Алкилированием называют процессы введения алкильных групп в молекулы органических и некоторых неорганических веществ. Эти реакции имеют очень большое практическое зна­чение для синтеза алкилированных в ядро ароматических соеди­нений, изопарафинов, многих меркаптанов и сульфидов, аминов, веществ с простой эфирной связью, элемент- и металлорганических соединений, продуктов переработки α-оксидов и ацети­лена. Процессы алкилирования часто являются промежуточ­ными стадиями в производстве мономеров, моющих ве­ществ и т. д

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ АЛКИЛИРОВАНИЯ

Классификация реакций алкилирования. Наиболее рациональ­ная классификация процессов алкилирования основана на типе вновь образующейся связи.

Алкили ров а ние по атому углерода (С-алкилиро вание) состоит в замещении на алкильную группу атома водо­рода, находящегося при атоме углерода. К этому замещению способны парафины, но наиболее характерно алкилирование для ароматических соединений (реакция Фриделя - Крафтса):

Алкилирование по атомам кислорода и серы (О- и S -алкилирование) представляет собой реакцию, в резуль­тате которой алкильная группа связывается с атомом кислорода или серы:

Алкилирование по атому азота (N -алкилирование) состоит в замещении атомов водорода в аммиаке или в аминах на алкильные группы. Это - важнейший из методов синтеза аминов:

Как и в случае реакций гидролиза и гидратации, N-алкилиро­вание нередко классифицируют как аммонолиз (или аминолиз) органических соединений.

Алкилирование по атомам других элементов (Si -, Pb -, А1-алкилирование) представляет собой важнейший путь получения элемент- и металлорганических соединений, когда алкильная группа непосредственно связывается с гетеро-атомом:

Другая классификация реакций алкилирования основана на различиях в строении алкильной группы, вводимой в органиче­ское или неорганическое соединение.

Алкилиная группа может быть насы­щенной алифатической (например, этильной и изопропильной) или циклической. В последнем случае реакцию иногда назы­вают циклоалкилированием :

При введении фенильной или вообще арильной группы об­разуется непосредственная связь с углеродным атомом арома­тического ядра -арилирование :

Введение винильной группы (винилирование) за­нимает особое место и осуществляется главным образом при помощи ацетилена:

Важнейшей из реакций введения замещенных алкильных групп является процесс β-оксиал кил и ров ания (в частном случае оксизтилирование ), охватывающий широкий круг реакций оксидов олефинов:

Алкилирующие агенты и катализаторы.

Все алкилирующие агенты по типу связи, разрывающейся в них при алкилирова-нии, целесообразно разделить на следующие группы:

ненасыщенные соединения (олефины и ацетилен), у которых происходит разрыв π-электронной связи между атомами углерода;

хлорпроизводные с достаточно подвижным атомом хлора, способным замещаться под влиянием различных агентов;

спирты, простые и сложные эфиры, в частности оксиды олефинов, у которых при алкилировании разрывается углерод- кислородная связь.

Олефины (этилен, пропилен, бутены и высшие – триммеры пропилена) имеют пер­востепенное значение в качестве алкилирующих агентов. Ввиду дешевизны ими стараются пользоваться во всех случаях, где это возможно. Главное применение они нашли для С-алкилирования парафинов и ароматических соединений. Они непри­менимы для N-алкилирования и не всегда эффективны при S- и О-алкилировании и синтезе металлорганических соединений.

Алкилирование олефинами в большинстве случаев протекает по ионному механизму через промежуточное образование карбокатионов и катализируется протонными и апротонными кислотами:

Реакционная способность олефинов при реакциях такого типа определяется их склонностью к образованию карбокатионов:

Это означает, что удлинение и разветвление цепи углеродных в олефине значительно повышает его способность к алкилированию

Хлорпроизводные являются алкилирующими агентами наи­более широкого диапазона действия. Они пригодны для С-, О-, S- и N-алкилирования и для синтеза большинства элементо- и металлорганических соединений. Применение хлопроизводных paционально для тех процессов, в которых их невозможно заменить олефинами или когда хлорпроизводные дешевле и до­ступнее олефинов.

Алкилирующее действие хлорпроизводных проявляется в трех различных типах взаимодействий: в электрофильных реак­циях, при нуклеофильном замещении и в свободно-радикальных процессах. Механизм электрофильного замещения характерен главным образом для алкилирования по атому углерода, но, в отличие от олефинов, реакции катализируются только апротонными кислотами (хлориды алюминия, железа). В предель­ном случаё процёсс идет с промежуточным образованием карбокатиона

в связи с чем реакционная способность алкилхлоридов зависит от поляризации связи С-С1 или от стабильности карбокатионов и повышается при удлинении и разветвлении алкильной группы: СНз-СН 2 С1 < (СН 3) 2 СНС1 < (СН 3) 3 СС1

Спирты и простые эфиры способны к реакциям С-, О-, N- и S-алкилирования. К простым эфирам можно отнести и оксиды олефинов, являющиеся внутренними зфирами гликолей, причем из всех простых эфиров только оксиды олефинов практически используют в качестве алкилирующих агентов. Спирты при­меняют для О- и N-алкилирования в тех случаях, когда они дешевле и доступнее хлорпроизводных. Для разрыва их алкил-кислородной связи требуются катализаторы кислотного типа:

АЛКИЛИРОВАНИЕ ПО АТОМУ УГЛЕРОДА

К процессам этого типа принадлежат очень важные в практи­ческом отношении реакции алкилирования ароматических со­единений в ядро и реакции алкилирования парафинов. В более общем плане их можно разделить на процессы алкилирования по ароматическому и насыщенному атому углерода

Механизм реакции. В качестве алкилирующих агентов в про­мышленности применяют главным образдй хлорпроизвадныеи ^оле^ины. Использование спиртов менее эффективно, Потому что при алкилировании спиртами хлорид алюминия разлагается, а протонные кислоты разбавляются образующейся водой. В обоих случаях происходит дезактивирование катализатора, что обусловливает его большой расход.

При реакции с хлорпроизводными или олефинами А1С1 3 рас­ходуется только в каталитических количествах. В первом случае он активирует атом хлора, образуя сильно поляризованный комплекс или карбокатион, что с олефинами происходит только в присутствии сокатализатора - НС1:

В действительности при катализе комплексом хлорида алюми­ния с углеводородом необходимый для этого протон уже имеется в виде а-комплекса. Он передается молекуле олефина, и образовавшийся карбокатион атакует ароматическое соеди­нение, причем вся реакция происходит в слое каталитического комплекса, который непрерывно обменивается своими лиган-дами с углеводородным слоем. Получившийся тем или иным путем карбокатион, (или сильно поляризованный комплекс) атакует затем ароматическое ядро, причем реакция протекает через промежуточные я-комплекс и карбокатион с последующей быстрой стадией отщепления протона:

Строение алкильной группы в полученном продукте опреде­ляется правилом о промежуточном образовании наиболее ста­бильного карбокатиона (трет- > втор- > пере-). Поэтому в слу­чае низших олефинов только из этилена образуется первичный алкилбензол (этилбензол), из пропилена - вторичный (изопропилбензол), а из изобутена - третбутилбензол:

Однако при алкилировании высшими олефинами и хлорпро­изводными наблюдается изомеризация алкильных групп, кото­рая происходит перед алкилированием, поскольку алкилбензолы к ней уже не способны. Эта изомеризация протекает в направ­лении промежуточного образования наиболее стабильного карбокатиона, но без нарушения углеродного скелета алкильной группы, а лишь с перемещением реакционного центра. Вслед­ствие этого из хлорпроизводных и олефинов с прямой цепью атомов углерода получается смесь втор-алкилбензолов

а из соединений с разветвленной цепью - преимущественно трет- алкилбензолы.

