Технология получения циклогексана


Реферат

на тему:

«Технология получения циклогексана»


1. Химия и технология процессов гидрирования


В промышленности основного органического и нефтехимического синтеза широко используют процессы гидрирования углеводородов, кислородсодержащих и азотистых соединений с целью получения главным образом насыщенных углеводородов, кетонов, карбоновых кислот, спиртов и аминов.


2. Гидрирование ароматических углеводородов


Катализаторами гидрирования ароматических систем могут быть все металлы восьмой группы, но в промышленности применяют главным образом никель на носителях, особенно на Cr2O3. С таким контактом достаточная скорость процесса достигается при 120-2000 С. При этом в отличие от олефинов, необходимо повышенное давление (1-5 МПа) - не только для ускорения реакции, но и для увеличения равновесной степени конверсии, так как термодинамические отношения в этом случае менее благоприятны для гидрирования. Ароматические углеводороды нужно предварительно очищать от соединений серы, являющихся контактными ядрами.

Сравнительная стабильность ароматической системы обуславливает ее меньшую реакционную способность при гидрировании по сравнению с олефинами. Так, относительные скорости гидрирования бензола в ядро, циклоолефина и двойных связей в боковой цепи арилолефина таковы (в условных единицах):


1 150 900

По этой причине и даже не смотря на последовательно-параллельный тип реакции со ступенчатым насыщением связей



В реакционной массе не обнаруживается циклических олефинов. Однако в специальных условиях из бензола можно получить циклогексен (нагомогенных катализаторах) или циклогексилбензол (на гетерогенных бифункциональных катализаторах):



Гомологи бензола гидрируются с меньшей скоростью, чем сам бензол, что является еще одним проявлением дезактивирующего влияния заместителей при гидрируемых связях. При наличии в ароматическом углеводороде ненасыщенной боковой цепи она гидрируется в первую очередь. В присутствии медного катализатора, не катализирующего гидрирование ароматических систем, насыщаются только боковые цепи, а на никелевом при избытке водорода происходит полное гидрирование, например, стирола:


Условия гидрирования ароматических углеродов во многом определяются побочными реакциями гидрогенолиза с расщеплением боковых цепей и циклов. Так, из бензола на никелевом катализаторе при 2900 С образуются метан (до 71 %) и свободный углерод:



Еще легче расщепляются боковые цепи, особенно более длинные. Например, из н-пропилбензола при гидрировании можно получить не только пропилциклогексан, но также этил- и метилзамещенные, циклогексан и низшие парафиновые углеводороды. Эти побочные реакции определяют верхний предел температуры при гидрировании ароматических углеводородов.

В промышленности процессы гидрирования ароматических углеродов применяют для синтеза нескольких практически важных продуктов, в особенности циклогексана.

Циклогексан С6Н12 (жидкость; т.кип 80,70 С) содержится в небольшом количестве в бензиновых фракциях нефти, и его можно извлекать из легких нефтяных фракций экстрактивной перегонкой, фракционной кристаллизацией. На практике эти методы используют редко. Это объясняется трудностями, связанными с выделением чистого циклогексана из нефтяного сырья. Главным методом получения циклогексана в промышленности является гидрирование бензола:



Гидрирование бензола протекает с выделением тепла (?Н= -49 ккал). Гидрирование бензола проводят при атмосферном давлении, так и при среднем и высоком давлении. Наиболее выгодно в техноэкономическом отношении является, по-видимому, проведение процесса при высоком давлении: при 200-300 атм и 260 - 3600 С. При более низких температурах равновесие обратимой реакции сдвигается вправо, но значительно уменьшается скорость реакции, и поэтому снижается производительность катализатора. Повышение температуры приводит, наряду с ускорением основной реакции, и к ускорению побочной - изомеризации циклогексана в метилциклопентан:



Если исходный бензол не содержит сернистых соединений, синтез циклогексана проводят при 100 атм и 2700 С в присутствии никелевого катализатора (окись никеля, нанесенная на окись алюминия). Через 1л такого катализатора можно пропустить в час 2,7 л бензола и 20 л водорода, сжатого до 200 атм.

