Reakcija alkilacije fenola s olefinima i područja primjene. Karakteristike polaznih sirovina i rezultirajućeg proizvoda. Dizajn i princip rada glavnog aparata. Tehnološki proračun glavnog aparata i materijalni bilans proizvodnje.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije

Nizhnekamsk Petrohemijski univerzitet

Specijalnost 240503 grupa 1711-z

DIPLOMSKI KVALIFIKACIJSKI RAD

Tema: Alkilacija fenola sa propilen trimerima(Pproduktivnost 125.000 tona godišnje alkil fenola)

Završeno

Provjereno

Uvod

1. Tehnološki dio

1.6.2 Specifikacija instrumentacije i opreme za automatizaciju

1.8 Industrijska ekologija prečišćavanja otpadnih voda u proizvodnji neonola

2. Proračunski dio

2.2 Proračun glavnog uređaja

Književnost

Uvod

Relevantnost teme ovog završnog kvalifikacionog rada „Alkilacija fenola sa propilen trimerima“ proizilazi iz činjenice da je do danas spoljnotrgovinski promet Rusije značajno nadmašio povećanje industrijske proizvodnje u smislu stopa rasta. Generalno, ovo je progresivan trend koji se manifestuje u većini razvijenih zemalja svijeta u konkurenciji na globalnom tržištu. U okviru ove trgovine odvija se i intenzivna razmjena naučnih i tehničkih dostignuća pojedinih zemalja.

Stanje hemijske i petrohemijske industrije u velikoj meri zavisi od sveruskog izvoza. OJSC NKNK zauzima vodeću poziciju među ruskim proizvođačima i izvoznicima petrokemijskih proizvoda. Gotovo svi proizvodi koje proizvodi OJSC NKNK su veoma traženi na stranom tržištu, koje je po kapacitetu višestruko veće od domaćeg tržišta.

Svrha rada: alkilacija fenola propilen trimerima.

Na osnovu cilja, istaknuti su sljedeći zadaci ovog rada:

1. Razmotriti teorijsku osnovu metode proizvodnje alkilacije fenola.

2. Izvršiti proračune u proizvodnji fenola.

Struktura rada sastoji se od uvoda, dva poglavlja, zaključka i liste literature.

1. Tehnološki dio

1.1 Teorijska osnova usvojene metode proizvodnje

Alkilacija je proces uvođenja alkil grupa u molekule organskih supstanci.

Reakcija alkilacije fenola sa olefinima je izvor alkilfenola.

Ova metoda je visokotemperaturna, javlja se pod sljedećim uvjetima:

temperatura? 85 - 125oS

pritisak 0,4MPa

katalizator Levatit-SRC-108/4 BC.

Olefini su od primarne važnosti kao agensi za alkilaciju. Alkilacija s olefinima odvija se ionskim mehanizmom kroz formiranje karbokationa i katalizirana je protonskim i aprotonskim kiselinama. Reaktivnost olefina određena je njihovom tendencijom stvaranja karbokationa:

RCH = CH2 + H+ - RC+H - CH3.

To znači da produžavanje i grananje lanca ugljikovih atoma u olefinu značajno povećava njegovu sposobnost alkiliranja:

CH2 = CH2< CH3 - CH = CH2 < CH3 - CH2 - CH = CH2 < (CH3)2C = CH2

Alkilacija se odvija uzastopno sa stvaranjem mono-, di- i trialkilfenola, ali u isto vrijeme dolazi do kiselinsko-katalizacije preraspodjele s migracijom orto-alkil grupa u formiranje para-izomera, koji su u ovom slučaju najstabilniji. Dakle, shema transformacije je sljedeća:

Alkilacija fenola olefinima je praćena sporednim reakcijama polimerizacije olefina i destrukcije alkil grupa. Kada se cilja alkilacija, ovi sporedni procesi su nepoželjni.

Reakcija alkilacije se izvodi u adijabatskom reaktoru. Reakcioni proizvodi nakon alkilacije se podvrgavaju rektifikaciji. Stepen konverzije propilen trimera je 98,5%.

Odnos trimera fenola i propilena je 4:1.

Provođenje procesa alkilacije fenola propilen trimerima je predviđeno u reaktoru sa aksijalnim unosom sirovina.

Tehnološki proces proizvodnje kontroliše se automatizovanim sistemom upravljanja pomoću računara i APACS+.

Zagrijavanje tehnoloških cjevovoda obezbjeđuje se zagrijavanjem vode temperature 150°C. /2.245./

1.2 Karakteristike sirovina i gotovog proizvoda

Tabela 1. Karakteristike sirovine i rezultirajućeg proizvoda

Naziv sirovina, materijala, reagensa, katalizatora, poluproizvoda, proizvodnih proizvoda	Broj državnog ili industrijskog standarda, specifikacije, standard preduzeća	Indikatori kvaliteta potrebni za verifikaciju	Standard prema GOST-u, OST-u ili standardu preduzeća	Svrha, obim
Fenol stepen "B"	GOST23 51979	1. Izgled 2. Temperatura kristalizacije, °C ne niža 3. Maseni udio neisparljivog ostatka, % ne više 4. Optička gustina vodenog rastvora fenola (0,8 g razreda B u 100 cm3 (vode) na 20 °C, ne više od 5. Optička gustina sulfoniranog fenola, ne više 6. Boja taline fenola na skali platina-kobalt, ne više	Bijela tečnost 40,6 0,008 0,03 nije standardizovan
Propilenski trimeri	TU2211031	1.Izgled	prozirna bezbojna tečnost bez mehaničkih nečistoća i nerastvorljive vlage	Koristi se za sintezu alkilfenola
		2. Maseni udio propilen trimera, % ne manje 3. Maseni udio olefina C8 i ispod, % ne više od 4. Maseni udio olefina C10 i više, % ne više od 5. Maseni udio vlage, % ne više 6. Broj broma, mg. brom na 100 g proizvoda, ne manje 7. Maleićev broj mg. anhidrid maleinske kiseline po 1g. proizvod, ne više 8. Maseni udio parafina, %, ne više 9. Maseni udio peroksidnih jedinjenja, %, ne više 10. Maseni udio ionol, %. unutar	95,0 2,0 3,0 0,02 120 2,0 1,0 0,0005
		1. Izgled	bezbojna prozirna tečnost
Tehnička soda kaustična RR		1. Izgled 2. Maseni udio natrijum hidroksida, %, ne manje 3. Maseni udio natrijum karbonata, %, ne više 4. Maseni udio natrijum hlorida, %, ne više 5. Maseni udio gvožđa u odnosu na Fe2O3, %, ne više 6. Zbir masenih udjela oksida željeza i aluminija, %, ne više natrijum sulfat,%, ne više	bezbojna prozirna tečnost 42,0 0,5 0,05 0,0015 0,02	Za neutralizaciju kiselog okruženja alkilata
Azot gasoviti i tečni visoke čistoće, 2. razreda		1. Zapreminski udio dušika, %, ne manje 2. Zapreminski udio kiseonika, %, ne više Zapreminski udio vodene pare u plinovitom dušiku, %, ne više	99,95 0,05	Koristi se u pripremi opreme za popravku i za ispitivanje sistema pod pritiskom, za sušenje istrošenog katalizatora
Monoalkilfenoli	TU 38. 602 09 20 91	1.Izgled 2. Boja, jodne skale, ne više 3. Maseni udio monoalkilfenola, %, ne manje 4. Maseni udio dialkilfenola, %, ne više 5. Maseni udio fenola, %, ne više 6. Maseni udio vode, %, ne više 7. Tačka paljenja u otvorenom lončiću, °C, ne niže	Uljana bistra tečnost 10 98,0 1,0 0,1 0,05	Koriste se u proizvodnji etoksilovanih monoalkilfenola (neonola), aditiva za ulja za podmazivanje, smola kao što je "Oktofor"

