Alkilacija je proces uvođenja alkil grupa u molekule organskih i nekih neorganskih supstanci. Ove reakcije su od velike praktične važnosti za sintezu aromatičnih jedinjenja alkiliranih u jezgro, izoparafina, mnogih merkaptana i sulfida, amina, supstanci sa eterskim vezama, elementarnih i organometalnih jedinjenja, proizvoda prerade α-oksida i acetilena. Procesi alkilacije su često međukoraci u proizvodnji monomera, deterdženata itd.

KARAKTERISTIKE PROCESA ALKILACIJE

Klasifikacija reakcija alkilacije. Najracionalnija klasifikacija procesa alkilacije zasniva se na vrsti novonastale veze.

alkilopkopanieonatom ugljenik(C-alkiliroing) sastoji se u zamjeni atoma vodika koji se nalazi na atomu ugljika sa alkil grupom. Parafini su sposobni za ovu supstituciju, ali alkilacija je najkarakterističnija za aromatične spojeve (Friedel-Craftsova reakcija):

Atomska alkilacijakiseonikisumpor(O- iS-alkilacija) je reakcija u kojoj se alkil grupa veže na atom kisika ili sumpora:

Alkylation byatom nitrogen (N-alkilacija) sastoji se u zamjeni atoma vodika u amonijaku ili u aminima alkil grupama. Ovo je najvažnija od metoda za sintezu amina:

Kao iu slučaju reakcija hidrolize i hidratacije, N-alkilacija se često klasifikuje kao amonoliza (ili aminoliza) organskih jedinjenja.

Alkilacija onatomi drugi elementi(Si-, Pb-, A1-alkilacija) je najvažniji način za dobijanje elementarnih i organometalnih jedinjenja, kada je alkil grupa direktno vezana za hetero-atom:

Druga klasifikacija reakcija alkilacije zasniva se na razlikama u strukturi alkil grupe koja se uvodi u organsko ili neorgansko jedinjenje.

Alkil grupa može biti zasićena alifatska (npr. etil i izopropil) ili ciklična. U potonjem slučaju, reakcija se ponekad naziva cikloalkilacija:

Sa uvođenjem fenilne ili aril grupe općenito, stvara se direktna veza s atomom ugljika aromatičnog jezgra - arilacija:

Uvođenje vinilne grupe (vinilacija) zauzima posebno mjesto i provodi se uglavnom uz pomoć acetilena:

Najvažnija od reakcija uvođenja supstituiranih alkil grupa je proces β-oksialkobilicaiopkopania(u konkretnom slučaju oksistilacija), koji pokriva širok spektar reakcija olefinskih oksida:

Alkilacijska sredstva i katalizatori.

Sva sredstva za alkilaciju prema vrsti veze koja se u njima prekida tokom alkilacije preporučljivo je podijeliti u sljedeće grupe:

nezasićeni spojevi (olefini i acetilen), koji prekidaju π-elektronsku vezu između atoma ugljika;

derivati ​​hlora sa dovoljno pokretnim atomom hlora koji se mogu zameniti pod uticajem različitih agenasa;

alkoholi, eteri i estri, posebno oksidi olefina, kod kojih se veza ugljik-kiseonik prekida tokom alkilacije.

Olefini(etilen, propilen, buteni i viši propilenski trimeri) su od najveće važnosti kao agensi za alkilaciju. Zbog njihove jeftinosti nastoje ih koristiti u svim slučajevima gdje je to moguće. Našli su svoju glavnu primjenu za C-alkilaciju parafina i aromatičnih spojeva. Oni nisu primenljivi za N-alkilaciju i nisu uvek efikasni u S- i O-alkilaciji i u sintezi organometalnih jedinjenja.

Alkilacija s olefinima u većini slučajeva se odvija prema ionskom mehanizmu kroz međuformiranje karbokatjona i katalizira je protonska i aprotonska kiselina:

Reaktivnost olefina u reakcijama ove vrste određena je njihovom tendencijom stvaranja karbokationa:

To znači da izduženje i grananje ugljičnog lanca u olefinu značajno povećava njegovu sposobnost alkiliranja.

Derivati ​​hlora su alkilirajuća sredstva najšireg spektra djelovanja. Pogodni su za C-, O-, S- i N-alkilaciju i za sintezu većine elementarnih i organometalnih spojeva. Upotreba derivata hlora je racionalna za one procese u kojima se ne mogu zameniti olefinima ili kada su derivati ​​hlora jeftiniji i pristupačniji od olefina.

Alkilirajuće djelovanje derivata hlora manifestuje se u tri različite vrste interakcija: u elektrofilnim reakcijama, u nukleofilnoj supstituciji i u procesima slobodnih radikala. Mehanizam elektrofilne supstitucije karakterističan je uglavnom za alkilaciju na atomu ugljika, ali, za razliku od olefina, reakcije se kataliziraju samo aprotonskim kiselinama (aluminij i željezni kloridi). U graničnom slučaju, proces se nastavlja sa međuformiranjem karbokationa

s tim u vezi, reaktivnost alkil hlorida zavisi od polarizacije veze C-C1 ili od stabilnosti karbokationa i raste sa elongacijom i grananjem alkil grupe: CH3-CH 2 C1< (СН 3) 2 СНС1 < (СН 3) 3 СС1

Alkoholi i etri sposoban za reakcije C-, O-, N- i S-alkilacije. Olefinski oksidi, koji su interni esteri glikola, takođe se mogu klasifikovati kao eteri, a od svih etera, samo se olefinski oksidi praktično koriste kao sredstva za alkilaciju. Alkoholi se koriste za O- i N-alkilaciju kada su jeftiniji i pristupačniji od derivata hlora. Da bi prekinuli njihovu vezu alkil-kiseonik, potrebni su katalizatori kiselog tipa:

ALKILACIJA NA ATOMU UGLJENIKA

Reakcije alkilacije aromatičnih jedinjenja u jezgro i alkilacije parafina, koje su u praksi veoma važne, spadaju u procese ovog tipa. Općenito, oni se mogu podijeliti na aromatične i zasićene procese alkilacije ugljika.

mehanizam reakcije. Kao alkilirajuća sredstva u industriji se uglavnom koriste derivati ​​hlora i ^oli^ini. Upotreba alkohola je manje efikasna, jer se prilikom alkilacije alkoholima razgrađuje aluminij hlorid, a protonske kiseline se razrjeđuju sa dobivenom vodom. U oba slučaja katalizator je deaktiviran, što uzrokuje njegovu veliku potrošnju.

Kada reagira s derivatima hlora ili olefinima, A1C1 3 se troši samo u katalitičkim količinama. U prvom slučaju aktivira atom klora, formirajući visoko polarizirani kompleks ili karbokation, koji se javlja s olefinima samo u prisustvu kokatalizatora - HC1:

U stvari, tokom katalize kompleksom aluminijum hlorida sa ugljovodonikom, proton potreban za to je već prisutan u obliku a-kompleksa. On se prenosi na molekulu olefina, a nastali karbokation napada aromatično jedinjenje, a cijela reakcija se odvija u sloju katalitičkog kompleksa, koji kontinuirano izmjenjuje svoje ligande sa slojem ugljikovodika. Karbokation dobiven na ovaj ili onaj način (ili jako polarizirani kompleks) tada napada aromatično jezgro, a reakcija se odvija kroz srednji n-kompleks i karbokation, nakon čega slijedi brza faza eliminacije protona:

Struktura alkil grupe u rezultirajućem proizvodu određena je pravilom srednjeg formiranja najstabilnijeg karbokationa (tert-> sekunda-> re-). Dakle, u slučaju nižih olefina, primarni alkilbenzen (etilbenzen) nastaje samo iz etilena, sekundarni (izopropilbenzen) iz propilena, a terc-butilbenzen iz izobutena:

Međutim, prilikom alkilacije višim olefinima i derivatima hlora, uočava se izomerizacija alkil grupa, koja se dešava pre alkilacije, jer alkilbenzeni više nisu sposobni za to. Ova izomerizacija se odvija u smjeru srednjeg formiranja najstabilnijeg karbokatationa, ali bez razbijanja ugljičnog skeleta alkil grupe, već samo uz pomicanje reakcionog centra. Kao rezultat, mješavina sek-alkilbenzena se dobiva iz derivata klora i olefina s ravnim lancem atoma ugljika.

i od jedinjenja sa razgranatim lancem - uglavnom tert- alkilbenzeni.

