30323

Физико-химические основы технологических процессов

Доклад

Иностранные языки, филология и лингвистика

Физикохимические основы технологических процессов Этилбензол на нефтехимических предприятиях Украины и в ведущих капиталистических странах получают по каталитической реакции алкилирования бензола этиленом: С6Н6 С2Н4→С6Н5СН2СН3 2 Реакция алкилирования бензола этиленом можно классифицировать как: по зоне протекания химической реакции гетерогенная ; по использованию в ходе реакции катализатора...

Русский

2013-08-24

59.5 KB

8 чел.

1.1.2.Физико-химические основы технологических процессов

Этилбензол на нефтехимических предприятиях Украины и в ведущих капиталистических странах получают по каталитической реакции алкилирования бензола этиленом:

                                       С6Н6 + С2Н4→С6Н5СН2-СН3                                   …(2)

Реакция алкилирования бензола этиленом можно классифицировать как:

-по зоне протекания химической реакции- гетерогенная ;

-по использованию в ходе реакции катализатора- гетеро-каталитическая;

-по характеру протекания- простая;

-по механизму протекания- электрофильного замещения;

-по физическим параметрам проведения- высокотемпературная, осуществляемая при среднем давлении;

-по тепловому эффекту- экзотермическая.

  Побочными продуктами этой реакции являются полиэтилбензолы, от которых целевой товар отделяют при помощи дистилляции:

                                 С6Н6 + 2СН2=СН2→С6Н42Н5)2                            …  (3)

                               С6Н6 + 3СН2=СН2→С6Н32Н5)3                                …(4)

Зависимость скорости реакции  представлена в следующем виде:

            r=d[ArR]/dτ= k1 k2[ArH][R+][B]/ (k-1+ k2[B])                             …(5)

Скорость алкилирования зависит от многих факторов, следовательно, возможны различные предельные случаи:

  •  Распад σ-комплексана исходные компоненты протекает значительномедленнее, чем отрыв протона; тогда k2[B]>>k-1 и величиной  k-1 в знаменателе можно пренебречь. В этом случае выражение 4  преобразуется в    r=[ArH][R+][B], т.е. реакция имеет второй порядок и концентрация основания не влияет на ее скорость.
  •  Если  k-1>> k2[B], то r=( k1 k2/ k-1) [ArH][R+][B],т.е. реакция имеет третий порядок и ее скорость зависит от концентрации основания.
  •  Если k-1 k2[B] >k1, то скорость реакции описывается выражением 4 и нелинейно зависит от концентрации основания.
  •  Если k1k-1> k2[B], то скорость реакции зависит от  концентрации основания и находящегося в избытке исходного реагента.

   Алкилирование этиленом протекает в присутствии безводного HCl с образованием активного комплекса:

                                 …(6)

Механизм реакции алкилирования предполагает, что сначала алкилгалогенид и катализатор образуют реагент (быстрая стадия), представляющий собой комплекс с переносом заряда (I) или ионную пару (II), который затем реагирует с ареном (медленная стадия), давая соединение III; перенос протона к растворителю приводит к продукту реакции. При проведении процесса без растворителя или в слабоосновном растворителе III - конечный продукт алкилирования, он распадается лишь при разложении реакционной массы:

…(7)

   При алкилировании в качестве катализаторов используют кислоты Льюиса, протонные кислоты, кислотные оксиды, а также катионообменные смолы.

 В промышленности в качестве катализатора чаще всего используется А1С13, это объясняется тем, что последний позволяет проводить реакции алкилирования и диспропорционирования при низких температурах с высокими скоростями по отдельным стадиям. При этом процесс реализуется при использовании прочих технологических схем, в должной мере отработан и допускает создание агрегатов большой единичной мощности.           Процесс алкилирования бензола олефинами, катализируемый комплексом на основе А1С1з является жидкофазным и протекает с выделением тепла.

         Хлорид алюминия в твердом виде практически не растворим в углеводородах и слабо катализирует реакцию. Однако по мере выделения НС1 хлорид алюминия начинает превращаться в темное жидкое вещество, также не растворимое в избытке углеводорода. Этот комплекс Густавсона обладает высокой каталитической активностью, и реакция постепенно ускоряется. Его можно приготовить, пропуская НС1 при нагревании через суспензию А1С1з в ароматическом углеводороде. Комплекс представляет собой соединение А1С1з и НС1 с 1—6 молекулами ароматического углеводорода, одна из которых находится в особом структурном состоянии положительно заряженного иона (σ-комплекс), а остальные образуют сольватную оболочку А12С17.

В настоящее время известны следующие гетерогенные катализаторы алкилирования бензола пропиленом: фосфорнокислотный, катализаторы на основе оксидов и солей металлов, оксиды, модифицированные ВРз, аморфные алюмосиликаты, цеолиты и катеониты.