Fenol (hidroksibenzen, karbolna kiselina) C6H5OH je bijela kristalna supstanca sa specifičnim mirisom "katrana" sa tačkom topljenja od 40,9 °C, tačkom ključanja od 181,75 °C i gustinom od 1057,6 kg/m3. Rastvorljiv je u vodi, formirajući s njim azeotropnu smjesu s tačkom ključanja od 99,6 °C. Rastvorljiv u etanolu, dietil eteru, benzenu, acetonu i hloroformu. Ima blago kisela svojstva i rastvara se u vodenim rastvorima alkalija da bi formirao odgovarajuće fenolate. Lako se oksidira atmosferskim kisikom, stvarajući oksidacijske produkte koji ga boje u ružičasto, a zatim u smeđe. U obliku para, prašine i rastvora

toksično. Ako dođe u dodir s kožom, fenol izaziva opekotine, a u parama iritira sluzokožu očiju i disajnih puteva.

Fenol je jedan od velikih proizvoda osnovne organske sinteze. Njegova globalna proizvodnja je oko 5 miliona tona, a oko polovine proizvedenog fenola koristi se za proizvodnju fenol-formaldehidnih polimera. Fenol se također troši u proizvodnji difenilpropana, kaprolaktama, alkilfenola, adipinske kiseline i raznih plastifikatora.

C9H18 propilen trimeri su bistra bezbojna tečnost sa tačkom paljenja od 21°C, tačkom ključanja od 125°C i gustinom od 749 kg/m3. Slabo rastvorljiv u vodi.

Monoalkilfenol je uljasta prozirna tečnost sa tačkom ključanja od 250°C

Tačka paljenja 112°C i gustina 944 kg/m3. Ne rastvara se u vodi. Monoalkilfenoli s alkil grupom od 5-8 atoma ugljika jaki su baktericidni agensi, a kada se prošire na 8-12 atoma ugljika, pokazuju se kao vrijedni međuprodukti za sintezu nejonskih surfaktanata njihovom oksoetilacijom:

Najvažnije područje primjene alkilfenola i produkata njihove dalje transformacije je proizvodnja stabilizatora za polimere i ulja protiv termičke oksidativne degradacije koja nastaje tokom rada ovih materijala, posebno na povišenim temperaturama. /3.750./

1.3 Opis tehnološke šeme

Proces alkilacije fenola sa propilenskim trimerima ili olefinima odvija se u tečnoj fazi u dva reaktora povezana u seriju sa stvaranjem reaktivnog kationa. Katalizator se općenito veže na trimer ili ga protonira. Alkilirajući agens može biti i kompleks katalizatora i trimera.

Glavna reakcija za stvaranje monoalkilfenola (MAP) može biti sljedeća: fiksni sloj katalizatora. Uloga katalizatora alkilacije je

S6N6O + S9N18 S15N24O

Neželjena reakcija stvaranja dialkilfenola (DAP):

S15N24O + S9N18 S24N42O

Reakcija alkilacije na prosječnoj temperaturi od 110°C teče oslobađanjem topline od 14,82 kcal/mol propilen trimera.

Pod uslovima prihvaćenim za proces, na 1 mol monoalkilfenola nastaje 0,083 mol dialkilfenola.

Stvaranje nusproizvoda visoko alkiliranih fenola ovisi o brojnim faktorima, na primjer, temperaturi, omjeru fenola i olefina, vremenu zadržavanja alkilata u reakcionoj zoni, itd.

Reakciona masa (alkilat) nakon reaktora za alkilaciju u prosjeku sadrži:

- 0,60% mas. - propilenski trimeri, parafini;

- 32,65% mas. - fenol;

- 58,60% mas. - alkilfenola

- 7,65% mas. - dialkilfenola i drugih.

Reakcija alkilacije fenola sa propilen trimerima odvija se u adijabatskom reaktoru pri pritisku od 0,4 MPa (4 bara) i temperaturi od 80°C do 125°C.

Temperatura u reaktoru se povećava zbog oslobađanja toplote tokom egzotermne reakcije. Konačna temperatura je određena performansama katalizatora, koji gubi svoju aktivnost na 170 °C. Brzina kretanja tečnosti u odnosu na slobodni poprečni presek reaktora je 0,7 cm/sec, vreme zadržavanja je 15 minuta. Aktivnost katalizatora se smanjuje tokom rada i nakon 12 - 13 mjeseci rada katalizator se mora zamijeniti. Povećanje temperature u reaktorima ima značajan uticaj na performanse katalizatora, tako da rad na svežem katalizatoru zahteva blaži temperaturni režim za alkilaciju. Temperatura dna reaktora se održava na 70-800C.

Pri malim opterećenjima, reakciona smeša se dovodi u drugi reaktor sa početnom temperaturom od 60-800C. Molarni omjer trimera fenol:propilen održava se najmanje 2:1. Ovo se postiže regulacijom protoka glavnih tokova - fenola i trimera propilena ili olefina - u mikser poz. S-1.

Potrošnja fenola u mikseru poz. C-1 se održava pomoću regulatora protoka poz.6-6 instaliranog na dovodnom vodu

fenol i propilen trimeri sa regulatorom protoka poz.5-6. Nakon miješanja u mikseru poz. C-1 reakcijska smjesa ulazi u prsten hladnjaka poz. T-1, gdje se hladi sekundarnom rashladnom vodom do temperature od 80°C. Vratite rashladnu vodu iz frižidera poz. T-1 ulazi u radionički povratni kolektor vode.