Utjecaj strukture aromatičnog spoja u reakcijama alkilacije općenito je isti kao u drugim procesima elektrofilne supstitucije u aromatično jezgro, ali ima svoje karakteristike. Reakciju alkilacije karakterizira relativno niska osjetljivost na supstituente koji doniraju elektrone u jezgru. Dakle, aktivirajući efekat alkil grupa i kondenzovanih jezgara tokom katalize reakcije A1C1 3 menja se na sledeći način (za benzen vrednost se uzima kao 1):

Supstituenti koji povlače elektrone snažno deaktiviraju aromatično jezgro. Klorobenzen se alkilira oko 10 puta sporije od benzena, a karbonil, karboksi, cijano i nitro grupe dovode do potpune deaktivacije aromatičnog jezgra, zbog čega odgovarajući derivati ​​uopće nisu sposobni za alkilaciju. Ova reakcija alkilacije značajno se razlikuje od drugih procesa supstitucije u aromatično jezgro, kao što su hloriranje i sulfoniranje.

Pravila orijentacije alkilacije općenito su slična drugim reakcijama elektrofilne aromatske supstitucije, ali struktura proizvoda može značajno varirati ovisno o katalizatorima i uvjetima reakcije. Dakle, supstituenti koji daju elektrone i atomi halogena usmjeravaju dalju supstituciju uglavnom na par- i ortho- položaj, međutim, pod strožim uslovima, a posebno prilikom katalize sa aluminijum hloridom, dolazi do izomerizacije homologa benzena sa intramolekularnom migracijom alkil grupa i formiranjem ravnotežnih smeša u kojima preovlađuju termodinamički stabilniji izomeri.

sekvencijalna alkilacija. Tokom alkilacije aromatičnih jedinjenja u prisustvu bilo kakvih katalizatora, dolazi do uzastopne supstitucije atoma vodonika sa formiranjem mešavine proizvoda različitog stepena alkilacije. Na primjer, metilacija i etilacija benzena ide do proizvodnje heksaalkilbenzena

Reverzibilna izomerizacija o kojoj je gore raspravljano s intramolekularnom migracijom alkil grupa također se odvija s istim katalizatorima, zbog čega meta-izomer prevladava među dialkilbenzenima, 1,3,5-izomer među trialkilbenzenima, itd.:

Sposobnost alkil grupa da migriraju u sljedećem nizu (CH 3) 3 C > (CH 3) 2 CH > CH 3 -CH 2 > CH 3, a sa aktivnim kompleksom aluminijum hlorida ove reakcije se odvijaju prilično brzo već kod sobnoj temperaturi, dok metilbenzeni zahtevaju duže zagrevanje.

Tako je u toku katalize sa protonskim kiselinama, a u blažim uslovima sa drugim katalizatorima, sastav produkata alkilacije određen kinetičkim faktorima, dok je kod AlCl 3 i u težim uslovima katalize sa aluminosilikatima i zeolitima ravnotežni sastav izomera i proizvoda. sekvencijalne alkilacije može se uspostaviti u granici. Ovo je od velike važnosti pri izboru optimalnog molarnog omjera reagenasa u alkilaciji, koji je određen ekonomskim troškovima stvaranja polialkilbenzena i povrata viška benzena.

Neželjene reakcije. Pored obrazovanja o kojem smo ranije govorili

polialkilbenzeni tokom alkilacije, formiranja smole, uništavanja alkil grupa i polimerizacije olefina su nepoželjni.

Formiranje smole se sastoji u dobijanju kondenzovanih aromatičnih jedinjenja sa visokom tačkom ključanja. Od takvih proizvoda prilikom alkilacije benzena su pronađeni diarilalkani, triarilindani, diarillolefini itd. Pri alkilaciji naftalena dobija se više smole, a u njoj se nalaze dinaftil i druge supstance sa kondenzovanim ciklusima. Formiranje smole postaje posebno značajno s povećanjem temperature.

Konačno, formiranje polimera nastaje kao rezultat uzastopne interakcije karbokationa s olefinom:

Polimeri imaju nisku molekularnu težinu i njihovo formiranje je potisnuto prisustvom viška aromatičnog ugljovodonika sa smanjenjem koncentracije olefina u tekućoj fazi.

Kinetika procesa. Sama reakcija alkilacije s aktivnim kompleksom aluminij hlorida odvija se vrlo brzo, uvelike se ubrzava mehaničkim miješanjem ili intenzivnim propuštanjem plinovitih olefina kroz reakcionu masu, te se odvija u području difuzije ili blizu njega. Njegova brzina raste sa povećanjem pritiska, ali malo zavisi od temperature, imajući nisku energiju aktivacije. Istovremeno je očuvana uobičajena ovisnost u reaktivnosti olefina - jača od razlike u njihovoj topljivosti. Očigledno je ograničavajući stupanj difuzije olefina kroz granični film katalitičkog kompleksa aluminij klorida, u kojem se odvijaju sve reakcije. Nasuprot tome, transalkilacija teče mnogo sporije i značajno se ubrzava s povećanjem temperature, budući da ima energiju aktivacije od ~63kJ/mol.

Obje reakcije se usporavaju postupnim deaktiviranjem katalizatora, ali brzina transalkilacije posebno snažno opada. Kao rezultat toga, značajna količina polialkilbenzena će se akumulirati u reakcijskoj smjesi, koji nemaju vremena za ulazak u reverzibilnu reakciju transalkilacije.

Da bi se to izbjeglo, potrebno je ograničiti opskrbu reagensima, te je shodno tome mogućnost intenziviranja procesa ograničena najsporijom reakcijom transalkilacije.

Osim nečistoća reagensa, na deaktivaciju katalizatora utiče nakupljanje određenih nusproizvoda alkilacije koji su sposobni snažno vezati AlCl 3 ili formirati stabilne σ-komplekse koji s poteškoćama doniraju svoj proton molekuli olefina. Takve tvari na niskim temperaturama, kada transalkilacija teče sporo, su polialkilbenzeni, a na visokim temperaturama policiklični aromatični spojevi i smole. Kao rezultat toga, ispada da se optimalne performanse i potrošnja katalizatora u proizvodnji etil- i izopropilbenzena postižu na određenoj prosječnoj temperaturi (“100°C”), kada se transalkilacija odvija prilično brzo, ali još uvijek ima nekoliko policikličkih supstanci koje deaktiviraju katalizator.

U sintezi spojeva sa dužom alkil grupom, izbor temperature je ograničen sporednom reakcijom razgradnje, a u proizvodnji alkilnaftalena procesima kondenzacije i smoljenja. U tim slučajevima njegov optimalan je 30-50 °C, a u slučaju alkilacije naftalena selektivnost se može dodatno povećati upotrebom rastvarača. To je zbog činjenice da u reakcionom sistemu

Formiranje smole je drugog reda u smislu naftalena ili jal-kilnaftalena, a glavna reakcija je prva. Kao rezultat, selektivnost za alkilnaftalen raste sa smanjenjem koncentracije naftalena.

Tehnološka osnova procesa

Budući da se reakcija transalkilacije odvija u alkilatoru istovremeno sa alkilacijom, za zajedničko izvođenje ovih procesa u alkilator se zajedno sa benzenom i etilenom uvodi i frakcija DEB (PAB) izolovanih iz reakcione mase tokom rektifikacije.

Pošto se ovaj proces odvija u području difuzije, potrebno je koristiti bubbler za povećanje interfejsa;

Reakcija teče oslobađanjem topline, stoga je potrebno ukloniti toplinu, što se postiže isparavanjem benzena;

Za dublju konverziju etilena potrebno je koristiti povećani pritisak;

Reakcija alkilacije je sekvencijalna reakcija, stoga je za povećanje selektivnosti potrebno održavati odnos benzen: etilen = 3:1 mol;

Aluminij hlorid je slab katalizator, tako da je potrebno unaprijed pripremiti katalitički kompleks.