Если в исходном бензоле содержатся сернистые соединения, то используют комбинированный катализатор, состоящий из сульфида никеля и сульфида вольфрама. Сульфиды наносят на носитель - активную окись алюминия; однако возможно применение сульфидов без носителя - в этом случае съем продуктов с единицы объема катализатора выше. Сульфидные катализатор, обладая высокой активностью и селективностью, не отравляется сернистыми соединениями. Наоборот, для его нормальной работы необходимо избегать обессеривания, поэтому вместе с исходными реагентами в контактный слой непрерывно вводят в небольших количествах сероуглерод или сероводород.

В последнее время циклогексан приобрел важное значение для производства циклогексанона, капролактама и адипиновой кислоты.


3. Технология жидкофазного гидрирования


Жидкофазное гидрирование проводят путем барботирования водорода через жидкую реакционную массу. Этим способом всегда гидрируют высококипящие вещества (жиры, высшие карбоновые кислоты и их эфиры, динитрилы), поскольку для их перевода в состояние насыщенного пара потребовались бы чрезмерный избыток водорода и излишнее экономические затраты. Однако при высоком давлении в жидкой фазе можно гидрировать и более летучее вещества.

Процессы жидкофазного гидрирования классифицируют по нескольким основным признакам.

По составу жидкой фазы их можно разделить на следующие группы.

.Гидрирование в среде гидрируемого соединения без посторонних добавок.

.Гидрирование в растворе веществ, инертных в условиях реакции.

.Гидрирование в эмульсиях, например восстановление ароматических динитросоединений в водной эмульсии.

В зависимости от того, в какой форме применяется катализатор, жидкофазные процессы гидрирования можно разделить на три группы.

.С тонкодиспергированным катализатором, нередко получаемым непосредственно в массе гидрируемого вещества.

.С суспендированным в реакционной массе катализатором, измельченным до определенного размера.

.С неподвижным (стационарным) катализатором, используемым в виде гранул разной формы, достаточно крупных, чтобы их не уносили потоки газа и жидкости


4. Технология газового гидрирования


Гидрирование в жидкой фазе осуществляют, пропуская смесь водорода с парами органического вещества через гетерогенный контакт. Этот процесс применяют для веществ, летучесть которых при температуре реакции достаточно для создания необходимо парциального давления их в парогазовой смеси. При большом избытке водорода, высокой температуре и снижении общего давления этим путем можно гидрировать и менее летучее вещества.

Подавляющее большинство реакций газофазного гидрирования проводится со стационарном катализатором в виде шариков, таблеток и в других формах, размером 3-5 мм. Только в редких случаях применяют мелкодиспергированный контакт - для процесса псевдоожиженным катализатором.


. Технологическая схема жидкофазного гидрирования


Технологические схемы большинства процессов жидкофазного гидрирования имеют много общих черт, обусловленных применением высокого давления, избытка рециркулирующего водорода и гетерогенного катализатора (суспендированный в жидкости или стационарный ), а также способом разделения продуктов, зависящим от их физических свойств. Гидрирование обычно проводят в жидкой фазе в присутствии никелевого катализатора: никель Ренея (сплав никеля и алюминия в соотношении 1:1, который обрабатывается концентрированным гидроксидом натрия); Ni/Al2O3; Ni/кизельгур (гидротированная SiO2); благородные металлы Pt/Al2O3 или Ru/Al2O3.Соотношение бензола с водородом 1:3.

Свежий и рециркулирующий водород сжимают компрессорами 1 и 2 до 30 МПа, смешивают и подогревают в теплообменнике 3 (горячими реакционными газами) и в трубчатой печи 4 (топочными газами). предварительно подготовленный бензол подают на реакцию насосом 5 через паровой подогреватель 6, а катализатор - насосом 16. перед реактором 7 все компоненты смешивают; за счет тепла водорода смесь приобретает необходимую температуру (3000 С).

Продукты реакции вместе с катализатором и избыточным водородом выходят с верха реактора 7 и разделяется в горячем сепараторе 8 на жидкую и газовую фазы.

Газовая фаза отдает свое тепло водороду в теплообменнике 3 и дополнительно охлаждается водой в холодильнике 9; образовавшийся конденсат отделяют от водорода в сепараторе 10 высокого давления. Этот водород возвращается на гидрирование.