Iz frižidera poz. T-1 reakcijska smjesa se dovodi na alkilaciju u prvi reaktor poz. P-1a odozdo tokom procesa, alkilat ulazi kroz međuhladnjak poz. T-2, gdje se hladi sekundarnom rashladnom vodom, do donjeg dijela drugog reaktora duž procesa, poz. R-1b.

Temperaturu vrha prvog reaktora tokom procesa automatski održava regulator temperature poz.11-7 zbog hlađenja reakcione smjese u hladnjaku poz. T-1 sekundarna rashladna voda, pomoću regulacionog ventila poz. 11-12, koji je instaliran na sekundarnom odvodu rashladne vode iz frižidera, poz. T-1.

Temperaturu vrha drugog reaktora u procesu održava automatski regulator temperature poz. 14-5 zbog hlađenja alkilata u frižideru poz. T-2 sa sekundarnom rashladnom vodom, čiji je kontrolni ventil poz. 14-11 se ugrađuje na sekundarni vod za ispuštanje rashladne vode iz frižidera, poz. T-2.

Kako bi se izbjeglo smanjenje tlaka u reaktorima ako je tlak u njima previsok, ugrađeni su dvostruki sigurnosni ventili.

Zbog činjenice da alkilat ima kiselu sredinu, da bi se sprečila korozija radioničke opreme, alkilat iz drugog reaktora u procesu, poz. R-1b ulazi

mikser pos. C-2 za neutralizaciju. Glavna neutralizacija alkilata se vrši sa 20-42% rastvorom natrijum hidroksida nakon uključivanja novog reaktora sa svežim katalizatorom na pH = 6,5-7,0. Dalje održavanje pH=6,5-7,0 vrši se propilen trimerima pH=7,0. Mješalica je opremljena vodećim pločama iznutra, zbog kojih se tokovi miješaju.

Iz kontejnera poz. E-2 u mikser poz. C-2 alkaliju po potrebi napaja klipna pumpa poz. N-2a, b. Doziranje alkalija u alkilat se vrši u zavisnosti od kiselosti alkilata.

Iz miksera poz. C-2 neutralizirani alkilat ulazi u kontejner, poz. E-3, dok se dio stalno šalje u analizator na hromatograf.

Alkilat u posudi poz. E-3 se skladišti pod azotnim „jastukom“ pri konstantnom pritisku, koji se automatski održava pomoću regulatora pritiska poz. 18-5.

1.4 Dizajn i princip rada glavnog aparata

alkilacija fenola propilena

Glavni aparat za izvođenje procesa alkilacije je reaktor poz. R-1 a, b, namijenjen za alkilaciju fenola sa propilen trimerima.

Uređaj je vertikalna cilindrična posuda poz. 1 sa gornje poz. 3 i niže poz. 2 poklopca od nerđajućeg čelika. Cilindrični dio je spojen s poklopcem i dnom pomoću klinova. Prirubnički priključci su tipa pero-utor. Između cilindričnog dijela i dna nalazi se rešetka poz. 4, dizajniran da drži sloj katalizatora. Rešetka se sastoji od uzdužnih i poprečnih metalnih ploča, prekrivenih mrežicom sa finom mrežom u svjetlu 0,25x0,25 mm, čime se eliminira kvar katalizatora. Katalizator unutar aparata nalazi se metodom bulk. Reakciona smjesa prolazi kroz sloj katalizatora, gdje se reakcija alkilacije odvija na aktivnim mjestima katalizatora. Alkilat napušta reaktor kroz filter poz. 5, ugrađen u sredinu okova poz. H. Filter je cilindar sa mnogo rupa, prekriven metalnom mrežom sa finom mrežicom u svjetlu 0,25x0,25 mm.

Na bočnoj strani donjeg poklopca nalazi se priključak, poz. A za ulazak u reakcionu smjesu, izlaz izreagovane smjese se izvodi kroz fiting poz. B, ugrađen u gornji poklopac. Katalizator se puni kroz fiting poz. B, instaliran u poklopcu reaktora pod uglom u odnosu na glavnu os aparata, do istovara dolazi do postavljanja poz. Zh, koji se nalazi na dnu cilindričnog dijela aparata, koji se može koristiti i kao otvor za montažu i pregled unutrašnjih uređaja. Na donjoj tački uređaja nalazi se priključak, poz. D, namijenjen za pražnjenje reaktora proizvoda prije istovara katalizatora i popravke aparata.

Na vanjsku stranu cilindričnog dijela zavaren je nosač koji se sastoji od suknje i deset nogu. specifikacije:

1. Kapacitet 10,3 m3

2. Okruženje u uređaju je otrovno i eksplozivno

3. Radni pritisak 0,4 MPa

4. Radna temperatura 95 0C

5. Glavni materijal Čelik X18N10T

6. Težina uređaja 5030 kg

7. Dimenzije:

a) visina 9550 mm

b) prečnik 1200 mm

/4.86/

1.5 Analitička kontrola proizvodnje

GOST 14870-77 Mjerenje koncentracije vlage Fisher metodom

Metoda uključuje otapanje ili dispergiranje uzorka u odgovarajućem rastvaraču i titriranje sa Karl Fischer reagensom, koji je mješavina joda, sumpor-dioksida, piridina i metanola. U prisustvu vode, jod reaguje sa sumpordioksidom da nastane bezbojna jodovodikova kiselina i sumporni anhidrid prema sledećoj jednadžbi reakcije:

S5N5 I2 + S5N5N SO2 + S5N5N + H2O + CH3OH

2S5N5N HI + S5N5N HSO4 CH3

Za krajnju tačku titracije uzima se trenutak pojave slobodnog joda, određen elektrometrijski ili vizualno.

Ova metoda određuje higroskopnost, kristalizaciju i sorbiranu vodu.

Kromatografska metoda br. 307-007-92

Metoda se temelji na hromatografskom razdvajanju komponenti smjese s njihovom naknadnom registracijom na izlazu iz kromatografske kolone pomoću detektora toplinske provodljivosti.

Kromatografska metoda TU 2211-031 05766801

Metoda se zasniva na razdvajanju komponenti analiziranog uzorka na hromatografskoj koloni sa njihovom naknadnom registracijom pomoću sistema spojenog na detektor plamene jonizacije.

Potenciometrijska metoda br. 8 Mjerenje pH vrijednosti

Tehnika je namijenjena za mjerenje pH vode kondenzata, otpadnih i industrijskih voda. Metoda mjerenja pH vrijednost odgovara negativnom decimalnom logaritmu aktivnosti vodonikovih jona u otopini pH=-log an. pH vrijednost je mjera kiselosti ili alkalnosti otopine.