Влияние строения ароматического соединения при реакциях алкилирования в общем такое же, как при других процессах электрофильного замещения в ароматическое ядро, но имеет свои особенности. Реакция алкилирования отличается сравни­тельно малой чувствительностью к электронодонорным замести­телям в ядре. Так, активирующее влияние алкильных групп и конденсированных ядер при катализе реакции А1С1 3 изменяется следующим образом (для бензола величина принята за 1):

Электроноакцепторные заместители сильно дезактивируют ароматическое ядро. Хлорбензол алкилируется примерно в 10 раз медленнее бензола, а карбонильные, карбокси-, циано- и нитрогруппы приводят к полному дезактивированию аромати­ческого ядра, вследствие чего соответствующие производные вообще не способны к алкилированию. Этим реакция алкилиро­вания значительно отличается от других процессов замещения в ароматическое ядро, например от хлорирования и сульфи­рования.

Правила ориентации при алкилировании в общем подобны другим реакциям электрофильного замещения в ароматическое ядро, но строение продукта может существенно изменяться в зависимости от катализаторов и условий реакции. Так, электронодонорные заместители и атомы галогена направляют даль­нейшее замещение преимущественно в пара- и орто -положения, однако в более жестких условиях и особенно при катализе хло­ридом алюминия происходит изомеризация гомологов бензола с внутримолекулярной миграцией алкильных групп и образованием равновесных смесей, в которых преобладают термодинамически более стабильные изомеры.

Последовательное алкилирование. При алкилировании аро­матических соединений в присутствии любых катализаторов происходит последовательное замещение атомов водорода с об­разованием смеси продуктов разной степени алкилирования. Например, метилирование и этилирование бензола идет вплоть до получения гексаалкилбензолов

С теми же катализаторами протекает и рассмотренная выше обратимая изомеризация с внутримолекулярной миграцией ал­кильных групп, в результате которой среди диалкилбензолов преобладает мета-изомер, среди триалкилбензолов 1,3,5-изомер и т. д.:

Способность алкильных групп к миграции изменяется в такой последовательности (СН 3) 3 С > (СН 3) 2 СН > СН 3 -СН 2 > СН 3 , причем с активным комплексом хлорида алюминия эти реакции довольно быстро идут уже при комнатной температуре, в то время как для метилбензолов требуется длительное нагре­вание.

Таким образом, при катализе протонными кислотами, а в более мягких условиях - с другими катализаторами состав про­дуктов алкилирования определяется кинетическими факторами, а с А1С1 3 и в более жестких условиях катализа алюмосилика­тами и цеолитами в пределе может установиться равновесный со­став изомеров и продуктов последовательного алкилирования. Это имеет большое значение при выборе оптимального мольного соотношения реагентов при алкилировании, определяемого эко­номическими затратами на образование полиалкилбензолов и возвращение избыточного бензола.

Побочные реакции. Кроме рассмотренного ранее образования

полиалкилбензолов при алкилировании не­желательны смолооб­разование, деструкция алкильных групп и по­лимеризация олефинов.

Смолообразование состоит в получении конденсированных ароматических соединений с высокой температурой кипения. Из подобных продуктов при алкилировании бензола обнаружены диарилалканы, триарилинданы, диарилолефины и др. При ал­килировании нафталина получается больше смолы, и в ней найдены динафтил и другие вещества с конденсированными циклами. Смолообразование становится особенно существенным при повышении температуры.

Наконец, образование полимеров происходит в результате последовательного взаимодействия карбокатиона с олефином:

Полимеры имеют небольшую молекулярную массу, и их обра­зование подавляется наличием избытка ароматического углево­дорода при снижении концентрации олефина в жидкой фазе.

Кинетика процесса. Сама реакция алкилирования сактив­ным комплексом хлорида алюминия идет очень быстро, сильно ускоряется при механическом перемешивании или интенсивном барботировании газообразных олефинов через реакционную массу и протекает в диффузионной или близкой к ней области. Ее скорость повышается при росте давления, но мало зависит от температуры, имея низкую энергию активации. При этом сохраняется обычная зависимость в реакционной способности олефинов - более сильная, чем различие в их растворимости. Видимо, лимитирующей является стадия диффузии олефина че­рез пограничную пленку каталитического комплекса хлорида алюминия, в которой протекают все реакций. В отличие от этого, переалкилирование идет значительно медленнее и суще­ственно ускоряется при повышении температуры, так как имеет энергию активации ~6ЗкДж/моль.

Обе реакции замедляются при постепенном дезактивирова­нии катализатора, но особенно сильно падает скорость переал­килирования. В результате в реакционной смеси будет накап­ливаться значительное количество полиалкилбензолов, не успе­вающих вступить в обратимую реакцию переалкилирования.

Во избежание этого приходится ограничивать подачу реагентов, и, следовательно, возможность интенсификации процесса лими­тируется самой медленной реакцией переалкилирования.

На дезактивирование катализатора кроме примесей реаген­тов влияет накопление некоторых побочных продуктов алкилирования, способных прочно связывать А1С1 3 или образовывать стабильные σ-комплексы, с трудом отдающие свой протон моле­куле олефина. Такими веществами при низкой температуре, когда переалкилирование идет медленно, являются полиалкилбензолы, а при высокой температуре - полициклические аро­матические соединения и смолы. В результате оказывается, что оптимальные производительность и расход катализатора при получении этил- и изопропилбензола достигаются при некото­рой средней температуре («100°С), когда переалкилирование протекает уже достаточно быстро, но полициклических веществ, дезактивирующих катализатор, получается еще мало.

При синтезе соединений с более длинной алкильной группой выбор температуры лимитируется побочной реакцией деструк­ции, а при получении алкилнафталинов процессами конденсации и осмоления. В этих случаях ее оптимум равен 30-50 °С, при­чем при алкилировании нафталина селективность можно допол­нительно повысить применением растворителя. Это объясняется тем, что в системе реакций

Смолообразование имеет второй порядок по нафталину или ял-килнафталину, а основная реакция - первый. В результате се­лективность по алкилнафталину растет при снижении концен­трации нафталина.

Технологические основы процесса

Так как реакция переалкилирования протекает в алкилаторе одновременно с алкилированием, то для совместного проведения этих процессов в алкилатор вместе с бензолом и этиленом подаётся также фракция ДЭБов (ПАБов), выделенная из реакционной массы при ректификации.

Т. к. данный процесс протекает в диффузионной области, необходимо использование барботера для увеличения поверхности раздела фаз;

Реакция протекает с выделением тепла, следовательно необходимо отводить тепло, что достигается испарением бензола;

Для более глубокого превращения этилена необходимо использовать повышенное давление;

Реакция алкилирования является последовательной реакцией, поэтому для увеличения селективности необходимо поддерживать соотношение бензол: этилен = 3: 1 моль;

Хлорид алюминия является слабым катализатором, поэтому следует готовить каталитический комплекс заранее.