Dobivanje etilbenzena vrši se metodom alkilacije benzena etilenom. Proces alkilacije benzena etilenom je katalitički, odvija se na temperaturi u rasponu od 125-138 0 C i pritisku od 0,13-0,25 MPa (1,3-2,5 kgf / cm 2), sa termičkim efektom od 108 kJ / mol.

Doziranje sirovina igra važnu ulogu u proizvodnji etilbenzena. Benzen se isporučuje u količini koja odgovara utvrđenom molarnom odnosu benzena i etilena od 2,8-3,6:1. Ako se naruši odnos benzena i etilena, koncentracija etilbenzena u reakcionoj masi se smanjuje.

Za sušenje sirovine postavljaju se visoki zahtjevi, jer vlaga dovodi do deaktivacije katalizatora, a samim tim i do njegove potrošnje. Sadržaj vlage u benzenu koji ulazi u alkilaciju, preporučuje se održavati na nivou od 0,002% (tež.). Da bi se to postiglo, izvorni i povratni benzen se podvrgavaju sušenju azeotropnom destilacijom.

Reakciona masa (alkilat) nastala tokom procesa alkilacije sadrži u prosjeku:

- 45-60% mase neizreagovanog benzena;

- 26-40% mase etilbenzena;

- 4-12% mase PABs (DEB frakcija).

Korozija u proizvodnji etilbenzena nastaje zbog prirode katalizatora aluminijum hlorida koji se koristi za alkilaciju i pokretača procesa - etil hlorida.

Proizvodi alkilacije, zbog prisustva hlorovodonika u njima, imaju izražena korozivna svojstva, koja se povećavaju na temperaturama iznad 70 0 C

2.4 Opis tehnološke šeme proizvodnje

Proces alkilacije benzena etilenom izvodi se u alkilatoru poz. R-1 na temperaturi od 125 - 138 0 C i pritisku od 0,13 - 0,25 MPa (1,3 - 2,5 kgf / cm 2). Sa povećanjem pritiska u alkilatoru poz. P-1 je veći od 0,3 MPa (3 kgf / cm 2), dovod benzena i etilena u alkilator je zaustavljen.

U alkilatoru poz. P-1 stiže:

Osušeni benzen;

Katalizatorski kompleks;

Frakcija DEB-ova (PAB);

etilen;

Reciklirani katalizatorski kompleks iz rezervoara poz. O-1;

Vratite benzen nakon kondenzatora poz. T-1 ili poz. T-2;

Reakcija alkilacije teče oslobađanjem toplote 108 kJ/mol, višak toplote se uklanja cirkulišućim katalizatorskim kompleksom i isparavanjem benzena, koji je iz gornjeg dela alkilatora poz. P-1, pomešan sa otpadnim gasovima, šalje se u kondenzator poz. T-1 (poz.T-2) hlađen recikliranom vodom. Kondenzat benzena iz kondenzatora poz. T-1 (poz. T-2) teče gravitacijom u alkilator poz. R-1.

Iz alkilatora poz. P-1 reakciona masa ulazi kroz frižider poz. T-3, gdje se hladi recikliranom vodom na temperaturu od 40 - 60 0 C, u sump poz. O-1 za taloženje cirkulacionog kompleksa katalizatora.

Taloženi cirkulirajući katalizatorski kompleks sa dna rezervoara poz. O-1 se ispumpava u alkilator poz. R-1. Omjer recirkulacijskog katalizatora kompleksa prema reakcionoj masi u rasponu od (0,7 - 1,3) : 1 po težini.

Za održavanje aktivnosti kompleksa recikliranog katalizatora predviđeno je sljedeće:

Nabavka etil hlorida u alkilator poz. P-1 i u liniju recirkulacijskog katakompleksa.

U slučaju smanjenja aktivnosti kompleksa recikliranog katalizatora, u nastavku je predviđeno njegovo uklanjanje iz rezervoara poz. O-1 za razlaganje.

Iz rezervoara poz. O-1, reakciona masa samoteksom ulazi u zbirku poz. E-1.

Alkilat iz posude poz. E-1 jedinica za alkilaciju ulazi u mikser poz. C-1 za mešanje sa kiselom vodom koja cirkuliše u sistemu razgradnje katakompleksa u aparatima: poz. O-2 poz. H-2 poz. S-1 pos. O-2. Omjer cirkulirajuće kisele vode dovedene u mikser poz. C-1, a alkilat je 2:1. U sistemu razgradnje kroz mikser poz. C-1 se također isporučuje sa iskorištenim katakompleksom (u jednakim omjerima sa svježim) nakon jame poz. O-1.

Taloženje alkilata iz vode se dešava u sumpu poz. O-2. Višak vode iz taložnika, pozicija O-2, prema stepenu razdvajanja faza, gravitacijom se odvodi u kolektor jedinice za uklanjanje ugljovodonika. Donji sloj vode iz jame poz. O-2 se reciklira u mikser poz. C-1.

Alkilat iz rezervoara poz. O-2 ulazi u kolonu za pranje poz. Kn-1 za sekundarno pranje vodom iz kolone za pranje poz. Kn-2.

Iz kolone za pranje poz. Kn-1 alkilat ulazi u rezervoar poz. E-3, ispumpava se radi neutralizacije u mikser poz. C-2. Donji vodeni sloj iz kolone za pranje poz. Kn-3 se spaja u kontejner poz. E-2 se ubacuje u mikser poz. C-1.

Neutralizacija alkilata se vrši pomoću hemijskog reaktanta koji sadrži NaOH koji cirkuliše u sistemu za neutralizaciju prema šemi:

pos. O-3 poz. H-5 poz. S-2 pos. O-3.

U rezervoaru poz. O-3 mulj nastaje alkilat iz rastvora reaktanata. Odnos cirkulišućeg rastvora alkalija i alkilata je 1,2:1.

Za održavanje konstantne koncentracije otopine reaktanta u rezervoaru poz. O-3 periodično, prema rezultatima analize, 15-20% (težinski) rastvor reaktanta se dovodi u liniju cirkulišućeg 2-10% (tež.) rastvora reaktanta.

Neutralizirani alkilat iz jame poz. O-3 ulazi u kolonu za pranje poz. Kn-2 za čišćenje od lužine. Ispiranje alkilata od alkalija vrši se kondenzatom pare.

Donji sloj - hemijski kontaminirana voda - iz kolone poz. Kn-2 ulazi u kolekciju poza. E-4, odakle se ispumpava radi ispiranja alkilata u kolonu poz. Kn-1.

Alkilat iz kolone za pranje poz. Kn-2 teče gravitacijom u jamu poz. O-4.

Donji sloj - hemijski kontaminirana voda - iz jame poz. O-4 se drenira u podzemni rezervoar, a alkilat ulazi u rezervoar poz. E-5, odakle se pumpa do skladišta.

Tabela br. 4.9 Otpad od proizvodnje etilbenzena

Benzen je organsko hemijsko jedinjenje. Pripada klasi najjednostavnijih aromatičnih ugljikovodika. Proizveden je od katrana uglja, prilikom njegove obrade dobija se bezbojna tečnost, koja ima osebujan slatkast miris.

Hemijska formula - (C6H6,PhH)

Benzen je veoma rastvorljiv u alkoholu i hloroformu. Savršeno otapa masti, smole, voskove, sumpor, bitumen, gumu, linoleum. Kada se zapali, jako se dimi, plamen je jak.

Toksično i kancerogeno. Ima narkotično, hepatotoksično i hemotoksično djelovanje.

Aplikacija kod kuće i na poslu

Benzen se koristi u hemijskoj, gumarskoj, štamparskoj i farmaceutskoj industriji.

Koristi se za proizvodnju sintetičkih guma, vlakana, gume, plastike. Od njega se prave boje, lakovi, mastike, rastvarači. Uključen u sastav motornog benzina, važna je sirovina za proizvodnju raznih lijekova.

Ostali proizvodi se sintetiziraju iz benzena: etilbenzen, dietilbenzen, izopropilbenzen, nitrobenzol i anilin.

Nedavno je motornom gorivu dodan benzen, ali je zbog pooštravanja ekoloških zahtjeva ovaj aditiv zabranjen. Novi standardi dozvoljavaju da njegov sadržaj u motornom gorivu bude i do jedan posto, zbog visoke toksičnosti.