Tabela 2.18 Određivanje medijuma vodenih rastvora

GOST 4333 - 87

Suština metode je zagrijavanje uzorka naftnog proizvoda u otvorenom lončiću zadatom brzinom sve dok se ne pojavi bljesak pare (tačka paljenja) naftnog proizvoda iznad njegove površine iz uređaja za paljenje i dok se uz daljnje zagrijavanje ne pojavi proizvod se zapali (temperatura paljenja) sa trajanjem sagorevanja od najmanje 5 sekundi.

GOST 14871 - 76

Boja je konvencionalno prihvaćena kvantitativna karakteristika za tečne hemijske reagense i njihove rastvore koji imaju malo boje.

Metoda se zasniva na određivanju boje vizuelnim poređenjem sa skalom boja.

1.6 Automatizacija proizvodnje

1.6.1 Opis petlje kontrole protoka sirovine

803-1 - dijafragma DK 25-100

803-2 - senzor viška tlaka Metran-100 DD-2430

803-3 - HID 2029 Intrinzična sigurnosna barijera

803-4 - HID 2037 Intrinzična sigurnosna barijera

803-5 - elektropneumatski pozicioner EPP-Ex

803-6 - upravljački ventil sa jednim sjedištem - tip NZ RK201nzh

Opis kontrolne petlje refluksa u Kt-2

Diferencijalni pritisak sa membrane (poz. 803-1) se dovodi do senzora viška pritiska sa ugrađenim mikroprocesorom Metran-100 DD-2430 (poz. 803-2). Normalizovani električni signal od 4 - 20 mA od senzora kroz intrinzičnu sigurnosnu barijeru HID 2029 (stavka 803-3) se dovodi do kontrolera, gde se snima i upoređuje sa prethodno podešenom vrednošću. Ako postoje odstupanja izmjerenog parametra od navedene vrijednosti, APACS sistem generiše kontrolnu akciju na

jednosedišni kontrolni ventil - tip NZ RK201nzh (poz. 803-6) kroz unutrašnju sigurnosnu barijeru HID 2037 (poz. 803-4) i kroz elektropneumatski pozicioner EPP-Ex (poz. 803-5) do neusklađenosti postaje nula.