Получение этилбензола осуществляется методом алкилирования бензола этиленом. Процесс алкилирования бензола этиленом - каталитический, проходит при температуре в пределах 125-138 0 С и давлении 0,13-0,25 МПа (1,3-2,5 кгс/см 2), с тепловым эффектом 108 кДж/моль.

Большую роль в производстве этилбензола играет дозировка сырья. Бензол подается в количестве, соответствующем установленному молярному соотношению бензола к этилену 2,8-3,6: 1. При нарушении соотношения бензола к этилену уменьшается концентрация этилбензола в реакционной массе.

Высокие требования предъявляются к осушке сырья, поскольку влага приводит к дезактивации катализатора и, следовательно, к его расходу. Содержание влаги в бензоле, поступающем на алкилирование, рекомендуется поддерживать на уровне 0,002% (масс.). Для этого исходный и возвратный бензол подвергают осушке методом азеотропной ректификации.

Образующаяся в процессе алкилирования реакционная масса (алкилат) в среднем содержит:

– 45-60% масс непрореагировавшего бензола;

– 26-40% масс этилбензола;

– 4-12% масс ПАБов (фракция ДЭБ).

Коррозия в производстве этилбензола обусловлена характером применяемого для алкилирования катализатора хлористого алюминия и инициатора процесса - хлористого этила.

Продукты алкилирования, в связи с присутствием в них хлористого водорода, обладают ярко выраженными коррозионными свойствами, которые усиливаются при температуре более 70 0 С

2.4 Описание технологической схемы производства

Процесс алкилирования бензола этиленом проводится в алкилаторе поз. Р-1 при температуре 125 – 138 0 С и давлении 0,13 - 0,25 МПа (1,3 - 2,5 кгс/см 2). При повышении давления в алкилаторе поз. Р-1 более 0,3 МПа (3 кгс/см 2) прекращается подача бензола и этилена в алкилатор.

В алкилатор поз. Р-1 поступают:

Осушенная бензольная шихта;

Катализаторный комплекс;

Фракция ДЭБов (ПАБов);

Этилен;

Рециркулируемый катализаторный комплекс из отстойника поз. О-1 ;

Возвратный бензол после конденсатора поз. Т-1 или поз. Т-2;

Реакция алкилирования идет с выделением тепла 108 кДж/моль, избыточное количество тепла снимается циркулируемым катализаторным комплексом и испаряющимся бензолом, который из верхней части алкилатора поз. Р-1 в смеси с абгазами направляется в конденсатор поз. Т-1 (поз.Т-2) охлаждаемый оборотной водой. Бензольный конденсат из конденсатора поз. Т-1 (поз. Т-2) самотеком поступает в алкилатор поз. Р-1.

Из алкилатора поз. Р-1 реакционная масса поступает через холодильник поз. Т-3, где охлаждается оборотной водой до температуры 40 - 60 0 С, в отстойник поз. О-1 для отстоя циркулирующего катализаторного комплекса.

Отстоявшийся циркулируемый катализаторный комплекс снизу отстойника поз. О-1 откачивается в алкилатор поз. Р-1. Соотношение рециркулирующего катализаторного комплекса к реакционной массе в пределах (0,7 - 1,3) : 1 по массе.

Для поддержания активности рециркулируемого катализаторного комплекса предусмотрена:

Подача хлористого этила в алкилатор поз. Р-1 и в линию рециркулируемого каткомплекса.

В случае снижения активности рециркулируемого катализаторного комплекса ниже предусмотрен вывод его из отстойника поз. О-1 на разложение.

Из отстойника поз. О-1 реакционная масса самотексом поступает в сборник поз. Е-1.

Алкилат из емкости поз. Е-1 узла алкилирования поступает в смеситель поз. С-1 на смешение с кислой водой, циркулирующей в системе разложения каткомплекса в аппаратах: поз. О-2 поз. Н-2 поз. С-1 поз. О-2. Соотношение циркулирующей кислой воды, подаваемой в смеситель поз. С-1, и алкилата составляет 2:1. В систему разложения через смеситель поз. С-1 подаётся также отработанный каткомплекс (в равных пропорциях со свежим) после отстойника поз. О-1.

Отстой алкилата от воды происходит в отстойнике поз. О-2. Избыточное количество воды из отстойника поз О-2 по уровню раздела фаз самотеком сливается в сборник узла отпарки углеводородов. Нижний водный слой из отстойника поз. О-2 рециркулирует в смеситель поз. С-1.

Алкилат из отстойника поз. О-2 поступает в промывную колонну поз. Кн-1 на вторичную промывку водой, подаваемой из промывной колонны поз. Кн-2.

Из промывной колонны поз. Кн-1 алкилат поступает в емкость поз. Е-3, откачивается на нейтрализацию в смеситель поз. С-2. Нижний водный слой из промывной колонны поз. Кн-3 сливается в емкость поз. Е-2 подается в смеситель поз. С-1.

Нейтрализация алкилата производится химическим реактантом, содержащим NаОН, циркулирующим в системе нейтрализации по схеме:

поз. О-3 поз. Н-5 поз. С-2 поз. О-3.

В отстойнике поз. О-3 происходит отстой алкилата от раствора реактанта. Соотношение циркулирующего раствора щелочи и алкилата равно 1,2:1.

Для поддержания постоянной концентрации раствора реактанта в отстойнике поз. О-3 периодически по результатам анализа подается 15-20% (масс.) раствор реактанта в линию циркулирующего 2-10% (масс.) раствора реактанта.

Нейтрализованный алкилат из отстойника поз. О-3 поступает в промывную колонну поз. Кн-2 на отмывку от щелочи. Отмывка алкилата от щелочи производится паровым конденсатом.

Нижний слой – химзагрязненная вода – из колонны поз. Кн-2 поступает в сборник поз. Е-4, откуда откачивается на промывку алкилата в колонну поз. Кн-1.

Алкилат из промывной колонны поз. Кн-2 самотеком поступает в отстойник поз. О-4.

Нижний слой – химзагрязнная вода – из отстойника поз. О-4 сливается в подземную емкость, а алкилат поступает в емкость поз. Е-5, откуда откачивается на склад.

Таблица № 4.9 Отходы производства этилбензола

Бензол является органическим химическим соединением. Относится к классу простейших ароматических углеводородов. Производят его из каменноугольной смолы, при ее переработке получается бесцветная жидкость, имеющая своеобразный сладковатый запах.

Химическая формула – (C6H6,PhH)

Бензол хорошо растворяется в спирте и хлороформе. Отлично растворяет жиры, смолы, воски, серу, битум, каучук, линолеум. При возгорании сильно коптит, пламя яркое.

Токсичен и канцерогенен. Оказывает наркотическое, гепатотоксическое и гемотоксическое воздействие.

Применение в быту и на производстве

Бензол используется в химической, резиновой, полиграфической и фармацевтической промышленности.

Применяется для производства синтетических каучуков, волокон, резины, пластмасс. Из него изготавливают краски, лаки, мастики, растворители. Входит в состав моторных бензинов, является важным сырьем для изготовления различных лекарств.

Из бензола синтезируют другие продукты: этилбензол, диэтилбензол, изопропилбензол, нитробензол и анилин.