Toksikolozi pronalaze benzen u hrani kao što su jaja, mesne konzerve, riba, orašasti plodovi, povrće i voće. Do 250 mcg benzena dnevno može ući u ljudski organizam s hranom.

Kako dolazi do trovanja

Trovanje benzenom se javlja kroz respiratorni sistem, rjeđe gutanjem i kontaktom sa netaknutom kožom. Toksičnost benzena je vrlo visoka, uz produženu interakciju može se razviti kronična intoksikacija.

Akutna trovanja su rijetka, mogu biti povezana s nesrećama i nezgodama na radu koji su nastali zbog kršenja sigurnosnih propisa. Dakle, prilikom čišćenja rezervoara ispod benzena, radnici mogu razviti smrt od munje.

Jednom u tijelu, benzen može izazvati iritaciju nervnog sistema, duboke promjene u koštanoj srži i krvi. Kratkotrajni ulazak pare benzena u organizam ne uzrokuje promjene u nervnom sistemu.

Ako dođe do akutnog trovanja, benzen i njegovi homolozi nalaze se u mozgu, jetri, nadbubrežnim žlijezdama i krvi. Kod kroničnog trovanja ulazi u koštanu srž i masno tkivo. Izlučuje se kroz pluća u nepromijenjenom obliku.

Simptomi akutnog trovanja benzenom:

• glavobolja;
• sindrom narkotičkog djelovanja;
• vrtoglavica;
• buka u ušima,
• konvulzije;
• pad krvnog pritiska;
• mali puls;
• razdražljivost;
• brza zamornost;
• opšta slabost;
• loš san;
• depresija;
• mučnina i povraćanje.

Kod blagih ili izbrisanih oblika intoksikacije promjene u krvnoj slici su jedva primjetne.
Ako je trovanje benzenom umjerene težine, pored navedenih simptoma javlja se i krvarenje iz nosa i desni. Kod žena je menstruacija skraćena, javljaju se obilne mrlje. Obično su takve pojave praćene anemijom. Jetra je blago uvećana, osjeća se bol.

Kod teške intoksikacije, pritužbe na slab apetit, podrigivanje, bol u desnom hipohondriju nisu rijetke. Sluzokože i koža postaju vrlo blijedi, ponekad dolazi do spontanih krvarenja. Jetra je jako uvećana, postaje bolna. Smanjena kiselost i probava.

Sa strane kardiovaskularnog sistema može početi ishemija miokarda, tahikardija i vaskularna hipotenzija.

Nervni sistem kod teške intoksikacije reagira drugačije. Ponekad se primjećuju manifestacije hiperaktivnosti, u drugim slučajevima se javlja letargija, smanjuju se refleksi donjih ekstremiteta

Bez pravovremenog liječenja postepeno se razvija aleukemijska mijeloza, rjeđe limfna leukemija.

U proučavanju punktata koštane srži otkriva se prisustvo atrofičnih procesa u koštanoj srži. U nekim slučajevima se uočava njegova potpuna devastacija.

Kod kroničnih trovanja, koja se najčešće razvijaju u industrijskim uvjetima, dolazi do promjena u sastavu krvi.

Ako ruke često dolaze u dodir s benzenom, koža postaje suha, na njoj se pojavljuju pukotine, mjehurići, svrab, otok.

Prva pomoć i liječenje

Glavni princip terapije i prevencije trovanja benzenom je trenutni prekid kontakta s njim kod prvih simptoma trovanja. Kod kronične intoksikacije benzenom može doći do potpunog oporavka ako se kontakt s benzenom na vrijeme prekine. Ako se to ne učini, doći će do teške intoksikacije i, unatoč različitim metodama terapije, liječenje će biti neučinkovito.

Prilikom udisanja pare benzena, liječnici primjećuju sljedeću kliničku sliku:

postoji ekscitacija slična alkoholu, nakon toga pacijent gubi svijest, pada u komu. Lice blijedi, počinju konvulzije, karakteristični trzaji mišića. Sluzokože su crvene, zjenice proširene. Ritam disanja je poremećen, arterijski pritisak je smanjen, puls je ubrzan. Može doći do krvarenja iz nosa i desni.

U ovom slučaju koriste se preparati natrijevog hiposulfita, sumpora i glukoze, koji pomažu u ubrzavanju procesa neutralizacije benzena i njegovih oksidacijskih proizvoda.

U slučaju akutne intoksikacije potrebno je osigurati protok svježeg zraka. Žrtvi se daje veštačko disanje. Prilikom povraćanja glukoza se ubrizgava intravenozno, ako je poremećena cirkulacija krvi, daju se injekcije kofeina.

Provode se puštanje krvi, intravenske infuzije glukoze, srčani lijekovi. Ako je pacijent previše uznemiren, koriste se preparati bromida.

U teškim slučajevima, sa izraženom anemijom, koriste se lijekovi koji stimuliraju eritropoezu, vitamin B12, folna kiselina, preparati željeza zajedno sa askorbinskom ili hlorovodoničnom kiselinom. Uradite frakcijske transfuzije krvi.

Vitamin P je veoma efikasan u kombinaciji sa askorbinskom kiselinom. Da bi se spriječio razvoj nekrotičnih pojava, intravenozno se daju penicilin i glukoza.

U slučaju toksičnog hepatitisa koji nastaje kao posljedica kroničnog trovanja benzenom, daju se lipokain, metionin i holin.

Ako se benzen uzima oralno, klinička slika je sljedeća: u ustima i iza grudne kosti pacijent osjeća nepodnošljivo peckanje, jak bol u abdomenu, praćen povraćanjem, ekscitacijom, praćenom depresijom. Može doći do gubitka svijesti, počinju konvulzije, trzaji mišića. Disanje u početku postaje ubrzano, ali ubrzo se usporava. Iz pacijentovih usta se osjeća miris gorkog badema. Temperatura naglo pada. Jetra je povećana, otkrivena je toksična hepatopatija.

Pri vrlo visokim koncentracijama benzena, unesenog, lice postaje plavo, sluzokože dobijaju trešnja crvenu boju. Osoba gotovo trenutno gubi svijest, smrt nastupa za nekoliko minuta. Ako nakon teškog trovanja ne nastupi smrt, zdravlje je ozbiljno narušeno, a često se smrt ipak dogodi nakon duže bolesti.

Ako otrov uđe unutra, želudac se ispere kroz sondu, unutra se ubrizgava vazelinsko ulje, natrijum sulfat, a u venu se ubrizgava rastvor natrijevog tiosulfata, rastvor kordiamina i glukoze i askorbinska kiselina. Otopina kofeina se ubrizgava subkutano.

Intramuskularno se ubrizgava otopina tiamina, piridoksin hidrohlorida i cijanokobalamina. Antibiotici se propisuju kako bi se spriječila infekcija. Ako dođe do krvarenja, vikasol se ubrizgava u mišić.

Ako je trovanje blago, potreban je odmor i toplina.

Prevencija

U proizvodnji u kojoj se koristi benzol, obavezni su periodični medicinski pregledi svih radnika koji dolaze u kontakt sa benzolom. U pregledu učestvuju terapeut, neuropatolog i ginekolog - prema indikacijama.

Nije dozvoljeno primati na radove u kojima je moguć kontakt sa benzolom:

• osobe sa organskim oboljenjima centralnog nervnog sistema;
• kod svih bolesti krvnog sistema i sekundarne anemije;
• pacijenti sa epilepsijom;
• sa teškim neurotičnim stanjima;
• sa svim vrstama hemoragijske dijateze;
• sa bolestima bubrega i jetre.

Zabranjeno je dozvoliti trudnicama i dojiljama, maloljetnicima da rade sa benzenom.

DOBIVANJE ETILBENZENA

Etilbenzen za proizvodnju stirena dobija se alkilacijom benzena etilenom prema reakciji:

Uz glavnu reakciju odvija se i niz sporednih reakcija u kojima nastaju dublje alkilirani derivati ​​benzena: dietilbenzen C6H6 (C2H5) 2, trietilbenzen C6H6 (C2H5) 3, tetraetilbenzen C6H6 (C2H5) 4. Reakciju alkilacije katalizira kompleksno jedinjenje dobiveno na bazi aluminij hlorida, etil hlorida, benzena i alkilbenzena:

Reakcija alkilacije se odvija prema sljedećoj shemi.