Slika 1. Protočni krug trimera propilena u mikser S-3

1.6.2 Specifikacija instrumentacije i opreme za automatizaciju

Tabela - Specifikacija instrumentacije i opreme za automatizaciju

Broj pozicije	Ime parametar	podešavanja instrumenta	Kontrolisano okruženje	Naziv i karakteristike uređaja	Model instrumenta	Količina (kom)
	Kontrola pritiska u cevovodu propilenskih trimera	Na gasovodu	propilenski trimeri		Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
	Regulacija potrošnje propilen trimera E-1	U pripremi	propilenski trimeri		Tip DK 25200 GOST 8.563.1
		Na gasovodu			Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
		Na ventilu
		Na gasovodu
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Samosigurna barijera HID serija izlaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Temperatura u E-1	Na gasovodu	propilenski trimeri		TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Regulacija pritiska u E-1	Na gasovodu			Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Samosigurna barijera HID serija izlaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
		Na ventilu		Dizajniran za kretanje
		Na gasovodu		Regulacijski ventil aktuatora sa pneumatskim pogonom
	Reguliranje potrošnje propilen trimera u S-1	U pripremi	propilenski trimeri	Komorna dijafragma ugrađena u prirubnice cevovoda DSK u skladu sa GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Tip DK 25200 GOST 8.563.1
		Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100 dizajniran je za mjerenje i kontinuiranu konverziju u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal u standardu HART protokola, ili digitalni signal baziran na RS485 interfejsu ulaznog signala diferencijalnog pritiska.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Samosigurna barijera HID serija izlaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
		Na ventilu		10…100 mm. Zaštita od eksplozije: ExdsllB+H2T6
		Na gasovodu		Regulacijski ventil aktuatora sa pneumatskim pogonom
	Regulisanje potrošnje fenolava S-1	U pripremi		Komorna dijafragma ugrađena u prirubnice cevovoda DSK u skladu sa GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Tip DK 25200 GOST 8.563.1
		Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100 dizajniran je za mjerenje i kontinuiranu konverziju u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal u standardu HART protokola, ili digitalni signal baziran na RS485 interfejsu ulaznog signala diferencijalnog pritiska.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Samosigurna barijera HID serija izlaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
		Na ventilu		Elektropneumatski pozicioner. Pritisak dovodnog vazduha 0,14 MPa. Ulazni signal 0,02-0,1 mPa. Dizajniran za hod od 10…100 mm. Zaštita od eksplozije: ExdsllB+H2T6
		Na gasovodu		Regulacijski ventil aktuatora sa pneumatskim pogonom
	Alkilat temperature do T-4	Na gasovodu		Termalni pretvarač sa objedinjenim signalom dizajniran je za mjerenje temperature neutralnih i agresivnih medija, koji se koriste u eksplozivnim područjima. Unificirani DC izlazni opseg 4-20 mA	TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Temperatura alkilata nakon T-4	Na gasovodu		Termalni pretvarač sa objedinjenim signalom dizajniran je za mjerenje temperature neutralnih i agresivnih medija, koji se koriste u eksplozivnim područjima. Unificirani DC izlazni opseg 4-20 mA	TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Kontrola pritiska alkilata na ulazu u R-5	Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100-Di-Ex dizajniran je za mjerenje i kontinuirano pretvaranje izlaznog signala viška tlaka u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal baziran na RS485 interfejsu.	Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
	Regulacija protoka industrijske vode na izlazu T-4	U pripremi	industrijska voda	Komorna dijafragma ugrađena u prirubnice cevovoda DSK u skladu sa GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Tip DK 25200 GOST 8.563.1
		Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100 dizajniran je za mjerenje i kontinuiranu konverziju u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal u standardu HART protokola, ili digitalni signal baziran na RS485 interfejsu ulaznog signala diferencijalnog pritiska.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Samosigurna barijera HID serija izlaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
		Na ventilu		Elektropneumatski pozicioner. Pritisak dovodnog vazduha 0,14 MPa. Ulazni signal 0,02-0,1 mPa. Dizajniran za kretanje 10…100 mm. Zaštita od eksplozije: ExdsllB+H2T6
		Na gasovodu		Regulacijski ventil aktuatora sa pneumatskim pogonom
	Najviša temperatura P-5	Na gasovodu		Termalni pretvarač sa objedinjenim signalom dizajniran je za mjerenje temperature neutralnih i agresivnih medija, koji se koriste u eksplozivnim područjima. Unificirani DC izlazni opseg 4-20 mA	TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Samosigurna barijera sa galvanskom izolacijom, izlaz. Signal opasne zone (ulaz) - 4-20 mA. Signal sigurne zone (izlaz) - 4-20 mA. Napajanje 24 V DC. Jedan kanal.
				Zaporni ventil, 0% zatvoren, 100% otvoren
	Temperatura srednja P-5	Na gasovodu		Termalni pretvarač sa objedinjenim signalom dizajniran je za mjerenje temperature neutralnih i agresivnih medija, koji se koriste u eksplozivnim područjima. Unificirani DC izlazni opseg 4-20 mA	TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Temperatura dna P-5	Na gasovodu		Termalni pretvarač sa objedinjenim signalom dizajniran je za mjerenje temperature neutralnih i agresivnih medija, koji se koriste u eksplozivnim područjima. Unificirani DC izlazni opseg 4-20 mA	TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Regulacija pritiska P-5	Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100-Di-Ex dizajniran je za mjerenje i kontinuirano pretvaranje izlaznog signala viška tlaka u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal baziran na RS485 interfejsu.	Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
	Regulacija protoka industrijske vode na izlazu T-6	U pripremi	industrijska voda	Komorna dijafragma ugrađena u prirubnice cevovoda DSK u skladu sa GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Tip DK 25200 GOST 8.563.1
		Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100 dizajniran je za mjerenje i kontinuiranu konverziju u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal u standardu HART protokola, ili digitalni signal baziran na RS485 interfejsu ulaznog signala diferencijalnog pritiska.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Samosigurna barijera HID serija izlaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
		Na ventilu		Elektropneumatski pozicioner. Pritisak dovodnog vazduha 0,14 MPa. Ulazni signal 0,02-0,1 mPa. Dizajniran za kretanje 10…100 mm. Zaštita od eksplozije: ExdsllB+H2T6
		Na gasovodu		Regulacijski ventil aktuatora sa pneumatskim pogonom
	Najviša temperatura P-7	Na gasovodu		Termalni pretvarač sa objedinjenim signalom dizajniran je za mjerenje temperature neutralnih i agresivnih medija, koji se koriste u eksplozivnim područjima. Unificirani DC izlazni opseg 4-20 mA	TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Temperatura srednja P-7	Na gasovodu		Termalni pretvarač sa objedinjenim signalom dizajniran je za mjerenje temperature neutralnih i agresivnih medija, koji se koriste u eksplozivnim područjima. Unificirani DC izlazni opseg 4-20 mA	TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Temperatura dna P-7	Na gasovodu		Termalni pretvarač sa objedinjenim signalom dizajniran je za mjerenje temperature neutralnih i agresivnih medija, koji se koriste u eksplozivnim područjima. Unificirani DC izlazni opseg 4-20 mA	TSP Metran-256
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Regulacija pritiska P-7	Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100-Di-Ex dizajniran je za mjerenje i kontinuirano pretvaranje izlaznog signala viška tlaka u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal baziran na RS485 interfejsu.	Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
	Kontrola nivoa u E-8	Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100 dizajniran je za mjerenje i kontinuirano pretvaranje hidrostatskog tlaka u objedinjeni analogni strujni signal od 4-20 mA i/ili digitalni signal u standardu HART protokola, ili digitalni signal baziran na RS485 sučelju.	Metran-100-DG-Ex
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
	Alkilat pH nakon reaktora za alkilaciju	u cjevovodu		Elektroda sa ugrađenim temperaturnim senzorom Rt-100, dužine 120 mm, prečnika 12 mm. Temperatura mjerenog medija je 0-120°C. Opseg mjerenog medija je 0-14.
		Na gasovodu		Mjerni pH metar sa kristalnim displejom. Izlazni signal 4h20 mA, greška mjerenja 0,1%. Temperatura okoline -20 h +55 °S
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Samosigurna barijera HID serija izlaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlaz od 4-20 mA
	Kontrola potrošnje alkilata na izlazu iz reaktora	U pripremi		Komorna dijafragma ugrađena u prirubnice cevovoda DSK u skladu sa GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Tip DK 25200 GOST 8.563.1
		Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100 dizajniran je za mjerenje i kontinuiranu konverziju u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal u standardu HART protokola, ili digitalni signal baziran na RS485 interfejsu ulaznog signala diferencijalnog pritiska.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
	Regulacija pritiska u E-11	Na gasovodu		Inteligentni senzor pritiska serije Metran-100-Di-Ex dizajniran je za mjerenje i kontinuiranu konverziju u objedinjeni analogni strujni signal 4-20 mA i/ili digitalni signal baziran na izlaznom signalu nadpritiska RS485 interfejsa	Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Intrinzična sigurnosna barijera serije HID ulaz, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od 4-20 mA
		Intrinsically Safe Barrier Cabinet		Izlaz za intrinzičnu sigurnosnu barijeru HID serije, dvokanalni. Ulazni signal od 4-20 mA, izlazni od
		Na ventilu		Elektropneumatski pozicioner. Pritisak dovodnog vazduha 0,14 MPa. Ulazni signal 0,02-0,1 mPa. Dizajniran za hod od 10…100 mm. Zaštita od eksplozije: ExdsllB+H2T6
		Na gasovodu		Regulacijski ventil aktuatora sa pneumatskim pogonom

1.7 Zdravlje i sigurnost na radu

Zahtjevi za osiguranje opasnosti od eksplozije procesa alkilacije fenola.

Predviđeno postrojenje za proizvodnju alkilfenola nalazi se u neposrednoj blizini velikih preduzeća: NShZ, Elastično postrojenje, CHPP-1, OAO NKNKh u blizini grada Nižnjekamska, uzimajući u obzir „ružu vjetrova“. Vjetrovi koji ovdje preovlađuju nose značajan dio štetnih emisija u smjeru suprotnom od stambenih područja. Tehnološka oprema je smještena na vanjskoj jedinici dimenzija 24x24 metra i visine 17 metara. Upravljanje procesom je automatizovano i izvodi se na daljinu korišćenjem APACS sistema iz zgrade kontrolne sobe. Dimenzije kontrolne sobe su 15 puta 20 metara, visina 4 metra.

Na osnovu svojstava supstanci prema standardima zaštite od požara NPB 105-03 utvrđujemo kategoriju i klasu eksplozivne zone: za kategoriju operatera „D“, a za proizvodnu kategoriju „An“. Prema PB 09.107-03, po energetskom potencijalu eksplozije i količini eksplozivnih materija, proces spada u I kategoriju, budući da je Q > 54 i m > 9600 kg.

Prema PUE, vanjska instalacija pripada klasi eksplozivne zone - V-1g.