Совсем недавно бензол добавляли к моторному топливу, но из-за ужесточения экологических требований, эта добавка была запрещена. Новые стандарты позволяют его содержание в моторном топливе до одного процента, ввиду высокой токсичности.

Токсикологи находят бензол в продуктах питания, таких как яйца, консервированное мясо, рыба, орехи, овощи, фрукты. В организм человека с продуктами может поступить в день до 250 мкг бензола.

Как происходит отравление

Отравление бензолом происходит через органы дыхания, реже при приеме внутрь и попадании на неповрежденную кожу. Токсичность бензола очень высокая, при длительном взаимодействии может развиться хроническая интоксикация.

Острые отравления наблюдаются редко, они могут быть связаны с аварийными и несчастными случаями на производстве, возникшими из-за нарушений правил техники безопасности. Так, при чистке цистерн из-под бензола у работников может развиться молниеносная смерть.

Попадая в организм, бензол может вызывать раздражение нервной системы, глубокие изменения костного мозга и крови. Кратковременное попадание паров бензола в организм не вызывает изменений со стороны нервной системы.

Если произошло острое отравление, бензол и его гомологи обнаруживаются в мозге, печени, надпочечниках и крови. При хроническом отравлении он поступает в костный мозг и жировые ткани. Выделяется легкими в неизмененном виде.

Симптомы острого отравления бензолом:

• головная боль;
• синдромом наркотического действия;
• головокружение;
• шум в ушах,
• судороги;
• падение кровяного давления;
• малый пульс;
• раздражительность;
• быстрая утомляемость;
• общая слабость;
• плохой сон;
• депрессия;
• тошнота и рвота.

При легких или стертых формах интоксикации изменения со стороны картины крови слабо заметны.
Если отравление бензолом имеет среднюю тяжесть, помимо указанных выше симптомов, появляется кровотечение из носа и десен. У женщин укорачивается менструальный период, идут обильные кровянистые выделения. Обычно такие явления сопровождаются анемией. Печень слегка увеличивается, ощущается болезненность.

При тяжелой интоксикации нередки жалобы на плохой аппетит, отрыжку, боли в правом подреберье. Слизистые оболочки и кожные покровы становятся очень бледные, иногда происходят спонтанные кровоизлияния. Печень сильно увеличивается, становится болезненной. Понижается кислотность и переваривающая способность.

Со стороны сердечно-сосудистой системы может начаться ишемия миокарда, тахикардия, сосудистая гипотония.

Нервная система при тяжелой интоксикации реагирует различно. Иногда отмечаются проявления гиперактивности, в других случаях появляется заторможенность, снижаются рефлексы нижних конечностей

Без своевременного лечения постепенно развивается алейкемический миелоз, реже лимфатическая лейкемия.

При исследовании костномозгового пунктата обнаруживается наличие атрофических процессов в костном мозге. В некоторых случаях наблюдается его полное опустошение.

При хронических отравлениях, которые чаще всего развиваются в производственных условиях, появляются изменения в составе крови.

Если руки часто соприкасаются с бензолом, кожа становится сухой, на ней появляются трещины, пузырьки, зуд, отечность.

Первая помощь и лечение

Главный принцип терапии и профилактики отравлений бензолом – это немедленное прекращение контакта с ним при первых симптомах отравления. При хронической бензольной интоксикации может произойти полное выздоровление, если своевременно прекращен контакт с бензолом. Если это не сделать, произойдет тяжелая интоксикация и, несмотря на различные методы терапии, лечение окажется безрезультатным.

При вдыхании паров бензола врачи отмечают следующую клиническую картину:

происходит возбуждение, схожее с алкогольным, в последующем больной теряет сознание, впадает в коматозное состояние. Лицо бледнеет, начинаются судороги, характерные мышечные подергивания. Слизистые оболочки красные, зрачки расширены. Ритм дыхания нарушен, артериальное давление снижено, пульс учащен. Из носа и десен возможно кровотечение.

В этом случае используют гипосульфит натрия, препараты серы и глюкозы, которые помогают ускорить процесс нейтрализации бензола и его продуктов окисления.

При острых интоксикациях нужно обеспечить приток свежего воздуха. Пострадавшему делают искусственное дыхание. При рвоте вводят внутривенно глюкозу, если нарушено кровообращение делают инъекции кофеина.

Проводится кровопускание, внутривенные вливания глюкозы, сердечные средства. Если больной слишком возбужден применяют бромистые препараты.

В тяжелых случаях при явно выраженной анемии применяют препараты, стимулирующие эритропоэз, витамин B12, фолиевую кислоту, препараты железа совместно с аскорбиновой или соляной кислотой. Делают дробные переливания крови.

Весьма эффективен витамин Р в сочетании с аскорбиновой кислотой. Чтобы предупредить развитие некротических явлений внутривенно вводят пенициллин и глюкозу.

При токсическом гепатите, появившемся вследствие хронического отравления бензолом, вводят липокаин, метионин, холин.

Если бензол принят внутрь, клиническая картина следующая: во рту и за грудиной больной ощущает невыносимое жжение, сильную боль в животе, сопровождающуюся рвотой, возбуждение, сменяющееся угнетением. Может произойти потеря сознания, начаться судороги, мышечные подергивания. Дыхание становится сначала учащенным, но вскоре замедляется. Изо рта больного ощущается запах горького миндаля. Резко снижается температура. Печень увеличена, обнаруживается токсическая гепатопатия.

При очень высоких концентрациях бензола, попавшего внутрь, лицо синеет, слизистые оболочки приобретают вишнево-красный цвет. Человек почти мгновенно теряет сознание, смерть наступает в течение нескольких минут. Если смерть после тяжелого отравления не наступила, здоровье сильно подрывается, и часто после длительной болезни все равно наступает смерть.

При попадании яда внутрь желудок промывают через зонд, внутрь вводят вазелиновое масло, сульфата натрия и в вену – раствор натрия тиосульфата, кордиамин и раствор глюкозы и аскорбиновую кислоту. Подкожно вводят раствор кофеина.

Внутримышечно вводится раствор тиамина, пиридоксина гидрохлорид и цианокобаламин. Назначаются антибиотики, для предупреждения инфекции. Если имеются кровотечения, вводят в мышцу викасол.

Если отравление легкое, требуется покой и тепло.

Профилактика

На производстве, где используется бензол, обязаны проводиться периодические медосмотры всех рабочих, которые контактируют с бензолом. В осмотре участвуют терапевт, невропатолог и гинеколог – по показаниям.

Не допускается принимать на работу, при которой возможен контакт с бензолом:

• людей, имеющих органические заболевания ЦНС;
• при всех болезнях системы крови и вторичном малокровии;
• больных эпилепсией;
• с выраженными невротическими состояниями;
• при всех видах геморрагического диатеза;
• при заболеваниях почек и печени.

Запрещено допускать к работе с бензолом беременных и кормящих женщин, несовершеннолетних.

ПОЛУЧЕНИЕ ЭТИЛБЕНЗОЛА

Этилбензол для производства стирола получается алкилированием бензола этиленом по реакции:

Наряду с основной реакцией протекает ряд побочных реакций, при которых образуются более глубоко алкилированные производные бензола: диэтилбензол С6Н6(С2Н5)2, триэтилбензол С6Н6(С2Н5)3, тетраэтилбензол С6Н6(С2Н5)4. Катализатором реакции алкилирования служит комплексное соединение, получаемое на основе хлорида алюминия, этилхлорида, бензола и алкилбензолов:

Реакция алкилирования протекает по следующей схеме.

