очерк производства изопропилбензола и его применение. Методы получения и выбор рационального способа производства. Физико-химические свойства и принципы алкилирования бензола в химической технологии. Химическая схема производства.

Рубрика	Химия
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	28.12.2014
Размер файла	259,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Литературный обзор

1.1 Краткий исторический очерк производства изопропилбензола и его применение

1.2 Методы получения изопропилбензола, выбор рационального способа производства

2. Основная часть

2.1 Физико-химические свойства изопропилбензола

2.2 Принципы алкилирования бензола в химической технологии

2.3 Химическая схема производства изопропилбензола

Список использованных источников

Промышленность основного органического синтеза занимается производством важнейших органических веществ, которые являются исходными материалами (промежуточными продуктами) для получения более сложных органических соединений или находят самостоятельное применение в народном хозяйстве.

Продуктами основного органического синтеза являются относительно простые по строению органические вещества: углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные и др.

В начальный период развития промышленности органического синтеза для получения органических соединений применяли главным образом растительное и животное сырье (древесину, сахаристые вещества и т.д.), а также продукты переработки каменноугольной смолы (бензол, толуол и др.).

В настоящее время многочисленные продукты органического синтеза производят из углеводородных газов. Важнейшим сырьем в современной промышленности основного органического синтеза являются углеводороды, олефины, диолефины, ацетиленовые углеводороды, ароматические соединения и т.д. изопропилбензол химический алкилирование

Актуальность. Алкилароматические соединения широко используются в химии и химической технологии для получения полимерных материалов, поверхностно-активных веществ, высокооктановых добавок к топливу и в качестве полупродуктов. Наибольшее значение имеют этилбензол и изопропилбензол как исходные вещества при получении таких мономеров, как стирол и б-метилстирол. Изопропилбензол также является полупродуктом при производстве фенола и ацетона «кумольным» методом. Этим методом получают более 95% всего производимого в мире фенола.

Во время Великой Отечественной войны изопропилбензол широко применялся в качестве высокооктановой добавки к топливу. И в настоящее время он является одним из важных продуктов органического синтеза.

В России изопропилбензол получают алкилированием бензола пропиленом в присутствии хлористого алюминия. За рубежом основное количество изопропилбензола производят этим же способом на гетерогенном фосфорнокислом катализаторе. В настоящее время только для получения фенола и ацетона производится свыше 7 млн. тонн в год изопропилбензола.

Цель курсовой работы: рассмотреть процессы получения изопропилбензола и выбрать наиболее эффективный и рациональный метод.

1. Литературный обзор

1.1 Краткий исторический очерк производства изопропилбензола и его применение

Кумол впервые был найден в каменноугольной смоле в 1834 году Ф. Рунге, а затем обнаружен в конденсате светильного газа. Элементный состав кумола был установлен в 1842 году О. Лораном.

Первым промышленным методом получения кумола явилось выделение его из каменноугольной смолы. Однако вследствие низкого выхода продукта (0,05 кг на 1 тонну угля), он скоро потерял значение и на смену ему пришли синтетические методы производства.

В нашей стране синтетический кумол до 40-х годов производился исключительно из бензола щелочным плавлением бензолсульфокислоты, сначала в котлах периодического действия. В 1928-1941 годах осваивается и внедряется в производство непрерывный сульфонатный процесс на Рубежанском, Бобриковском, Дорогомиловском и Березняковском химических заводах, а в 1938-1942 годах на Сталиногорском заводе организуется производство кумола из бензола через хлорбензол [7].

Решающее значение для развития производства имело открытие кумольного метода совместного производства фенола и ацетона через гидропериксид изопропилбензола (кумола), теоретические основы и технология которого были разработаны в нашей стране в 1942-1949 годах П.Г. Сергеевым, Б.Д. Кружаловым, Р.Ю. Удрисом и М.С. Немцовым. В 1949 году по этому методу впервые в мире начинается промышленное производство фенола в городе Дзержинске, а в 1978 году вводится в строй завод в Уфе. Аналогичное производство было внедрено в Канаде и Франции в 1953 году, в США и ФРГ в 1954 году [1].

Изопропилбензол относится к числу многотоннажных продуктов основного органического синтеза. Около половины производимого изопропилбензола используется для получения фенолформальдегидных полимеров. Далее в убывающем порядке, изопропилбензол потребляется в производствах дифенилопропана, капролактама, алкилфенолов, адипиновой кислоты и различных пластификаторов. Изопропилбензол используется также для получения хлор- и нитрозамещенных фенолов и салициловой кислоты. На основе этих полупродуктов производятся разнообразные красители, пестициды, фармацевтические препараты (салол, аспирин и др.), присадки к моторным топливам, маслам и пластмассам (алкилфенолы), поверхностноактивные вещества. В водных растворах изопропилбензол используется в качестве антисептического средства [4].

1.2 Методы получения изопропилбензола, выбор рационального способа производства

Известны три основных способа получения изопропилбензола, имеющие промышленное значение:

1. Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю — Крафтсу).

2. Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора.

3.Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах.

Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия. Технология характеризуется одностадийностью и непрерывностью. Бензол и олефины или олефин — парафиновая фракция являются дешевым и доступным сырьем. Технология обладает высокой эффективностью и при конверсии олефина до 99% дифференциальная селективность по моноалкилбензолу достигает 91%. Конверсия бензола за один проход — 30-40%. Образующиеся в ходе процесса побочные продукты диалкилбензолы используются для получения целевого продукта за счет совмещения реакции алкилирования с реакцией переалкилирования. Для обеспечения полного использования бензола используется принцип рециркуляции. Характерной особенностью данной технологии является наличие нескольких рециркуляционных циклов, охватывающих реакторную и разделительные подсистемы. В данном случае они направлены на полное использование исходного сырья — рецикл по бензолу, на использование побочных продуктов для получения целевого моноалкилбензола (принцип полноты использования отходов) — рецикл по диалкилбензолу, на повышение эффективности процесса — рецикл по бензолу, ди- и полиалкилбензолам, обеспечивающий оптимальную структуру каталитического комплекса. Организация этих рециркуляционных потоков становится возможной за счет реализации принципа полноты выделения всех продуктов из реакционной смеси [11].

Технология обладает невысоким энергопотреблением за счет использования тепла реакции, хотя необходимо отметить, что эта энергия используется недостаточно из-за низкого ее потенциала. Существенным недостатком технологии жидкофазного алкилирования на катализаторах на основе хлорида алюминия является большое потребление воды, которая идет для приготовления щелочных растворов и промывки в скрубберах и превращается в кислотные, щелочные или солевые стоки В данной технологии необходима предварительная очистка сырья от примесей и его гетероазеотропная осушка до содержания воды 0,002-0,005 %. Наличие такого количества остаточной влаги в сырье позволяет протекать частичному гидролизу хлорида алюминия с целью образования небольшого количества хлористого водорода, необходимого для достижения требуемой активности катализатора и образования активированного комплекса. Этот процесс является жидкофазным и протекает с выделением значительного количества энергии.

С целью улучшения экологической чистоты рассматриваемого производства целесообразно организовать взаимную нейтрализацию кислых и щелочных вод. Для этого необходимо создать такие условия, чтобы соблюдалось определенное соотношение кислоты и щелочи. В этом случае рассмотренная технология будет более приемлемой. Следует отметить, что раствор хлорида алюминия (отработанный катализатор) может быть использован как коагулянт для очистки сточных вод в нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Смола, получаемая в процессе, в настоящее время используется как топливо. Однако это не лучший способ ее применения, она может быть использована более эффективно в строительстве. Основным недостатком этой технологии является отсутствие регенерации теплоты реакции, которая отводится водой в конденсаторе.

Технология жидкофазного алкилирования, разработанная фирмой «Monsanto» (США), позволяет ликвидировать недостатки рассмотренного выше процесса. Предложено использовать небольшое количество АlСlз (около 2 г на 1 кг алкилата) без его регенерации. Давление при жидкофазном алкилировании зависит от температуры процесса, так как реакционная смесь должна находиться в жидком состоянии. Несмотря на повышенные температуры (160-200єС при соответствующем давлении), вследствие небольшого количества катализатора степень смолообразования низкая, что очень важно для создания малоотходных производств. Однако в этом случае при условиях процесса алкилирования не протекает переалкилирование полиалкилбензолов, поэтому в технологии предусмотрен дополнительный реактор. Если полиалкилбензолы используются как целевые продукты, то необходимость в этой стадии отпадает.

Необходимо отметить, что технология алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлорида алюминия аналогична технологии получения этилбензола. В качестве алкилирующего агента, кроме пропилена, может использоваться пропан-пропиленовая фракция, которая предварительно тщательно очищается от влаги, диоксида углерода и других примесей.

Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора. В настоящее время известны следующие гетерогенные катализаторы алкилирования бензола пропиленом: фосфорнокислотный, катализаторы на основе оксидов и солей металлов, оксиды, модифицированные BP3, аморфные алюмосиликаты, цеолиты и катиониты. Применение твердых катализаторов намного упрощает технологическую схему, позволяет автоматизировать процесс, исключает проблему коррозии аппаратуры, облегчает отделение продуктов реакции, не требующих дополнительной очистки, которая в гомогенном катализе приводит к образованию стойких эмульсий и больших объемов сточных вод. Эти катализаторы можно регенерировать и использовать многократно [11].

Ионообменники в качестве катализаторов алкилирования в промышленности пока не используются. Однако этот вариант может быть как экономически, так и экологически наиболее выгодным, поскольку он может быть реализован как совмещенный реакционно-ректификационный процесс, повышающий селективность и снижающий затраты на разделение, так как в реакторе может быть достигнута конверсия бензола до 100 %.

Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах. В последние годы за рубежом получил распространение процесс фирмы «Моbil — Вadgеr» (США), в котором используется катализатор на основе цеолитов. Эта технология применена на нескольких действующих крупных установках получения этилбензола с единичной мощностью 335-465 тыс. т этилбензола в год. Процесс производится при температуре 370-5000С и давлении 1,4-2,8 МПа. По этой технологии образующиеся в процессе полиалкилбензолы возвращаются в узел алкилирования. Конверсия этилена составляет 100%, а выход этилбензола в расчете на этилен достигает ? 98 % [11].

Технология алкилирования бензола на цеолитном катализаторе имеет ряд преимуществ в сравнении с известной схемой с использованием AlCl₃. Главное достоинство касается экологических аспектов. Отсутствие в схеме кислотного фактора резко снижает образование кислых сточных вод. Другие достоинства — это меньшие расход катализатора (на два порядка), металлоемкость, площадь установки, количество персонала [8].

2.1 Физико-химические свойства изопропилбензола

Кумол (изопропилбензол), С₆Н₅СН(СН₃)₂, бесцветная жидкость, tкип=152,4 °С. Получают алкилированием бензола пропиленом. Применяется для синтеза фенола и ацетона, а также как высокооктановая добавка к авиационным бензинам и как растворитель [13].

Некоторые физико-химические свойства кумола приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Физико-химические свойства кумола [3]

Источник