Prema GOST 12.2.007.0-75 za električne proizvode na vanjskim instalacijama iu kontrolnoj sobi koristi se trofazna četverožična uzemljena električna mreža U = 380/220V. U skladu sa JKP, po stepenu opasnosti od strujnog udara, vanjska instalacija je izjednačena sa posebno opasnim prostorijama, kontrolna soba spada u prostorije bez povećane opasnosti.

Po stepenu opasnosti od strujnog udara za ljude, kontrolna soba spada u klasu povećane opasnosti. Za kontrolnu sobu, prema PUE, minimalni dozvoljeni stupanj zaštite električne opreme odgovara IP44 (protiv prodiranja čvrstih tvari promjera većeg od 1 mm i prskanja vode u bilo kojem smjeru).

U skladu sa GOST 12.1.019-79 i GOST 12.1.009-76, električna sigurnost osoblja osigurana je projektnim rješenjima električnih instalacija; korišćenje zaštitnog uzemljenja sve opreme, postavljanje električne opreme DCS-a u zatvorene ormare.

Svi projekti električne opreme su u skladu s radnim uvjetima i pružaju zaštitu osoblju od kontakta s dijelovima pod naponom.

Kako bi se spriječilo oštećenje izolacije od vlage, svi kabelski sistemi su zaptivni u cjevovode.

Izvori paljenja su: usijani ili zagrijani zidovi opreme, varnice električne opreme, statički elektricitet, udarne i frikcione varnice.

Zgrade i konstrukcije projektovane proizvodnje izrađene su od armiranog betona i pripadaju II stepenu vatrootpornosti.

Prilikom pripreme za popravke, uređaji se propuštaju dušikom. Sva oprema i priključci su zapečaćeni. Radovi na popravci se izvode samo alatima koji su otporni na varnice. U cilju blagovremenog otkrivanja požara, obezbeđen je automatski alarmni sistem. Prostorije su opremljene električnim vatrodojavnim sistemom za otkrivanje početne faze požara sa ručnim i automatskim aktiviranjem. Za ručno aktiviranje koriste se tipkasti detektori tipa PKIL-9. Za automatsko aktiviranje koriste se detektori dima tipa DI-1. U eksplozivnim sredinama koriste se detektori otporni na eksploziju DSP-1AG (diferencijalni).

Za gašenje požara u radionici obezbeđena su sledeća primarna sredstva za gašenje požara: dovod vode za požar, aparati za gašenje požara, azbestne deke, pesak, azot,

vodena para Monitori i vatrogasni hidranti se nalaze duž perimetra radionice.

Za gašenje električne opreme koriste se aparati za gašenje požara na ugljični dioksid i prah OU-8, OU-25, OP-100.

Radi blagovremenog dojave požara, kao i pozivanja vatrogasnih ekipa, uspostavljen je sistem za komunikaciju protiv požara.

Prema požarno-tehničkoj klasifikaciji, objekti su ispunili neophodne uslove za bezbednu evakuaciju ljudi kroz izlaze u slučaju nužde. Broj izlaza u slučaju nužde je dva.

Kako bi se izbjegle termičke opekotine, oprema i cjevovodi s visokim temperaturama zidova izoluju se mineralnom vunom i pocinčanim metalnim limovima.

Za zaštitu uređaja od prekomjernog tlaka iznad dozvoljene granice koriste se sigurnosni ventili marki PPK4-150-40, PPK4-125-40.

Prilikom izvođenja procesa ekstrakcije potrebno je izmjeriti temperaturu, pritisak i nivo u aparatu, kao i protok ulaznih proizvoda.

Za mjerenje tlaka koristi se inteligentni senzor viška tlaka iz Metrana u dizajnu otpornom na eksploziju. Nivo se mjeri pomoću digitalnog senzora nivoa izmjernog nivoa iz Masoneilana.

u dizajnu otpornom na eksploziju. Za mjerenje temperature koristimo platinasti termalni pretvarač otpornosti. Brzina protoka se mjeri komornom dijafragmom za cjevovode proizvođača Metran. Proces se kontroliše daljinski iz operacione sale.

Regulator osigurava održavanje navedenih parametara procesa i brzinu regulacije, obezbjeđuje signalizaciju i blokiranje kada parametri odstupaju od dozvoljenih vrijednosti prema datom programu.

1.8 Industrijska ekologija

Zaštita vodnog bazena od industrijskih otpadnih voda.

U postrojenju za alkilaciju fenola sa trimerima propilena, u tablici 4 postoje sljedeće emisije u otpadne vode OAO NKNK.

Otpadne vode nastaju: prilikom pripreme kapacitivnih i toplotnih uređaja za remont (jednom godišnje). U HZK se bacaju kroz bunare. Maksimalna dozvoljena koncentracija za sanitarna vodna tijela određena je za fenol na 0,1 mg/l. MPC za ribu - ekonomske vode za fenol 0,025 mg/l.

Tabela 4. Otpadne vode

Efluent iz CPC ulazi u BOS. Standardi za odvod vode su COD, COD ne veći od 500 mg/l, pH - 6,5 h 12,5, ako postoji neusklađenost, efluent se istiskuje radi organskog uklanjanja. Stanje vode se analizira na KPK bihromatnom metodom br. 25.

Radi zaštite vodnih tijela od štetnih emisija i sprječavanja zagađenja tla, radionica je opremljena posudama i podzemnim rezervoarima za sakupljanje atmosferskih padavina, iz kojih se otpad, akumulirajući, ispumpava u hemijski zagađenu kanalizaciju.

Metode prečišćavanja industrijskih otpadnih voda obično se dijele na mehaničke, hemijske, biološke i fizičko-hemijske. Ovim metodama otpadne vode se kondicioniraju za naknadno prečišćavanje, odnosno potpuno prečišćavaju od nečistoća.

U ovom slučaju, pročišćavanje se može provesti kako ispuštanjem nečistoća u plinovitu, čvrstu ili tečnu fazu, tako i njihovim uništavanjem.

2. Proračunski dio

2.1 Materijalni bilans proizvodnje

Početni podaci:

(94) (126) (220)

S6N6O + 2 S9N18 = S24N42O - sporedna reakcija formiranja

(94) (126) (346)

dialkilfenol. (2)

Kapacitet fabrike za alkilfenol je 125.000

tona godišnje.

Kalendarski vremenski fond 365 dana.

Vrijeme utrošeno na velike popravke je 10 dana.

Konverzija propilen trimera je 98,5%.