Присоединение этилена к каталитическому комплексу:

Реакция обмена между каталитическим комплексом и бензолом с образованием этилбензола:

Хлорид алюминия может образовывать тройные комплексы не только с одним, но и с двумя, тремя и т. д. этильными радикалами которые при обменной реакции с бензолом дают полиалкилбензолы. Поэтому в реакционной смеси кроме этилбензола находятся диэтилбензол и другие полиалкилбензолы.

Комплексы могут вступать в обменные реакции не только с бензолом, но и с продуктами реакции, например с диэтилбензолом, тогда происходит процесс переалкилирования по схеме:

Так как реакция переалкилирования протекает одновременно с алкилированием в алкилатор вместе с бензолом подается также фракция полиалкилбензолов, выделенная из реакционной массы при ректификации. В результате всех указанных реакций устанавливается вполне определенный равновесный состав продуктов реакции, зависящий только от соотношения алкильных радикалов и бензольных ядер в реакционной смеси.

Бензол подается в количестве, соответствующем молярному соотношению бензол:этилен = (2,8-3,3):1. Образующаяся в процессе алкилирования реакционная масса в среднем содержит: 45-- 55% непрореагировавшего бензола, 26--35% этилбензола, 4--10% полиалкилбензолов.

Технологический процесс получения этилбензола состоит из двух основных стадий: алкилирование бензола этиленом и ректификация реакционной массы.

Алкилирование бензола этиленом

Процесс алкилирования бензола этиленом проводится в алкила- торе 1 (рис. 37) в среде этилхлорида при температуре 125--135°С и давлении 0,26--0,4 МПа. В алкилатор подаются: осушенная бензольная шихта, каталитический комплекс, фракция полиалкилбензолов, этилен, рециркулирующий каталитический комплекс, возвратный бензол.

Рис. 37.

1-- алкилатор, 2,3 -- конденсаторы, 4 -- теплообменник, 5, 10, 17, 22 -- отстойники; 8, 9, 13, 15, 18, 21, 24 -- насосы, 7, 12, 14, 20, 23 -- емкости; 8, 16 -- смесители, 11, 19 -- промывные колонны.

І -- бензол, II -- этилен; III -- этилхлорид, IV -- катализаторный комплекс; V -- полиалкилбензолы; VI -- отработанный каталитический комплекс; VII -- отдувки иа абсорбцию бензола, VIII -- избыточная вода; IX -- кислые отдувки, X -- отработанный раствор щелочн; XI -- конденсат; XII -- химически загрязненная вода, XIII -- реакционная масса, XIV -- полиалкилбензолы; XV -- нейтральные отдувки.

Реакция алкилирования идет с выделением теплоты, избыточное количество которой снимается рециркулирующим каталитическим комплексом испаряющимся бензолом. Бензол из верхней части алкилатора в смеси с абгазом направляется в конденсатор 2, охлаждаемый водой. Несконденсировавшиеся газы из конденсатора 2 направляются в конденсатор 3, охлаждаемый охлажденной водой. Отдувки после конденсатора 3 поступают на дальнейшее улавливание паров бензола. Бензольный конденсат из конденсаторов 2 и 3 самотеком сливается вниз алкилатора 1. Из алкилатора 1 реакционная масса через теплообменник 4, где охлаждается водой до 40--60 °С, направляется в отстойник 5 для отделения от циркулирующего каталитического комплекса. Отстоявшийся каталитический комплекс с низа отстойника 5 забирается насосом 6 и возвращается в алкилатор 1. Для поддержания активности катализатора в линию рециркулирующего комплекса подается этилхлорид. В случае снижения активности катализатора предусмотрен вывод отработанного каталитического комплекса на разложение. Реакционная масса из отстойника 5 собирается в емкость 7, откуда за счет давления ё системе алкилирования поступает в смеситель 8 на смешение с кислой водой, циркулирующей в системе разложения: отстойник 10-- насос 9--смеситель 8. Соотношение циркулирующей воды, подаваемой в смеситель, и реакционной массы составляет (l-2):1. Вода в систему разложения подается из сборника 12 насосом 13. Реакционная масса отстаивается от воды в отстойнике 10; нижний водный слой насосом 9 направляется в смеситель, а верхний слой -- реакционная масса -- самотеком стекает в промывную колонну и на вторичную промывку водой, подаваемой насосом 21 из промывной колонны 19. Из промывной колонны 11 реакционная масса самотеком поступает в сборник 14, откуда насосом 15 откачивается на нейтрализацию в смеситель 16. этилбензол реакция катализатор получение очистка

Нижний водный слой из промывной колонны 11 самотеком сливается в емкость 12 и насосом 13 подается в смеситель 8. Нейтрализация реакционной массы в смесителе 16 проводится 2--10%-ным раствором едкого натра. Соотношение реакционной массы и циркулирующего раствора едкого натра 1:1. Отделение реакционной массы от раствора щелочи происходит в отстойнике 17, откуда реакционная масса самотеком поступает в колонну 19 на отмывку от щелочи водным конденсатом. Нижний слой -- химически загрязненная вода -- из колонны сливается в емкость 20 и насосом 21 откачивается на промывку реакционной массы в колонну 11. Реакционная масса из верхней части колонны самотеком поступает в отстойник 22, затем собирается в промежуточную емкость 23 и откачивается на склад.

Выделение и очистка этилбензола

Реакционная масса, полученная при алкилировании бензола этиленом, подогревается в теплообменнике 1 (рис. 38) за счет теплоты полиалкилбензолов, в теплообменнике 2 за счет теплоты парового конденсата, в теплообменнике 3 за счет теплообмена с этилбензолом-ректификатом и в теплообменнике 4 за счет теплоты парового конденсата и подается в колонну 5 для выделения непрореагировавшего бензола. Пары бензола из верха колонны конденсируются в воздушном конденсаторе 7 и конденсаторе 8, охлаждаемом охлажденной водой. Несконденсировавшиеся газы после конденсатора 8 направляются на улавливание бензола. Конденсат -- возвратный бензол -- собирается в емкость 9, откуда часть его подается в колонну в виде флегмы, остальное количество через холодильник 11 откачивается на склад.

Кубовая жидкость колонны 5 насосом 12 подается в колонну 13 для получения этилбензола-ректификата. Обогрев колонны осуществляется паром через выносной кипятильник 14. Пары этилбензола-ректификата из верхней части колонны 13 поступают в конденсатор-испаритель 15, где конденсируются за счет испарения парового конденсата. Несконденсировавшиеся пары этилбензола подаютсяв конденсатор 16. Полученные конденсаты собираются в емкость 17, откуда насосом 18 часть их возвращается в колонну в виде флегмы, а остальное через теплообменник 3 направляется на склад.

Кубовая жидкость колонны 13, содержащая полиалкилбензолы и смолы, насосом 19 подается в колонну 20 для отделения полиалкилбензолов от смолы. Пары полиалкилбензолов из верха колонны 20 поступают на конденсацию. Конденсат стекает в емкость 24, откуда часть его подается в колонну в виде флегмы, остальное количество через теплообменник 1 откачивается на склад. Полиалкилбензольная смола из куба колонны 20 насосом 25 подается на склад или на установку получения сополимеров.

