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

7653. Проблема сущности культуры 40.5 KB
  Проблема сущности культуры. Сущность культуры как философская проблема. Выявить сущность и значение культуры как особого социального феномена, зафиксировать ее всеобщее определение возможно только средствами философского анализа. Достаточно очеви...
7654. Культура и природа. Пространственно-временные координаты бытия культуры 45 KB
  Культура и природа. Пространственно-временные координаты бытия культуры Природой в широком смысле слова называют все объективно существующее, т.е. понятие природа предельным образом приближено к понятию материальный мир. Словом культура в само...
7655. Культура и общество 79.5 KB
  Культура и общество Несмотря на то, что дефиниция общества представляет для социологии почти такую же проблему, как определение культуры для культурологии, сформулируем рабочее определение данного понятия. Под обществом мы будем понимать совокупност...
7656. Человек в мире культуры 39.5 KB
  Человек в мире культуры Взаимоотношения культура - человек можно рассматривать сквозь призму трех уровней: практического, практически-духовного и теоретического. Первый уровень - реальное созидание человеком второй природы (предметов...
7657. Проблемы типологии культуры. Концепции культурно-исторических типов и линейная (стадиальная) схема периодизации культуры 88.5 KB
  Проблемы типологии культуры. Концепции культурно-исторических типов и линейная (стадиальная) схема периодизации культуры При изучении культур встает проблема их типологизации. Необходимость типологизации культуры следует из сложности и многогр...
7658. Культура как информационно-семиотическая система 61 KB
  Культура как информационно-семиотическая система. I. Новый поворот в понимании сущности культуры наметился в первой половине XX века, и причиной его стало появление новой науки - семиотики. Семиотика - это наука о знаках, знаковых си...
7659. Современная культура как культура масс-медиа 48 KB
  Современная культура как культура масс-медиа I. Сложность исследования особенностей современной культуры, определяется несколькими моментами. Во-первых, современный мир мультикультурен, так как, если ранее степень изоляции различный культур была зна...
7660. Історія української літератури (20 ст.) 59.5 KB
  Історія української літератури (20 ст.) Загальна характеристика українського літературного процесу 20 ст. Загальні особливості української культури 20 ст. Особливості розвитку української культури і літератури в 20-х рр. Трагедія україн...
7661. Комп’ютерний дизайн 30 KB
  Комп’ютерний дизайн Введення в комп’ютерну графіку Графічні редактори. Способи створення графічного зображення. Основи роботи із програмою векторного і растрового графіка. Литература: Вакал Е.С. - Основы роботы на ПК Глушаков С.В...