Sastav reakcione smjese (% mase)

Propilenski trimeri - 40

Alkilatni sastav (tež.%)

Alkilfenol - 58,60

Uključujući:

Fenol - 32,65

Propilenski trimeri - 0,60

Dialkilfenol -7,65

Proces se smatra kontinuiranim.

Izrađujemo dijagram tokova materijala

Slika 2.1 Dijagram toka materijala za proizvodnju alkilfenola

R - reaktor za alkilaciju fenola sa propilen trimerima; G1 je protok materijala trimera fenola i propilena, respektivno; G2 - napajanje kolone Kt-1, alkilat

Efektivni operativni fond opreme (sat)

Tef=Tk - ?Tr

Teff=365 · 24 - 10 · 24=8520 sati

Proizvodnja alkilfenola (kg/sat)

Alkilfenol

X=8597,42 kg/h

X=4790,20 kg/h

Propilenski trimeri

Teški ostaci

Dialkilfenol

X=1122,36 kg/h

Napojna kolona Kt-1 - alkilatni reaktor R-1 (tok G2). Na osnovu konverzije propilen trimera određujemo količinu isporučenog materijala. Izračunavamo broj učesnika u reakciji (1) (kg/h)

Propilenski trimeri

Izračunavamo broj učesnika u reakciji (2) (kg/h)

Propilenski trimeri

Odredi ukupnu količinu supstanci koje su učestvovale u reakcijama (1) i (2)

Propilenski trimeri

Izračunavamo količinu isporučenih sirovina (kg/sat)

Propilenski trimeri

Sastavljanje tabele materijalnog bilansa

Tabela 5. Zbirna tabela materijalnog bilansa

2.2 Proračun glavnog uređaja

2.2.1 Tehnološki proračun glavnog uređaja

Svrha: Alkilacija fenola sa trimerima propilena vrši se u tečnoj fazi u prisustvu katalizatora.

Količina hrane koja ulazi u reaktor

Gr=26784,11 kmol (vidi materijalni bilans)

Način rada:

P = 0,4 MPa (4kmol/cm2)

Volumetrijska brzina dodavanja reakcione smjese 7,2 h-1

Katalizator

Vijek trajanja katalizatora - 12-13 mjeseci

Površina presjeka uređaja:

gdje: Vf? zapreminski protok reakcione smeše, m3/s;

W - linearna brzina strujanja u aparatu, m/s.

Prečnik uređaja:

D = 1,13 v1 = 1,13 m

Prihvatamo reaktor prečnika 1200 mm.

Potrebna zapremina katalizatora:

Vob - zapreminski protok sirovine, sat-1;

Vob = 7,2 h-1 = 0,002 s-1

Zapremina katalizatora potrebna za proces je 5 m3, stoga se visina sloja katalizatora koji odgovara ovoj zapremini određuje formulom:

Proračun visine reaktora. Visina reaktora određena je sljedećim karakteristikama:

Reakciona zona = 7 m - visina reakcione zone;

Nkat. odlučiti = 0,035 m - visina rešetke katalizatora;

Nshtuts. = 0,55 m - visina ugrađene armature;

Ndn. = 1 m - visina dna;

Nkr = 1 m - visina poklopca.

Nreag. = 7 + 0,035 + 0,55 + 1 + 1 = 9,5 m.

Prihvatamo reaktor visine 9550 mm.

Shodno tome, dva reaktora su usvojena za instalaciju kako bi se osigurala maksimalna konverzija sa sljedećim glavnim karakteristikama:

prečnik - 1200 mm;

visina - 9550 mm;

visina sloja katalizatora - 5,35 m;

zapremina katalizatora 5 m3.

Proračun reaktora R-1v vrši se na sličan način, sumiramo proračunske podatke

do tabele 6

Tabela 6. Karakteristike reaktorske opreme

2.2.2 Termički proračun uređaja

Početni podaci:

Reakciona smjesa ulazi u reaktor na temperaturi od 70 0C.

Gubitak toplote u okolinu iznosi 1,1% toplotnog dobitka.

Preostali podaci su iz materijalnog bilansa.

Na osnovu dijagrama toplotnog toka kreiramo jednačinu toplotnog bilansa.

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 - jednadžba za prvi reaktor,

Q5 + Q6 = Q7 + Q8 - jednačina za drugi reaktor.

Odredimo količinu topline dovedene s reakcijskom smjesom

Q1 = G1 Sr1 t1

G1 - količina ulazne sirovine, kmol;

Sr1 - specifični toplotni kapacitet reakcione smeše, kJ/kg K;

t je temperatura reakcione smjese, 0C.

G1 = 26784,11 kg/h =7,44 kmol

Odredimo specifični toplinski kapacitet reakcione smjese

Av (fenol) = 2344,98

Sastav reakcione smjese:

fenol - 60%,

Propilenski trimeri - 40%.

Sr = U spi·wi

Cr = 2344,98 0,60 + 2027,3 0,40 = 2217,90

Cr = 2217,9 = 2,218

Količina topline dovedena s reakcijskom smjesom

Q1 = 7,44 2,218 70 = 1155,13 kW

Odredimo količinu topline koja se oslobađa kao rezultat egzotermnih reakcija

C6H6O + C9H18 = C15H24O - ciljna reakcija za stvaranje alkilfenola; (1)

C6H6O + 2 C9H18 = C24H42O - sporedna reakcija stvaranja dialkilfenola. (2)

Q2 = Q1int + Q2inc,

Q1tsel - količina toplote koja se oslobađa kao rezultat egzotermne reakcije (1),

Q2b - količina toplote koja se oslobađa kao rezultat egzotermne reakcije (2).

Q1int = G1?Nr

Q2ob = G2 ?Nr,

Nr1, ΔNr2 - promjene entalpije kao rezultat reakcija (1) i (2), kJ/kg;

G1, G2 - količina alkilfenola i dialkilfenola nastalih nakon prvog reaktora (30% alkilfenola i 1% dialkilfenola iz formiranog alkilata 26784,11 kg/h), kmol.

Nr1 = 281,56 kJ/kg

Nr2 = 106,52 kJ/kg

G1 = 8035,23 kg/sat = 2,23 kmol

G2 = 267,84 kg/sat = 0,07 kmol

Q1int = 2,23 281,56 = 627,87 kW

Q2ob = 0,07 106,52 = 7,46 kW

Q2 = 627,87 + 19,70 = 635,33 kW

Određujemo količinu topline koja izlazi s alkilatom iz jednačine toplinskog bilansa za prvi reaktor

Q1 + Q2 = Q3 + Q4

Q3 = Q1 + Q2 - Q4,

ali za to je potrebno pronaći Q4 – gubici po životnu sredinu.