Режим работы колонн установки выделения этилбензола

Бесцветная летучая жидкость со специфическим запахом, легче воды, пары тяжелее воздуха; плохо растворяется в воде, хорошо в спирте и других органических . Технические сорта бензола содержат в качестве примесей ксилол, и другие высококипящие фракции. Бензол - опасный яд. На производстве отравления возможны при аварийных ситуациях, при нарушении правил , а также при работе в закрытых помещениях (производство каучука, лаков и т. д.).

Отравления. В высоких концентрациях бензол вызывает кратковременное возбуждение; затем наступает общая слабость, учащение дыхания и пульса, снижение кровяного давления. В малых концентрациях при длительном воздействии бензол вызывает изменения в нервной системе, крови и , поражает . Наиболее типичны изменения в крови - уменьшение числа лейкоцитов, нейтропения, уменьшение числа и снижение содержания . В дальнейшем может развиться апластическая . Иногда наблюдается повышенная чувствительность к бензолу у женщин, особенно . Частое попадание бензола на кожу вызывает сухость, красноту, появление трещин. Из организма бензол выделяется с выдыхаемым воздухом и с мочой в неизмененном виде и в виде продуктов окисления.

Первая помощь и лечение . При остром отравлении бензолом пострадавшего выносят на свежий . При остановке дыхания - до восстановления самостоятельного дыхания, кислород или карбоген, лобелии. противопоказан. При рвоте - 40% раствор внутривенно, при нарушении кровообращения - кофеина. При попадании бензола в вводят растительное масло с целью уменьшения всасывания бензола и промывают желудок (требуется осторожность - опасна ). При легких отравлениях - покой. При возбуждении - , препараты . При анемии - переливание эритроцитной массы, при лейкопении - , .

Для предупреждения инфекции вводят .

Профилактика . Если позволяет технология производства, замена бензола менее токсичными , герметизация оборудования, оптимальная . Недопущение к работе с бензолу беременных и кормящих женщин, подростков до 18 лет. Периодические медицинские осмотры работающих проводят раз в полгода с обязательным общим анализом крови. Индивидуальная профилактика - использование (фильтрующего или шлангового с подачей воздуха).

Министерство общего образования РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

НИЖНЕКАМСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

Кафедра химической технологии

Группа

Курсовой проект

Тема: Получение этилбензола методом алкилирования бензола этиленом

Студентка:

Руководитель (_________)

Студент ка (_________)

г. Нижнекамск

ВВЕДЕНИЕ

Темой данного курсового проекта является получение этилбензола методом алкилирования бензола этиленом.

Наиболее распространенным процессом нефтехимического синтеза является каталитическое алкилирование бензола олефинами, что определяется высоким спросом на алкилароматические углеводороды – сырьё в производстве синтетических каучуков, пластических масс, синтетических волокон и др.

Алкилированием называют процессы введения алкильных групп в мо- лекулы органических и некоторых неорганических веществ. Эти реакции имеют большое практическое значение для синтеза алкилароматических соединений, изо-алканов, аминов, меркаптанов и сульфидов и др.

Реакция алкилирования бензола алкилхлоридами в присутствии безводного хлорида алюминия впервые была осуществлена в 1877 г. Ш. Фриделем и Дж. Крафтсом. В 1878 г. ученик Фриделя Бальсон получил этилбензол алкилированием бензола этиленом в присутствии ALCL3.

Со времени открытия реакции алкилирования было разработано много различных методов замещения водородных атомов бензола и других ароматических углеводородов на алкильные радикалы. Для этого применяли различные агенты алкилирования и катализаторы 48,49.

Скорость алкилирования ароматических углеводородов в несколько сот раз выше, чем парафинов, поэтому алкильная группа практически всегда направляется не в боковую цепь, а в ядро.

Для алкилирования ароматических углеводородов олефинами применяются многочисленные катализаторы, имеющие характер сильных кислот, в частности серная кислота (85-95%-ная), фосфорная и пирофосфорная кислоты, безводный фтористый водород, синтетические и природные

алюмосиликаты, иониты, гетерополикислоты. Кислоты в жидком виде проявляют каталитическую активность в реакциях алкилирования при невысоких температурах (5-100°С); кислоты на твердых носителях, например фосфорная кислота на кизельгуре, действуют при 200-300°С; алюмосиликаты активны при 300-400 и 500°С и давлении 20-40 кгс/см² (1,96-3,92 МН/м²).

Актуальность данной темы является, что в дальнейшем из этилбензола получают стирол, методом дегидрирования этилбензола.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Теоретические основы принятого метода производства.

Алкилирование бензола этиленом. Промышленные процессы алкилирования бензола этиленом различаются в зависимости от применяемого катализатора. Ряд катализаторов опробован в опытно-промышленном масштабе.

В 1943 г.фирмой «Copers» осуществлено алкилирование бензола этиленом на алюмосиликатном катализаторе в жидкой фазе при 310°С и 63 кгс/см² (6,17 МН/м²) при мольном отношении этилен: бензол 1:4.

Широкое распространение приобрёл процесс алкилирования бензола этиленом на хлористом алюминии при атмосферном или несколько повышенном давлении и температуре 80-100°С.

Конкурирует с этим методом алкилирование на твердом фосфорнокислотном катализаторе, однако на этом катализаторе может быть получен только изопропилбензол. Алкилирование же бензола этиленом практически на нём не проводится.

Большую группу катализаторов алкилирования составляют апротонные кислоты (кислоты Льюиса) – галогениды некоторых металлов. Они обычно проявляют каталитическую активность в присутствии промоторов, с которыми образуют продукты, имеющие характер сильных протонных кислот. Из катализаторов этого типа могут применяться хлористый алюминий, бромистый алюминий, трёххлористое железо, хлористый цинк, трёххлористый и четырёххлористый титан. Промышленное применение имеет только хлористый алюминий.

О механизме реакций алкилирования бензола и его гомологов олефинами придерживаются следующих общих представлений.

Алкилирование в присутствии хлористого алюминия трактуется по механиз-

му кислотного катализа. В этом случае в системе должен присутство-

вать промотор, роль которого играет хлористый водород. Последний может

образоваться в присутствии воды:

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

Дальнейшее присоединение к ароматическому ядру проходит по меха низму, аналогичному рассмотренному выше:

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

В присутствии хлористого алюминия легко протекает деалкилирование, что указывает на обратимость реакции алкилирования. Реакции деалкилирования пользуются для превращения полиалкилбензолов в моноалкил-

Термодинамика реакции алкилирования. На основе физико-химических

констант углеводородов и их термодинамических функций – энтальпии ΔН и

энтропии ΔS можно найти константы равновесия и рассчитать равновесные

выходы алкилпроизводных при алкилировании бензола олефинами в зависи-

мости от температуры и давления.

Равновесный выход этилбензола возрастает с увеличением мольного

избытка бензола и с повышением давления при данной температуре.

С6 H6 + C2 H4 ↔ C6 H5 C2 H5

При алкилировании бензола этиленом при температуре ниже 250-300°С

достигается практически полное превращение бензола в этилбензол. При 450

-500°С для увеличения глубины превращения требуется повышение давления до 10-20 кгс/см² (0,98-1,96 МН/м²).