Dodatak etilena katalitičkom kompleksu:

Reakcija izmjene između katalitičkog kompleksa i benzena sa stvaranjem etilbenzena:

Aluminijum hlorid može formirati ternarne komplekse ne samo sa jednim, već i sa dva, tri itd. etil radikala, koji, kada se razmene sa benzenom, daju polialkilbenzene. Stoga, pored etilbenzena, reakciona smjesa sadrži dietilbenzen i druge polialkilbenzene.

Kompleksi mogu ući u reakcije izmjene ne samo s benzenom, već i s produktima reakcije, na primjer, s dietilbenzenom, tada se proces transalkilacije odvija prema shemi:

Pošto se reakcija transalkilacije odvija istovremeno sa alkilacijom, u alkilator se zajedno sa benzenom ubacuje i frakcija polialkilbenzena, izdvojena iz reakcione mase tokom rektifikacije. Kao rezultat svih ovih reakcija, uspostavlja se dobro definiran ravnotežni sastav produkta reakcije, koji ovisi samo o odnosu alkil radikala i jezgri benzena u reakcijskoj smjesi.

Benzen se isporučuje u količini koja odgovara molarnom odnosu benzen:etilen = (2,8-3,3):1. Reakciona masa nastala tokom alkilacije sadrži u proseku: 45-55% neizreagovanog benzena, 26-35% etilbenzena, 4-10% polialkilbenzena.

Tehnološki proces za dobivanje etilbenzena sastoji se od dvije glavne faze: alkilacije benzola etilenom i rektifikacije reakcione mase.

Alkilacija benzena etilenom

Proces alkilacije benzena etilenom izvodi se u alkilatoru 1 (slika 37) u mediju etil hlorida na temperaturi od 125–135°C i pritisku od 0,26–0,4 MPa. U alkilator se unose: osušena mešavina benzena, katalitički kompleks, frakcija polialkilbenzena, etilen, recirkulacioni katalitički kompleks, povratni benzen.

Rice. 37.

1 - alkilator, 2.3 - kondenzatori, 4 - izmjenjivač topline, 5, 10, 17, 22 - taložnici; 8, 9, 13, 15, 18, 21, 24 - pumpe, 7, 12, 14, 20, 23 - kontejneri; 8, 16 - mikseri, 11, 19 - kolone za pranje.

I - benzen, II - etilen; III - etil hlorid, IV - katalizatorski kompleks; V - polialkilbenzeni; VI -- istrošeni katalitički kompleks; VII - uklanjanje i apsorpcija benzena, VIII - višak vode; IX - kiselo uklanjanje, X - alkalni otpadni rastvor; XI - kondenzat; XII - hemijski kontaminirana voda, XIII - reakciona masa, XIV - polialkilbenzeni; XV - neutralno duvanje.

Reakcija alkilacije se nastavlja oslobađanjem topline, čiji se višak uklanja isparavanjem benzena pomoću recirkulacijskog katalitičkog kompleksa. Benzen iz gornjeg dela alkilatora, pomešan sa otpadnim gasom, šalje se u kondenzator 2, hlađen vodom. Nekondenzirani gasovi iz kondenzatora 2 šalju se u kondenzator 3, koji se hladi rashlađenom vodom. Ispuhivanje nakon kondenzatora 3 se dovodi u dalje hvatanje para benzena. Kondenzat benzena iz kondenzatora 2 i 3 gravitacijom se odvodi niz alkilator 1. Iz alkilatora 1 se reakciona masa kroz izmjenjivač topline 4, gdje se hladi vodom na 40–60 °C, šalje u sump 5. biti odvojen od cirkulirajućeg katalitičkog kompleksa. Taloženi katalitički kompleks se uzima sa dna taložnika 5 pomoću pumpe 6 i vraća u alkilator 1. Da bi se održala aktivnost katalizatora, etil hlorid se dovodi do linije recirkulacijskog kompleksa. U slučaju smanjenja aktivnosti katalizatora, iscrpljeni katalitički kompleks se razgrađuje. Reakciona masa iz rezervoara 5 sakuplja se u kontejner 7, odakle usled pritiska u sistemu alkilacije ulazi u mešalicu 8 za mešanje sa kiselom vodom koja cirkuliše u sistemu za razlaganje: rezervoar 10 - pumpa 9 - mešalica 8. Omjer cirkulirajuće vode dovedene u mikser i reakcione mase je (l-2):1. Voda se dovodi u sistem za razlaganje iz kolektora 12 pomoću pumpe 13. Reakciona masa se taloži iz vode u sumpu 10; donji sloj vode se pumpom 9 šalje u mikser, a gornji sloj - reakciona masa - gravitacijom teče u kolonu za pranje i na sekundarno ispiranje vodom koju pumpa 21 napaja iz kolone za pranje 19. Iz ispiranja kolona 11, reakciona masa gravitacijom teče u kolektor 14, odakle se pumpa 15 ispumpava radi neutralizacije u mikser 16. etilbenzen reakcija katalizator proizvodnja prečišćavanje

Donji vodeni sloj iz kolone za pranje 11 se gravitacijom odvodi u posudu 12 i pumpa 13 u mikser 8. Neutralizacija reakcione mase u mešalici 16 vrši se sa 2--10% rastvorom natrijum hidroksida. Odnos reakcione mase i cirkulišućeg rastvora natrijum hidroksida je 1:1. Odvajanje reakcione mase od alkalnog rastvora se dešava u taložniku 17, odakle reakciona masa gravitacijom teče u kolonu 19 za ispiranje od alkalija sa kondenzatom vode. Donji sloj - hemijski kontaminirana voda - se odvodi iz kolone u rezervoar 20 i pumpa pumpom 21 radi ispiranja reakcione mase u kolonu 11. Reakciona masa iz gornjeg dela kolone gravitacijom teče u sump 22, zatim sakuplja se u međurezervoar 23 i pumpa se u skladište.

Izolacija i prečišćavanje etilbenzena

Reakciona masa dobijena alkilacijom benzena etilenom se zagreva u izmenjivaču toplote 1 (slika 38) zbog toplote polialkilbenzena, u izmenjivaču toplote 2 zbog toplote kondenzata pare, u izmenjivaču toplote 3 usled razmene toplote sa rektificiranog etilbenzola i u izmjenjivaču topline 4 zbog topline kondenzata pare i doveden u kolonu 5 za odvajanje neizreagiranog benzola. Pare benzena sa vrha kolone kondenzuju se u vazdušnom kondenzatoru 7 i kondenzatoru 8 koji se hladi rashlađenom vodom. Nekondenzirani gasovi nakon kondenzatora 8 šalju se da zahvate benzen. Kondenzat - povratni benzol - sakuplja se u kontejner 9, odakle se dio uvodi u kolonu u obliku refluksa, a ostatak se ispumpava kroz hladnjak 11 u skladište.

Donja tečnost kolone 5 se pumpom 12 dovodi u kolonu 13 da bi se dobio rektifikovani etilbenzol. Kolona se zagreva parom preko spoljašnjeg bojlera 14. Pare rektifikovanog etilbenzola iz gornjeg dela kolone 13 ulaze u kondenzator-isparivač 15, gde se kondenzuju usled isparavanja kondenzata pare. Nekondenzovane pare etilbenzena se dovode u kondenzator 16. Nastali kondenzati se sakupljaju u rezervoar 17, odakle se deo pumpom 18 vraća u kolonu u obliku flegma, a ostatak se preko izmenjivača toplote 3 šalje u skladište. .

Donja tečnost kolone 13, koja sadrži polialkilbenzene i smole, dovodi se pumpom 19 u kolonu 20 da bi se odvojili polialkilbenzeni od smole. Par polialkilbenzena sa vrha kolone 20 se dovodi u kondenzaciju. Kondenzat teče u kontejner 24, odakle se dio dovodi u kolonu u obliku refluksa, a ostatak se ispumpava u skladište kroz izmjenjivač topline 1. Polialkilbenzenska smola sa dna kolone 20 se pumpom 25 dovodi u skladište ili u postrojenje za proizvodnju kopolimera.

