Производство стирола
Контрольная работа - Химия
Другие контрольные работы по предмету Химия
Контрольная работа
на тему:
Производство стирола
1. Свойства целевого продукта
Стирол (винилбензол, фенилэтилен) - бесцветная жидкость с характерным сладковатым запахом, с температурой кипения 145,2С, с температурой плавления -30,6С I и с плотностью 0,906 т/м3. Плохо растворим в воде (0,05% масс.), и образуя с ней азеотропную смесь с температурой кипения 34,8С, г смешивается во всех отношениях с метанолом, этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, четыреххлористым углеродом. Хорошо растворяет различные органические вещества. Критическая температура стирола составляет 373С. Стирол легко окисляется кислородом воздуха с образованием бензальдегида и формальдегида и перекисей, инициирующих его полимеризацию. Пары стирола образуют с воздухом с узком интервале концентраций взрывчатые смеси с пределами воспламенения 1,1 и 6,1% об. Температура вспышки стирола равна 34С, температура воспламенения 490С.
Стирол легко полимеризуется с выделением тепла, особенно при нагревании, образуя метастирол - стекловидную твердую массу, которая представляет твердый раствор полистирола в стироле. Тепловой эффект полимеризации стирола составляет 74,5 кДж/моль. Во избежание самопроизвольной полимеризации стирол хранится и транспортируется в присутствии ингибиторов - гидрохинона, п-трет-бутил-пирокатехина, диоксим-п-хинона и др., которые перед использованием удаляются перегонкой продукта в вакууме или промывкой раствором гидроксида натрия.
Пары стирола в высоких концентрациях вызывают слезотечение и раздражение дыхательных путей. ПДК составляет 0,5 мг/ м3, для производственных помещений допускается 5,0 мг/м3.
2. Сырьё
Сырьем для промышленного производства стирола служит этилбензол. Он может быть получен:
алкилированием бензола этиленом,
извлечением из фракций сырого бензола, полученной разделением прямого коксового газа, или из ксилольной фракции риформинга нефтепродуктов. Таким образом, сырьевой базой для производства стирола являются, в конечном итоге, продукты коксования каменного угля и нефтепереработки.
Основным методом промышленного производства стирола является каталитическое дегидрирование этилбензола. Этим методом получают более 90% мирового производства стирола. Менее распространены методы производства из этилбензола через гидропероксид этилбензола с одновременным получением оксида пропилена (халкон-процесс):
или взаимодействием этилена со стильбеном, полученным окислением толуола:
и экстрактивной ректификацией из фракции пиролиза бензина в этилен, содержащей до 35% стирола.
На рис. 1. представлена взаимосвязь промышленных методов производства стирола из различного сырья.
Рис. 1. Промышленные методы производства стирола КУ - каменный уголь, ПКГ - прямой коксовый газ, ОКГ - обратный коксовый газ, СБ - сырой бензол, Ф1 - фракция пиролиза бензина, Ф2 - ксилольная фракция нефтепродуктов
Основная масса этилбензола, используемого для производства стирола, получается алкилированием бензола этиленом (реакция Фриделя-Крафтса).
Алкилирование бензола представляет гетерогенно-каталитическую экзотермическую реакцию, описываемую суммарным уравнением:
Реакция катализируется хлоридом алюминия и представляет собой электрофильное замещение в ароматическом ядре, протекающее через стадию образования промежуточного комплекса:
Так как хлорид алюминия в твердом виде нерастворим в углеводородах и слабо катализирует реакцию алкилирования, на практике применяется предварительно приготовленный жидкий катализаторный комплекс хлорида алюминия с диэтилбензолом (ДЭБ) и хлоридом водорода (комплекс Густавсона).
Комплекс Густавсона - это соль карбкатиона ДЭБ (ст-комплекс), окруженная сольватной оболочкой из нескольких (1-6) молекул ДЭБ, и получается пропусканием хлорида водорода при нагревании через суспензию хлорида алюминия в диэтилбензоле.
1)
Весьма эффективны также катализаторы на основе ионообменных сорбентов, например, кислотный катионит КУ-2 с активными сульфогруппами, получаемый сополимеризацией стирола с дивинилом с последующим сульфированием сополимера и омылением сульфопродукта щелочью или водой.
Алкилирование в присутствии хлорида алюминия по реакции (а) сопровождается необратимыми побочными реакциями последовательного введения этильных групп в ядро с образованием смеси продуктов различной степени алкилирования, важнейшей из которых является образование диэтилбензола:
2)
а также реакции деструкции, окисления и смолообразования. Одновременно с реакциями алкилирования протекают обратимые реакции переалкилирования полиэтилбензолов, например:
Для подавления реакции 1 и смещения вправо равновесия реакции 2 алкилирование проводят в избытке бензола, а часть
Рис. 2. Принципиальная схема производства этилбензола
ЭБ-этилбензол, ДЭБ-диэтилбензол образующегося ДЭБ возвращают в цикл. На рис. 2. представлена принципиальная схема производства этилбензола алкилированием бензола этиленом. Технологическая схема и параметры процесса алкилирования бензола рассматриваются ниже на примере производства изопропилбензола. Процесс алкилирован?/p>