                               ВF3* Н2О↔Н+[ ВF3ОН]¯                                               …(8)

При использование ВF3 не наблюдается промежуточных π- и σ-комплексов. При взаимодействии с олефинами образуются эфироподобные комплексы:         

                                                                                     σ+        σ-

                              ВF3 ·Н2О↔ Н+[ ВF3ОН]¯→СН3−СН…   ВF3ОН     …(9)

                                                                              СН3

Процесс с Н2SО4 и НF3 проводят в жидкой фазе при 10—40°С и 0,1—1,0 МПа. Образование комплексов и механизм реакции в присутствии Н2SО4 протекает следующим образом:

                СН2=СН2 + Н2SО4 →[ −СН3−СН2 ]+ + НSО4¯       …(10)

                 С6Н6 + НSО4¯ →[ С6Н5]¯ + Н2SО4                                      …(11)

                    [ С6Н5]¯ + [ −СН3−СН2 ]+ С6Н5С2Н5                        …(12)

Таким образом реакция алкилирования протекает по сложному многомаршрутному механизму.

Образование комплексов при реакции алкилирования ароматических углеводородов олефинами в присутствии сильных протонсодержащих кислот может быть представлено в упрощенном виде следующим образом:

         2Н3Р04→ Н2Р04 + Н4Р04 +                                  … (13)

        С2Н4 + Н4Р04۬ С2Н5 + + Н3Р04                             …(14)

       С6Н6 + С2Н5 + → С6Н5С2Н5  +                         …(15)

       Н2Р04¯ +Н۬Н3Р04                                                                         …(16)

Процесс с Н3Р04 проходит в газовой фазе при 225—275°С и 2—6 МПа, с алюмосиликатами и цеолитами — в жидкой или газовой фазе при 200—400°С и таком же давлении. Твердый фосфорно-кислотный катализатор имел одно время широкое распространение при алкилировании. Теперь же все большее внимание уделяется гетерогенным катализаторам (ВF3), что обеспечивает большую селективность по целевому продукту и уменьшение выброса вредных веществ.

  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

72094. Эффективность использования финансовых ресурсов предприятия ООО «Маджерик» 274.75 KB
  Цель дипломной работы - провести анализ эффективного использования финансовых ресурсов предприятия ООО «Маджерик», а также предложить мероприятия по совершенствованию использования финансовых ресурсов. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: Рассмотреть теоретические основы управления финансовыми ресурсами предприятия...
72095. Разработка и проектирование локальной вычислительной сети для ООО “Карнавал” 3.67 MB
  Характеристика подразделений и видов их деятельности Данная организация состоит из: коммерческой службы финансовой службы административно-хозяйственной части и руководство исполнительной дирекцией рисунок 1 Коммерческая служба объединяет ряд отделов: Отдел рекламы определяет планирование и направление рекламных...
72096. Левобережная Украина в составе России: проблемы интеграции со времен Петра I до Екатерины II. Присоединение к России Правобережной Украины и Белоруссии 17.52 KB
  После смерти Петра Великого политический курс Петербурга по отношению к Украине меняется в связи с обострением отношений с Османской империей усиливается тенденция к централизации управления. принимаются Решительные пункты устанавливавшие правовую основу управления Украиной.
72097. Российско-украинские отношения и гражданская война на Украине (1657-1687) 16.88 KB
  По условиям этого договора: 1 Украина вошла в польско-литовское государство на правах ограниченной автономии; 2 прямых выборов гетмана не было: Украина могла лишь выбирать кандидатов из числа которых король назначал гетмана; 3 в сенат Речи Посполитой вошли православные епископы...
72098. Русская Америка в контексте российско-американских отношений (1809-1867 гг.) 16.54 KB
  В 1776 году было образовано независимое государство Соединенные Штаты Америки в 1807 году между Россией и США были установлены дипломатические отношения. Шеффер предложил Александру I завладеть островом на Гавайях и сделать его промежуточным портом для кораблей РАК но император крайне...
72099. Итоги освободительной борьбы украинского народа (1648-1654 гг.) и «цена» воссоединения Украины с Россией для Московского государства 18.58 KB
  Важнейшими пунктами на которые Москва дала согласие были: права и вольности всякого звания людей на Украине подтверждаются всякие выборные суды казачьи и выборные городские должности должны и впредь отправляться свободно. Существовало противоречие между крепостным правом в России и свободой на Украине...
72100. Сибирь и Дальний Восток в политике царизма и особенности управления данными территориями (конец XVI – начало XX вв.) 18.61 KB
  Высший администратор власти Сибири обладал большими полномочиями нежели в других частях империи. К 1917 на территории Сибири и Дальнего Востока использовались формы административного управления: Тобольская и Томская губернии; Иркутское и Приамурское генералгубернаторства Якутская область казачьи и горные округа...
72101. Характеристика взаимоотношений царской администрации с народами Сибири и Дальнего Востока 19.23 KB
  На территории Сибири и Дальнего Востока проживало огромное количество народов с разными уровнями развития и которые вели разный образ жизни оседлый живущие в городах или селениях кочевой кочующие земледельцы и бродячие свободно переходящие из губернии в губернию...