Način rada kolona jedinice za separaciju etilbenzena

Bezbojna isparljiva tečnost specifičnog mirisa, lakša od vode, pare teže od vazduha; slabo rastvorljiv u vodi, dobar u alkoholu i drugim organskim jedinjenjima. Tehnički razredi benzola sadrže ksilen i druge frakcije visokog ključanja kao nečistoće. Benzen je opasan otrov. U proizvodnji je moguće trovanje u vanrednim situacijama, uz kršenje pravila, kao i pri radu u zatvorenom prostoru (proizvodnja gume, lakova itd.).

Trovanje. U visokim koncentracijama, benzen izaziva kratkotrajno uzbuđenje; zatim dolazi opšta slabost, pojačano disanje i puls, snižavanje krvnog pritiska. U niskim koncentracijama uz produženo izlaganje, benzen izaziva promjene u nervnom sistemu, krvi i udare. Najtipičnije promjene u krvi su smanjenje broja leukocita, neutropenija, smanjenje broja i smanjenje sadržaja. U budućnosti se može razviti aplastika. Ponekad postoji povećana osjetljivost na benzen kod žena, posebno. Česti kontakt sa benzenom na koži izaziva suvoću, crvenilo, pucanje. Benzen se izlučuje iz organizma sa izdahnutim vazduhom i urinom u nepromenjenom obliku iu obliku produkata oksidacije.

Prva pomoć i liječenje. U slučaju akutnog trovanja benzenom, žrtva se odvodi na svježu. Kada disanje prestane - dok se spontano disanje ne obnovi, kiseonik ili karbogen, lobelija. kontraindikovana. Kod povraćanja - 40% otopina intravenozno, kod poremećaja cirkulacije - kofein. Ako se benzen unese u organizam, uvodi se biljno ulje kako bi se smanjila apsorpcija benzena i ispira želudac (potrebna je nega - opasno je). Kod blagog trovanja - odmor. Kada je uzbuđen - droga. Kod anemije - transfuzija crvenih krvnih zrnaca, kod leukopenije -,.

Primjenjuje se radi sprječavanja infekcije.

Prevencija. Ako tehnologija proizvodnje dopušta, optimalna je zamjena benzena manje toksičnim, brtvljenje opreme. Prevencija trudnica i dojilja, adolescenata mlađih od 18 godina od rada sa benzenom. Periodični zdravstveni pregledi zaposlenih vrše se svakih šest meseci uz obaveznu opštu analizu krvi. Individualna prevencija - upotreba (filter ili crijevo sa dovodom zraka).

Ministarstvo opšteg obrazovanja Ruske Federacije

KAZAN DRŽAVNI TEHNOLOŠKI

UNIVERZITET

NIZHNEKAMSK HEMIJSKI I TEHNOLOŠKI

INSTITUT

Katedra za hemikalije tehnologije

Grupa

kursni projekat

Tema: Dobivanje etilbenzena metodom alkilacije benzena etilenom

student:

Supervizor (_________)

Student ka (_________)

Nizhnekamsk

UVOD

Tema ovog kursa je proizvodnja etilbenzola metodom alkilacije benzena etilenom.

Najčešći proces petrohemijske sinteze je katalitička alkilacija benzena sa olefinima, što je uslovljeno velikom potražnjom za alkilaromatskim ugljovodonicima - sirovinama u proizvodnji sintetičkih guma, plastike, sintetičkih vlakana itd.

Alkilacija je proces uvođenja alkil grupa u mo- molekule organskih i nekih neorganskih supstanci. Ove reakcije su od velike praktične važnosti za sintezu alkilaromatskih jedinjenja, izoalkana, amina, merkaptana i sulfida itd.

Reakciju alkilacije benzena sa alkil hloridima u prisustvu anhidrovanog aluminijum hlorida prvi su izveli 1877. S. Friedel i J. Crafts. Godine 1878, Friedelov učenik Balson je dobio etilbenzen alkilacijom benzena etilenom u prisustvu ALCL3.

Od otkrića reakcije alkilacije, razvijeno je mnogo različitih metoda za zamjenu atoma vodika benzena i drugih aromatičnih ugljikovodika alkil radikalima. Za to su korišteni različiti alkilirajući agensi i katalizatori 48,49.

Brzina alkilacije aromatičnih ugljikovodika je nekoliko stotina puta veća od one parafina, stoga je alkilna grupa gotovo uvijek usmjerena ne na bočni lanac, već na jezgro.

Za alkilaciju aromatičnih ugljovodonika olefinima koriste se brojni katalizatori koji imaju karakter jakih kiselina, a posebno sumporna kiselina (85-95%), fosforna i pirofosforna kiselina, bezvodni fluorovodon, sintetički i prirodni

aluminosilikati, jonski izmjenjivači, heteropolikiseline. Kiseline u tečnom obliku pokazuju katalitičku aktivnost u reakcijama alkilacije na niskim temperaturama (5-100°C); kiseline na čvrstim nosačima, na primjer fosforna kiselina na dijatomejskoj zemlji, djeluju na 200-300°C; aluminosilikati su aktivni na 300-400 i 500°C i pritisku od 20-40 kgf/cm² (1,96-3,92 MN/m²).

Relevantnost ove teme je da se u budućnosti stiren dobija iz etilbenzena dehidrogenacijom etilbenzena.

1. TEORIJSKI DIO

2.1 Teorijske osnove usvojenog načina proizvodnje.

Alkilacija benzena etilenom. Industrijski procesi za alkilaciju benzena etilenom variraju ovisno o korištenom katalizatoru. Brojni katalizatori su testirani na pilot skali.

Godine 1943. Copers je izvršio alkilaciju benzena etilenom na aluminosilikatnom katalizatoru u tečnoj fazi na 310°C i 63 kgf/cm2 (6,17 MN/m2) pri molarnom omjeru etilen:benzen od 1:4.

Proces alkilacije benzena etilenom na aluminijum hloridu pri atmosferskom ili blago povišenom pritisku i temperaturi od 80-100°C postao je široko rasprostranjen.

Alkilacija na čvrstom katalizatoru fosforne kiseline se takmiči sa ovom metodom, ali se na ovom katalizatoru može dobiti samo izopropilbenzen. Na njemu se alkilacija benzena etilenom praktički ne provodi.

Velika grupa katalizatora alkilacije su aprotinske kiseline (Lewisove kiseline) - halogenidi nekih metala. Obično ispoljavaju katalitičku aktivnost u prisustvu promotora sa kojima formiraju proizvode koji imaju karakter jakih protonskih kiselina. Od katalizatora ovog tipa mogu se koristiti aluminijum hlorid, aluminijum bromid, gvožđe trihlorid, cink hlorid, titan trihlorid i tetrahlorid. Industrijska upotreba je samo aluminijum hlorid.

O mehanizmu reakcija alkilacije benzena i njegovih homologa sa olefinima, pridržavaju se sljedećih općih ideja.

Alkilacija u prisustvu aluminijum hlorida tumači se prema mehanizmu

kataliza mu kiselina. U ovom slučaju sistem mora imati

promotor, čiju ulogu igra hlorovodonik. Ovo poslednje može

nastaje u prisustvu vode:

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

Dalje vezivanje za aromatično jezgro odvija se prema mehanizmu sličnom onom koji je gore razmatran:

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

U prisustvu aluminijum hlorida lako se odvija dealkilacija, što ukazuje na reverzibilnost reakcije alkilacije. Reakcije dealkilacije se koriste za pretvaranje polialkilbenzena u monoalkil-

Termodinamika reakcije alkilacije. Na osnovu fizičko-hemijskih

konstante ugljikovodika i njihove termodinamičke funkcije - entalpije ΔN i

entropije ΔS, možete pronaći konstante ravnoteže i izračunati ravnotežu

prinosi alkil derivata tokom alkilacije benzena sa olefinima u zavisnosti od

mostovi na temperaturi i pritisku.

Ravnotežni prinos etilbenzena raste sa povećanjem molara

višak benzena i sa povećanjem pritiska na datoj temperaturi.

C6 H6 + C2 H4 ↔ C6 H5 C2 H5

Kada se benzen alkiluje etilenom na temperaturama ispod 250-300°C

postiže se skoro potpuna konverzija benzena u etilbenzen. Na 450

-500°C za povećanje dubine transformacije zahtijeva povećanje pritiska na 10-20 kgf/cm2 (0,98-1,96 MN/m2).