Жидкую фазу из сепаратора 8 дросселируют до давления, близкого к атмосферному, охлаждают водой в холодильнике 11 и отделяют от выделившегося при дросселировании газа в сепараторе 12 низкого давления. Жидкость поступает на центрифугу 13, где оседают более крупные частички катализатора. Этот шлам шнеком 14 транспортируют в смеситель 15, куда добавляют свежий катализатор. Полученную смесь подают в реактор 7 насосом 16. Таким путем приблизительно 85 % катализатора циркулирует и возвращается в процесс. Остальное его количество находится в чрезмерном измельченном виде (в результате истирания зерен) и выходит из центрифуги 13 вместе с главной массой продуктов, отфильтровываясь от них на фильтр-прессе 17. этот катализаторный шлам выбрасывают.

Жидкую фазу из сепаратора 10 дросселируют и отделяют от газа в сепараторе 18 низкого давления. Газ объединяют с газом из сепаратора 12 и используют в качестве топливного газа. Жидкость из сепаратора 18 отделяют от небольшого количества воды в сепараторе 19, объединяют со смесью продуктов после фильтр-пресса 17 и направляют на дальнейшую переработку.


Технологическая схема

Рис. № 1. Технологическая схема гидрирования бензола.

,2 - компрессоры; 3 - теплообменник; 4 - трубчатая печь; 5, 16 - насосы; 6 - паровой подогреватель; 7 - реактор; 8, 10, 12, 18, 19 - сепараторы; 9, 11 - холодильники; 13 - центрифуга; 14 - шнек; 15 - смеситель; 17 - фильтр-пресс.


Структурная схема

Рис. № 2.Материальные потоки:

G1 водород

G2 топливный газ

S1 шлам

S2 катализатор

L1 бензол

L2 циклогексан

L3 вод

Элементы системы:

1.Компрессор

2.компрессор

.теплообменник

.трубчатая печь

.насос

.паровой подогреватель

.реактор

.сепаратор

.холодильник

.сепаратор

.холодильник

.сепаратор

.центрифуга

.шнек

.смеситель

.насос

.фильтр-пресс

.сепаратор

.сепаратор

углеводород циклогексан гидрирование бензол


Функциональная схема

Рис. № 3.

1.Сжатие водорода

2.Сжатие водорода

.нагревание водорода

.нагревание водорода

.добавление бензола

.нагревание бензола

.гидрирование бензола

.разделение продуктов на газовую и жидкую фазы

.охлаждение газовой фазы

.разделение водорода и конденсата

.охлаждение жидкой фазы

12.разделение на газовую и жидкую фазы

13.отделение катализатора

14.отделение шлама и катализатора

.добавление новой порции катализатора

.добавление катализатора в реакционную смесь

.удаление остатков катализатора

18.разделение на газовую и жидкую фазы

19.отделение продуктов реакции от воды


Операторная схема

Рис. № 4.

1.Сжатие водорода

2.Сжатие водорода

.нагревание водорода

.нагревание водорода

.добавление бензола

.нагревание бензола

.гидрирование бензола

.разделение продуктов на газовую и жидкую фазы

.охлаждение газовой фазы

.разделение водорода и конденсата

.охлаждение жидкой фазы

.разделение на газовую и жидкую фазы

.отделение катализатора

.добавление новой порции катализатора

.добавление катализатора в реакционную смесь

.удаление остатков катализатора

.отделение шлама и разделение на газовую и жидкую фазы

.отделение продуктов реакции от воды


Выводы


Циклогексан - жидкость с температурой кипения 80,70 С. В небольших количествах содержится в бензиновых фракциях нефти. Применяется преимущественно (95%) в производстве найлона, также увеличивается применение продуктов окисления циклогексана адипиновой кислоты. В производстве пенопластов, пластификаторов, и эластомеров (каучуков). Главным и практически единственным способом получения является реакция гидрирования бензола, реакция обратима и сильно экзотермична, поэтому необходимо ее проводить при температуре 179-1800С и давлении 2,5-3 МПа.

В заключении хотелось бы сказать, что в последнее время циклогексан приобрел важное значение для производства циклогексанона, капролактама и адипиновой кислоты.


Литература


1.Лебедев Н.Н.: Химия и технология основного органического синтеза. - М.; Химия, 1981 г.-608с., ил.

2.Мухленов И.П., Горштейн А.Е., Тумаркина Е.С.: Основы химической технологии: Учебник для студентов спец. вузов. - М.: Высш.шк.,1991.-463с.: ил.

.Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартер М.Г.: Общая химическая технология: Учеб. Для техн. Вузов. - М.: Высш.шк., 1990.-520с.; ил.


Теги: Технология получения циклогексана  Реферат  Химия
Просмотров: 6829
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Технология получения циклогексана
Назад