Реакция алкилирования бензола этиленом является последовательной обратимой реакцией первого порядка. С углублением процесса наряду с моноалкилбензолом образуются также полиалкилбензолы

C6 H6 + Cn H2n ↔ C6 H5 Cn H2n+1

C6 H5 Cn H2n+1 + Cn H2n ↔ C6 H4 (Cn H2n+1)2 которые являются нежелательными побочными продуктами. Поэтому состав реакционной смеси алкилатов чаще определяется кинетическими факторами, чем термодинамическим равновесием.

Так, деалкилирование термодинамически возможно с большой глубиной при 50-100°С. И действительно, в присутствии хлористого алюминия оно проходит хорошо, так как с этим катализатором процесс алкилирования является обратимым. Однако при тех же температурах в присутствии кислот деалкилирование вовсе не происходит. М.А. Далиным экспериментально изучен состав продуктов алкилирования бензола этиленом в присутствии хлористого алюминия.

Состав реакционной смеси определяется соотношением бензола и этилена и не зависит от того, каким образом получен алкилат: прямым алкилированием или деалкилированием полиалкилбензола. Однако этот вывод справедлив только при применении в качестве катализатора хлористого алюминия.

Процесс алкилирования проводится в алкилаторе – реакционной колонне, эмалированной или футерованной графитовой плиткой для защиты от коррозии. Три секции колонны имеют рубашки для охлаждения, однако основное количество тепла отводится испарением некоторой части бензола. Алкилирование ведется в присутствии жидкого катализаторного комплекса, состоящего из хлористого алюминия (10-12%), бензола (50-60%) и полиалкилбензолов (25-30%). Для образования хлористого водорода, который является промотором реакции, в каталитический комплекс добавляют 2% воды от

массы хлористого алюминия, а также дихлорэтан или хлористый этил, при расщеплении которых образуется хлористый водород.

Для выделения этилбензола из алкилата отгоняют при атмосферном давлении бензол (одновременно с бензолом удаляются следы воды). От кубовой жидкости при пониженном давлении (200 мм рт.ст., 0,026 МН/м²) отгоняется широкая фракция – смесь этилбензола и полиалкилбензолов. В следующей колонне при остаточном давлении 50 мм рт.ст. (0,0065 МН/м²) полиалкилбензолы отделяются от смол. Широкую фракцию разгоняют в вакуумной колонне при остаточном давлении 420-450 мм рт.ст. (0,054-0,058 МН/м²). Товарный этилбензол перегоняется в пределах 135,5-136,2°С.

Для получения этилбензола используется этан – этиленовая фракция пиролиза, содержащая 60-70% этилена.

Бензол для алкилирования должен содержать не более 0,003-0,006% воды, в то время как товарный бензол содержит 0,06-0,08% воды. Обезвоживание бензола проводится методом азеотропной дистилляции. Содержание серы в бензоле не должно превышать 0,1%. Повышенное содержание серы вызывает увеличение расхода хлористого алюминия и ухудшает качество готовой продукции.

1.2. Характеристика сырья и получаемого продукта.

2.3. Описание технологической схемы.

В Приложении А представлена технологическая схема производства этилбензола. Процесс алкилирования бензола этиленом проводится в алкилаторе поз. Р-1 в среде этилхлорида при температуре 125-135C и давлении 0,26-0,4 МПа. В алкилатор подаются: осушенная бензольная шихта, каталитический комплекс, фракция полиалкилбензолов, этилен, рециркулирующий каталитический комплекс, возвратный бензол.

Реакция алкилирования идет с выделением теплоты, избыточное количество которой снимается рециркулирующим каталитическим комплексом и испаряющимся бен­золом. Бензол из верхней части алкилатора в смеси с абгазом на­правляется в конденсатор поз. Т-1, охла­ждаемый водой. Несконденсировавшиеся газы из конденсатора поз. Т-1 направляются в конденсатор поз. Т-2, охлаждаемый охлажденной водой t=0°C. Отдувки после конденсатора поз. Т-2 по­ступают на дальнейшее улавлива­ние паров бензола. Бензольный конденсат из конденсаторов поз. Т-1 и Т-2 самотеком сливается в низ алки­латора поз. Р-1. Из алкилатора поз. Р-1 реак­ционная масса через теплообмен­ник поз. Т-3, где охлаждается водой до 40-60 °С, направляется в отстой­ник поз. Е-1 для отделения от циркули­рующего каталитического комп­лекса. Отстоявшийся каталитиче­ский комплекс с низа отстойника поз. Е-1 забирается насосом поз. Н-1 и возвра­щается в алкилатор поз. Р-1. Для под­держания активности катализато­ра в линию рециркулирующего комплекса подается этилхлорид. В случае снижения активности катализатора предусмотрен вывод, отработанного каталитического комплекса на разложение. Реак­ционная масса из отстойника поз. Е-1 собирается в емкость поз. Е-2, откуда за счет давления в системе алкилирования поступает в смеситель поз. Е-3 на смешение с Кислой водой, циркулирующей в системе разложения:

отстойник поз. Е-4-насос, поз. Н-2-смеситель, поз. Е-3. Соотношение циркулирую­щей воды, подаваемой в смеситель, и реакционной массы состав­ляет l/2: 1. Вода в систему разложения подается из сборника поз. Е-5 насосом поз. Н-3. Реакционная масса отстаивается от воды в отстойнике поз. Е-4; нижний водный слой насосом поз. Н-2 направляется в смеситель; а верхний слой - реакционная масса - самотеком стекает в промыв­ную колонну поз. К-1 на вторичную промывку водой, подаваемой насосом поз. Н-4 из промывной колонны поз. К-2. Из промывной колонны поз. К-1 реакцион­ная масса самотеком поступает в сборник поз. Е-6, откуда насосом поз. Н-5 откачивается на нейтрализацию в смеситель поз. Е-7.

Нижний водный слой из промывной колонны поз. К-1 самотеком сли­вается в емкость поз. Е-5 и насосом поз. Н-3 подается в смеситель поз. Е-3. Нейтрали­зация реакционной массы в смесителе поз. Е-7 проводится 2-10%-ным раствором едкого натра. Соотношение реакционной массы и цирку­лирующего раствора едкого натра 1:1.Отделение реакционной массы от раствора щелочи происходит в отстойнике поз. Е-8, откуда ре­акционная масса самотеком поступает в колонну поз. К-2 на отмывку от щелочи водным конденсатом. Нижний слой - химически загряз­ненная вода - из колонны сливается в емкость поз. Е-9 и насосом поз. Н-4 откачивается на промывку реакционной массы в колонну поз. К-1. Реакционная масса из верхней части колонны самотеком поступает в от­стойник поз. Е-10, затем собирается в промежуточную емкость поз. Е-11 и отка­чивается насосом поз. Н-7 на склад.

Технологическая схема алкилирования бензола этиленом на хлористом алюминии, пригодная также и для алкилирования бензола пропиленом.

Процесс алкилирования проводится в алкилаторе – реакционной колонне эмалированной или футерованной графитовой плиткой для защиты от коррозии. Три секции колонны имеют рубашки для охлаждения, однако основное количество тепла отводится испарением некоторой части бензола. Алкилирование ведется в присутствии жидкого катализаторного комплекса, состоящего из хлористого алюминия (10 – 12 %), бензола (50 – 60 %) и

полиалкилбензолов (25 – 30 %). Для образования хлористого водорода, который является промотором реакции, в каталитический комплекс добавляют 2 % воды от массы хлористого алюминия, а также дихлорэтан или хлористый этил, при расщеплении которых образуется хлористый водород.