Reakcija alkilacije benzena sa etilenom je sekvencijalna reverzibilna reakcija prvog reda. Produbljivanjem procesa, uz monoalkilbenzen, nastaju i polialkilbenzeni.

C6 H6 + Cn H2n ↔ C6 H5 Cn H2n+1

C6 H5 Cn H2n+1 + Cn H2n ↔ C6 H4 (Cn H2n+1)2 koji su neželjeni nusproizvodi. Stoga je sastav reakcione smjese alkilata češće određen kinetičkim faktorima nego termodinamičkom ravnotežom.

Dakle, dealkilacija je termodinamički moguća sa velikom dubinom na 50-100°C. Zaista, u prisustvu aluminijum hlorida, dobro napreduje, jer je sa ovim katalizatorom proces alkilacije reverzibilan. Međutim, na istim temperaturama u prisustvu kiselina, dealkilacija uopće ne dolazi. M.A. Dalin je eksperimentalno proučavao sastav produkata alkilacije benzena etilenom u prisustvu aluminij hlorida.

Sastav reakcione smjese je određen omjerom benzena i etilena i ne ovisi o tome kako se alkilat dobiva: direktnom alkilacijom ili dealkilacijom polialkilbenzena. Međutim, ovaj zaključak vrijedi samo kada se kao katalizator koristi aluminij hlorid.

Proces alkilacije se izvodi u alkilatoru - reakcijskoj koloni obloženoj ili obloženom grafitnim pločicama radi zaštite od korozije. Tri dijela kolone imaju omote za hlađenje, ali se glavna količina topline uklanja isparavanjem dijela benzena. Alkilacija se vrši u prisustvu tečnog katalizatora kompleksa koji se sastoji od aluminijum hlorida (10-12%), benzena (50-60%) i polialkilbenzena (25-30%). Za stvaranje hlorovodonika, koji je pokretač reakcije, koristi se 2% vode iz

mase aluminijum hlorida, kao i dihloretan ili etil hlorid, čijim cepanjem nastaje hlorovodonik.

Da bi se etilbenzen izolovao od alkilata, benzen se oddestiluje na atmosferskom pritisku (tragovi vode se uklanjaju istovremeno sa benzenom). Široka frakcija, mješavina etilbenzena i polialkilbenzena, destiluje se iz donje tekućine pod sniženim tlakom (200 mm Hg, 0,026 MN/m²). U sledećoj koloni pri zaostalom pritisku od 50 mm Hg. (0,0065 MN/m²) polialkilbenzeni se odvajaju od smola. Široka frakcija se disperguje u vakuum koloni pri zaostalom pritisku od 420-450 mm Hg. (0,054-0,058 MN/m²). Robni etilbenzol se destiluje u opsegu od 135,5-136,2°C.

Za dobivanje etilbenzena koristi se etan - etilenska frakcija pirolize koja sadrži 60-70% etilena.

Benzen za alkilaciju ne treba da sadrži više od 0,003-0,006% vode, dok komercijalni benzen sadrži 0,06-0,08% vode. Dehidracija benzena se vrši azeotropnom destilacijom. Sadržaj sumpora u benzenu ne bi trebao biti veći od 0,1%. Povećan sadržaj sumpora uzrokuje povećanje potrošnje aluminij hlorida i degradira kvalitetu gotovog proizvoda.

1.2. Karakteristike sirovina i rezultirajućeg proizvoda.

2.3. Opis tehnološke šeme.

Dodatak A prikazuje dijagram toka procesa za proizvodnju etilbenzena. Proces alkilacije benzena etilenom izvodi se u alkilatoru poz. R-1 u mediju etil hlorida na temperaturi od 125-135C i pritisku od 0,26-0,4 MPa. U alkilator se unose: osušena mešavina benzena, katalitički kompleks, frakcija polialkilbenzena, etilen, recirkulacioni katalitički kompleks, povratni benzen.

Reakcija alkilacije se nastavlja oslobađanjem topline, čiji se višak uklanja recirkulacijskim katalitičkim kompleksom i isparavanjem benzena. Benzen iz gornjeg dela alkilatora, pomešan sa otpadnim gasom, šalje se u kondenzator poz. T-1, hlađen vodom. Nekondenzirani plinovi iz kondenzatora poz. T-1 se šalju u kondenzator poz. T-2, hlađen hladnom vodom t=0°C. Duvaljke posle kondenzatora poz. T-2 se šalju na dalju rekuperaciju para benzena. Benzenski kondenzat iz kondenzatora poz. T-1 i T-2 se gravitacijom spajaju u dno alkilatora poz. R-1. Iz alkilatora poz. R-1 reakcijska masa kroz izmjenjivač topline poz. T-3, gdje se hladi vodom do 40-60 ° C, šalje se u jamu poz. E-1 za odvajanje od cirkulirajućeg katalizatora. Taloženi katalitički kompleks sa dna jame poz. E-1 preuzima pumpa poz. H-1 i vraća se u alkilator poz. R-1. Da bi se održala aktivnost katalizatora, etil hlorid se dovodi u liniju za reciklažu. U slučaju smanjenja aktivnosti katalizatora, osigurava se izlaz istrošenog katalitičkog kompleksa za razgradnju. Reakciona masa iz rezervoara poz. E-1 se sakuplja u kontejner poz. E-2, odakle zbog pritiska u alkilacionom sistemu ulazi u mikser poz. E-3 za mešanje sa kiselom vodom koja cirkuliše u sistemu za razlaganje:

sump pos. E-4-pumpa, poz. H-2-mješalica, poz. E-3. Odnos cirkulacione vode koja se dovodi u mešalicu i reakcione mase je l/2:1. Da, sistem dekompozicije se napaja iz zbirke poz. E-5 pumpa poz. H-3. Reakciona masa se taloži iz vode u sump poz. E-4; pumpa donjeg sloja vode poz. H-2 se šalje u mikser; a gornji sloj - reakciona masa - teče gravitacijom u kolonu za pranje poz. K-1 za sekundarno ispiranje vodom koju napaja pumpa poz. H-4 iz kolone za pranje poz. K-2. Iz kolone za pranje poz. Reakciona masa K-1 gravitacijom ulazi u sakupljanje poz. E-6, odakle pumpa poz. H-5 se ispumpava radi neutralizacije u mikser poz. E-7.

Donji vodeni sloj iz kolone za pranje poz. K-1 se gravitacijom odvodi u kontejner poz. E-5 i pumpa poz. H-3 se dovodi u mikser poz. E-3. Neutralizacija reakcione mase u mešalici poz. E-7 se izvodi sa 2-10% rastvorom natrijum hidroksida. Odnos reakcione mase i cirkulišućeg rastvora natrijum hidroksida je 1: 1. Odvajanje reakcione mase od alkalnog rastvora se dešava u rezervoaru poz. E-8, odakle reakciona masa teče gravitacijom u kolonu poz. K-2 za čišćenje od lužine sa vodenim kondenzatom. Donji sloj - hemijski kontaminirana voda - odvodi se iz kolone u posudu poz. E-9 i pumpa poz. H-4 se ispumpava radi ispiranja reakcione mase u koloni poz. K-1. Reakciona masa sa vrha kolone gravitacijom teče u rezervoar poz. E-10, zatim sakupljen u međukontejner poz. E-11 i ispumpava se pumpom poz. H-7 do skladišta.

Tehnološka shema za alkilaciju benzena etilenom na aluminijum hloridu, koja je pogodna i za alkilaciju benzena sa propilenom.

Proces alkilacije se izvodi u alkilatoru - reakcijskoj koloni obloženoj emajliranim ili obloženim grafitnim pločicama radi zaštite od korozije. Tri dijela kolone imaju omote za hlađenje, ali se glavna količina topline uklanja isparavanjem dijela benzena. Alkilacija se izvodi u prisustvu tečnog katalizacionog kompleksa koji se sastoji od aluminijum hlorida (10-12%), benzena (50-60%) i

polialkilbenzeni (25 - 30%). Za nastanak hlorovodonika, koji je pokretač reakcije, u katalitički kompleks se dodaje 2% vode prema težini aluminijum hlorida, kao i dihloretan ili etil hlorid, prilikom čijeg cijepanja nastaje hlorovodonik.

1.5. Opis uređaja i princip rada glavnog aparata.

Alkilacija se izvodi u kolonskom reaktoru bez mehaničkog miješanja pri tlaku bliskom atmosferskom (Dodatak B). Reaktor se sastoji od četiri cara, emajlirana ili obložena keramičkim ili grafitnim pločicama. Za bolji kontakt, unutar reaktora se nalazi mlaznica. Visina reaktora je 12 m, prečnik 1,4 m. Svaka fioka je opremljena plaštom za odvođenje toplote tokom normalnog rada reaktora (koristi se i za grejanje pri pokretanju reaktora). Reaktor je do vrha napunjen mješavinom benzena i katalizatora. Osušeni benzol, katalitički kompleks i plinoviti etilen se kontinuirano dovode u donji dio reaktora. Tečni produkti reakcije alkilacije se kontinuirano povlače na visini od oko 8 m od osnove reaktora, a s vrha reaktora se ispušta parno-gasna mješavina koja se sastoji od neizreagiranih plinova i para benzena. Temperatura u donjem dijelu reaktora je 100°C, u gornjem dijelu je 90 - 95°C. Kompleks katalizatora se priprema u aparatu iz kojeg se suspenzija katalizatora kontinuirano dovodi u reaktor za alkilaciju.

Alkilator za proizvodnju etilbenzena u tečnoj fazi je čelična kolona obložena iznutra oblogom otpornom na kiseline poz. 4 ili prekriven emajlom otpornim na kiseline kako bi se zidovi zaštitili od korozivnog djelovanja klorovodične kiseline. Uređaj ima četiri tsargi poz. 1, spojeni prirubnicama poz. 2. Tri kralja su opremljena košuljama poz. 3 za hlađenje vodom (za odvođenje toplote tokom reakcije alkilacije). Reaktor je tokom rada napunjen reakcionom tečnošću čija je visina stuba 10 m . Iznad nivoa tečnosti, u kojoj cirkuliše voda, ponekad se postavljaju dva namotaja radi dodatnog hlađenja.

Rad alkilatora je kontinuiran: benzol, etilen i katalitički kompleks se stalno unose u njegov donji dio; mješavina reaktanata i katalizatora diže se do gornjeg dijela aparata i odatle teče u sump. Pare koje napuštaju vrh alkilatora (koji se uglavnom sastoji od benzena) kondenziraju se i vraćaju u alkilator ponovo kao tečnost.

U jednom prolazu, etilen reaguje gotovo u potpunosti, a benzen samo 50-55%; stoga je prinos etilbenzena po prolazu oko 50% teoretskog; ostatak etilena se gubi na stvaranje di- i polietilbenzena.

Pritisak u alkilatoru tokom rada je 0,5 at(višak), temperatura 95-100°C.

Alkiliranje benzena etilenom može se izvesti i u gasnoj fazi, preko čvrstog katalizatora, ali se ova metoda još uvijek malo koristi u industriji.

Prinos etilbenzena je 90 - 95% u odnosu na benzol i 93% u pogledu etilena. Potrošnja po 1 toni etilbenzena je: etilen 0,297 tona,

benzen 0,770 tona, aluminijum hlorid 12 - 15 kg.

2. ZAKLJUČCI O PROJEKTU.

Najjeftiniji etilbenzen se dobija odvajanjem od ksilenske frakcije proizvoda reforminga ili pirolize, gde se nalazi u količini od 10-15%. Ali glavna metoda za dobivanje etilbenzena ostaje metoda katalitičke alkilacije benzena.

Unatoč prisutnosti velike proizvodnje alkilbenzena, postoji niz neriješenih problema koji smanjuju efikasnost i tehničko-ekonomske performanse procesa alkilacije. Mogu se uočiti sljedeći nedostaci:

Nedostatak stabilnih, visoko aktivnih katalizatora za alkilaciju benzena sa olefinima; Katalizatori koji su našli široku upotrebu – aluminijum hlorid, sumporna kiselina, itd. izazivaju koroziju opreme i ne regenerišu se;

Pojava sekundarnih reakcija koje smanjuju selektivnost proizvodnje alkilbenzena, što zahtijeva dodatne troškove za pročišćavanje nastalih proizvoda;

Formiranje velike količine otpadnih voda i industrijskog otpada uz postojeće tehnološke sheme alkilacije;

Nedovoljan proizvodni kapacitet jedinice.

Dakle, zbog visoke vrijednosti etilbenzena, trenutno je potražnja za njim vrlo velika, dok je njegova cijena relativno niska. Sirovinska baza za proizvodnju etilbenzola je takođe široka: benzol i etilen se dobijaju u velikim količinama prilikom krekinga i pirolize naftnih frakcija.

3. STANDARDIZACIJA

U predmetnom projektu primijenjeni su sljedeći GOST-ovi:

GOST 2.105 - 95 Opšti zahtjevi za tekstualne dokumente.

GOST 7.32 - 81 Opšti zahtjevi i pravila za izradu seminarskih radova i teza.

GOST 2.109 - 73 Osnovni zahtjevi za crtanje.

GOST 2.104 - 68 Glavni natpisi na crtežima.

GOST 2.108 - 68 Specifikacije.

GOST 2.701 - 84 Šeme, vrste, vrste, opšti zahtjevi.

GOST 2.702 - 75 Pravila za implementaciju shema različitih vrsta.

GOST 2.721 - 74 Uslovne i grafičke oznake u dijagramima.

GOST 21.108 - 78 Uslovno i grafičko predstavljanje na crtežima.

GOST 7.1 - 84 Pravila za dizajn liste referenci.

4. SPISAK KORIŠĆENE LITERATURE.

1. Traven V.F. Organska hemija: u 2 toma: udžbenik za univerzitete / V.F. Traven. - M.: NCC Akademkniga, 2005. - 727 str.: ilustr. – Bibliografija: str. 704 - 708.

2. Epstein D.A. Opšta hemijska tehnologija: udžbenik za stručne škole / D.A. Epstein. - M.: Hemija, - 1979. - 312 str.: ilustr.

3. Litvin O.B. Osnove tehnologije sinteze gume. / O. Litvine. - M.: Hemija, 1972. - 528 str.: ilustr.

4. Ahmetov N.S. Opšta i neorganska hemija: udžbenik za univerzitete - 4. izd., ispravljeno. / N.S. Ahmetov. - M.: Viša škola, ur. centar Akademija, 2001. - 743 str.: ilustr.

5. Yukelson I.I. Tehnologija osnovne organske sinteze. / I.I. Yukelson. - M.: Hemija, -1968. - 820 str.: ilustr.

6. Paushkin Ya.M., Adelson S.V., Vishnyakova T.P. Tehnologija petrokemijske sinteze: dio 1: Ugljovodonična sirovina i proizvodi njene oksidacije. / Ya.M. Paushkin, S.V. Adelson, T.P. Vishnyakova. - M.: Hemija, -1973. - 448 str.: ilustr.

7. Lebedev N.N. Hemija i tehnologija osnovne organske i petrohemijske sinteze: udžbenik za univerzitete - 4. izd., revidirano. i dodatne / N.N. Lebedev. - M.: Hemija, -1988. - 592 str.: ilustr.

8. Ploča N.A., Slivinsky E.V. Osnovi hemije i tehnologije monomera: udžbenik. / N.A. Plate, E.V. Slivinsky. – M.: MAIK Nauka / Interperiodika, -2002. - 696 str.: ilustr.

Uvod……………………………………………………………………………………………………3

2.Tehnološki dio………………………………………………………………….

2.1. Teorijske osnove prihvaćenog načina proizvodnje………….5

2.2. Karakteristike sirovina i rezultirajućeg proizvoda…………………..9

2.3. Opis tehnološke šeme………………………………………………12

2.4. Obračun materijala proizvodnje……………………………….15

2.5. Opis uređaja i princip rada glavnog aparata ... .20

3. Zaključci o projektu………………………………………………………………………….22

4. Standardizacija………………………………………………………………………..24

5. Spisak korištene literature……………………………………………25

6. Specifikacija………………………………………………………………………………26

7. Dodatak A…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………27

8. Aneks B………………………………………………………………………………28