1.5. Описание устройств и принцип действия основного аппарата.

Алкилирование производится в реакторе колонного типа без механического перемешивания при давлении, близком к атмосферному (Приложение Б). Реактор состоит из четырёх царг, эмалированных или футерованных керамическими либо графитовыми плитками. Для лучшего контактирования внутри реактора имеется насадка. Высота реактора 12 м, диаметр 1,4 м. Каждая царга снабжена рубашкой для отвода тепла при нормальном режиме работы реактора (она же используется для разогрева при пуске реактора). Реактор доверху заполнен смесью бензола и катализатора. В нижнюю часть реактора непрерывно подают осушенный бензол, каталитический комплекс и газообразный этилен. Жидкие продукты реакции алкилирования непрерывно отбирают на высоте примерно 8 м от основания реактора, а сверху реактора отводится паро-газовая смесь, состоящая из непрореагировавших газов и паров бензола. Температура в нижней части реактора равна 100°С, в верхней – составляет 90 - 95°С. Катализаторный комплекс приготовляют в аппарате, откуда суспензия катализатора непрерывно подаётся в реактор алкилирования.

Алкилатор для получения этилбензола в жидкой фазе представляет со­бой стальную колонку, выложенную внутри кислотоупорной футеровкой поз. 4 или покрытую кислотоупорной эмалью для защиты стенок от корродирующего действия соляной кислоты. Аппарат имеет четыре царги поз.1, соеди­ненные фланцами поз. 2. Три царги снабжены рубашками поз. 3 для охла­ждения водой (для отвода тепла при реакции алкилирования). Реактор во время работы заполнен реакционной жидкостью, вы­сота столба которой составляет 10 м . Над уровнем жидкости иногда располагают два змеевика, в которых циркулирует вода, для дополнительного охлаждения.

Работа алкилатора непрерывна: в нижнюю часть его все время подаются бензол, этилен и каталитический комплекс; смесь реаги­рующих веществ и катализатора поднимается в верхнюю часть аппарата и отсюда перетекает в отстойник. Пары, выходящие из верхней части алкилатора (состоящие в основном из бензола), конденсируются и снова возвращаются в алкилатор в виде жид­кости.

За один проход этилен реагирует почти полностью, а бензол только на 50-55%; следовательно, выход этилбензола за один проход составляет около 50% от теоретического; остальной эти­лен теряется на образование ди- и полиэтилбензола.

Давление в алкилаторе во время работы составляет 0,5 ат (избыточное), температура 95-100°С.

Алкилирование бензола этиленом можно вести и в газовой фазе, над твердым катализатором, но этот метод еще мало при­меняется в промышленности.

Выход этилбензола составляет 90 – 95 % в расчёте на бензол и 93 % в расчёте на этилен. Расход на 1 т этилбензола составляет: этилена 0,297 т,

бензола 0,770 т, хлористого алюминия 12 – 15 кг.

2. ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ.

Наиболее дешёвый этилбензол получают выделением его из ксилольной фракции продуктов риформинга или пиролиза, где он содержится в количестве 10-15 %. Но основным способом получения этилбензола остаётся способ каталитического алкилирования бензола.

Несмотря на наличие многотоннажных производств алкилбензолов, существует ряд нерешённых проблем, снижающих эффективность и технико-экономические показатели процессов алкилирования. Можно отметить следующие недостатки:

Отсутствие стабильных, высокоактивных катализаторов алкилирования бензола олефинами; нашедшие же широкое применение катализаторы – хлорид алюминия, серная кислота и др.вызывают коррозию аппаратуры, не регенерируются;

Протекание вторичных реакций, снижающих селективность производства алкилбензолов, что требует дополнительных затрат на очистку получаемых продуктов;

Образование большого количества сточных вод и отходов производств при существующих технологических схемах алкилирования;

Недостаточные единичные мощности производства.

Таким образом, вследствие большой ценности этилбензола, в настоящее время спрос на него очень велик, при этом его себестоимость сравнительно невысока. Сырьевая база для получения этилбензола также широка: бензол и этилен в больших количествах получаются при крекинге и пиролизе нефтяных фракций.

3. СТАНДАРТИЗАЦИЯ

В курсовом проекте были применены следующие ГОСТы:

ГОСТ 2.105 – 95 Общие требования к текстовым документам.

ГОСТ 7.32 – 81 Общие требования и правила оформления курсовых и дипломных работ.

ГОСТ 2.109 – 73 Основные требования чертежа.

ГОСТ 2.104 – 68 Основные надписи на чертежах.

ГОСТ 2.108 – 68 Спецификации.

ГОСТ 2.701 – 84 Схемы, виды, типы, общие требования.

ГОСТ 2.702 – 75 Правила выполнения схем различных видов.

ГОСТ 2.721 – 74 Обозначения условные и графические в схемах.

ГОСТ 21.108 – 78 Условное и графическое изображение на чертежах.

ГОСТ 7.1 – 84 Правила оформления списка литературы.

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Травень В.Ф. Органическая химия: в 2 т: учеб.для вузов / В.Ф. Травень. – М.: НКЦ Академкнига, 2005. – 727 с.: ил. – Библиогр.: с. 704 – 708.

2. Эпштейн Д.А. Общая химическая технология: учеб.для ПТУ / Д.А. Эпштейн. – М.: Химия, - 1979. – 312 с.: ил.

3. Литвин О.Б. Основы технологии синтеза каучуков. / О.Б. Литвин. – М.: Химия, 1972. – 528 с.: ил.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: учеб.для вузов – 4-е изд., испр. / Н.С. Ахметов. – М.: Высшая школа, изд. центр Академия, 2001. – 743 с.: ил.

5. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. / И.И. Юкельсон. – М.: Химия, -1968. – 820 с.: ил.

6. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза: часть 1: Углеводородное сырьё и продукты его окисления. / Я.М. Паушкин, С.В. Адельсон, Т.П. Вишнякова. – М.: Химия, -1973. – 448 с.: ил.

7. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: учеб.для вузов – 4-е изд., перераб. и доп. / Н.Н. Лебедев. – М.: Химия, -1988. – 592 с.: ил.

8. Платэ Н.А., Сливинский Е.В. Основы химии и технологии мономеров: учеб.пособие. / Н.А.Платэ, Е.В.Сливинский. – М.: МАИК Наука / Интерпериодика, -2002. – 696 с.: ил.

Введение…………………………………………………………………………3

2.Технологическая часть……………………………………………………….

2.1. Теоретические основы принятого метода производства………….5

2.2. Характеристика сырья и получаемого продукта…………………..9

2.3. Описание технологической схемы…………………………………12

2.4. Материальный расчёт производства……………………………….15

2.5. Описание устройства и принцип действия основного аппарата….20

3. Выводы по проекту………………………………………………………….22

4. Стандартизация………………………………………………………..........24

5. Список используемой литературы…………………………………………25

6. Спецификация………………………………………………………………26

7. Приложение А………………………………………………………………27

8. Приложение Б………………………………………………………………28