Q4 = (Q1 + Q2) 1,1%

Q4 = (1155,13 + 635,33) 0,011 = 19,70 kW

Odavde nalazimo Q3

Q3 = 1155,13 + 635,33 - 19,70 = 1770,76 kW

Odredite temperaturu reakcione smjese na izlazu iz prvog reaktora

G3 - količina formiranog alkilata, kmol

Sr3 - specifična toplota alkilata, kJ/kg·K.

G3 = 26784,11 kg/sat = 7,44 kmol

Odredimo specifični toplinski kapacitet alkilata

Av (fenol) = 2344,98

Sri (propilenski trimer) = 2027.3

Av (alkilfenol) = 2450,63

Av (dialkilfenol) = 2373,48

Alkilatni sastav:

fenol - 49%,

propilenski trimeri - 20%,

alkilfenol - 30%,

dialkilfenol - 1%.

Sr = U spi·wi

Av = 2344,98 0,49 + 2027,3 0,20 + 2450,63 0,30 + 2373,48 0,01 =

2313,42 = 2,313

Sastavljanje tabele toplotnog bilansa za prvi reaktor

Tabela 7. Toplotni bilans za prvi reaktor

Odredimo količinu topline koja napušta izmjenjivač topline s rashladnim sredstvom

Qwater = Gwater Srvody (t2k - t2n)

Gwater - potrošnja rashladne vode, kmol;

Srvody - specifični toplotni kapacitet vode, ;

t2k, t2n - konačna i početna temperatura vode, 0C.

Slični dokumenti

Proces alkilacije fenola sa olefinima. Termodinamička analiza. Ovisnost molskog udjela komponenti o temperaturi. Adijabatska razlika temperature u reaktoru. Protoniranje olefina za formiranje karbokationa. Oksidativna amonoliza propilena.

kurs, dodan 04.01.2009


Fenol kao hemijska supstanca, njegova upotreba i značaj. Karakteristike faza proizvodnje fenola. Kratak opis procesa njegove proizvodnje benzensulfonskom kiselinom, hlorobenzolom, izopropilbenzolom i oksidativnim hlorisanjem benzena. Vrste sirovina.

sažetak, dodan 18.02.2011


Metode za proizvodnju fenola. Otkriće zeolitnih katalizatora za oksidaciju benzena azot-oksidom. Priroda katalitičke aktivnosti zeolita. Novi putevi za sintezu fenola. Aktivno stanje gvožđa u matriksu zeolita. Biomimetička svojstva kiseonika.

sažetak, dodan 24.04.2010


Pojam i nomenklatura fenola, njihova osnovna fizička i hemijska svojstva, karakteristične reakcije. Metode dobivanja fenola i područja njihove praktične primjene. Toksična svojstva fenola i priroda njegovih negativnih učinaka na ljudski organizam.

kurs, dodan 16.03.2011


Klasifikacija, fizička i hemijska svojstva fenola. Proučavanje strukture molekula. Utjecaj benzenskog prstena na hidroksilnu grupu. Disocijacija i nitriranje fenola. Njegova interakcija sa natrijumom i alkalijama. Reakcije oksidacije, supstitucije i hidrogenacije.

prezentacija, dodano 17.02.2016


Odnos benzena prema rastvoru KMnO4 i brom vode, nitriranje benzena. Oksidacija toluena, sigurnosne mjere, rad s toluenom. Interakcija rastopljenog fenola sa natrijumom, alkalnom otopinom, istiskivanje fenola iz natrijevog fenolata ugljičnom kiselinom.

laboratorijski rad, dodano 11.02.2009


Toksični učinak fenola i formaldehida na žive organizme, metode za njihovo kvalitativno određivanje. Kvantitativno određivanje fenola u uzorcima prirodne vode. Metoda za određivanje minimalnih detekcionih koncentracija organskih toksikanata u vodi.

kurs, dodan 20.05.2013


Karakteristike industrijskih metoda za alkilaciju benzena propilenom. Principi alkilacije benzena olefinima u hemijskoj tehnologiji. Problemi projektovanja procesnih postrojenja za alkilaciju benzena. Opis tehnologije proizvodnog procesa.

teza, dodana 15.11.2010


Titrimetrijska metoda analize. Teorija bromatometrijske metode analize. Tehnika titracije. Prednosti i nedostaci bromatometrijske metode. Fenoli. Određivanje fenola. Hemijske reakcije koje se koriste u titrimetrijskim metodama.

kurs, dodan 26.03.2007


Opis dijagrama toka procesa i pomoćnih materijala. Materijalni balans tokom obrade graničnih gasova. Proračun glavnog aparata - stabilizacijskog stupa. Proračun ulazne temperature sirovine. Određivanje unutrašnjih tokova materijala.

Budući da fenoli stupaju u interakciju s aluminijskim halogenidima i drugim Lewisovim kiselinama dajući soli tipa ArOAlCl 2, njihova direktna alkilacija u uvjetima Friedel-Craftsove reakcije ne može se provesti. Fenoli se alkiluju sa alkenima i alkoholima kiselom katalizom. Kao katalizatori preferiraju se sumporna, fluorovodična, fosforna kiselina ili KU-2 kationski izmjenjivači, doux i druge katjonske izmjenjivače. Tako se sterički otežani fenol, 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol (ionol), industrijski dobija iz krezola i izobutilena, koji se široko koristi za stabilizaciju polimera.

Slično, 2,4,6-triizopropilfenol se dobija iz fenola i izopropil alkohola.

Acilacija fenola u klasičnim uslovima Friedel-Craftsove reakcije sa kompleksom acil halida i aluminijum hlorida takođe dovodi do nezadovoljavajućih rezultata, jer fenol hidroksilna grupa podleže acilaciji. Ova modifikacija ove metode je efikasnija kada se kao sredstvo za aciliranje koristi kompleks karboksilne kiseline i bor trifluorida. U ovom slučaju, acilna grupa se uvodi gotovo isključivo u para-poziciju benzenskog prstena. Tako, na primjer, fenol, u interakciji sa kompleksom octene kiseline i BF 3, daje para-hidroksiacetofenon u prinosu od 95%.

Najčešća metoda za pripremu aromatičnih hidroksiketona zasniva se na Fries rearanžiranju. K. Fries je 1908. otkrio da se aril estri karboksilnih kiselina, kada se zagriju sa AlCl 3 ili AlBr 3, preuređuju u izomerne orto- ili para-hidroksiketone. U pravilu, kao rezultat preuređivanja, nastaje mješavina orto- i para-izomera bez primjesa meta-izomera.

Odnos orto- i para-izomera uglavnom zavisi od temperature i rastvarača. U strožim uslovima preovlađuje orto-hidroksi keton, a na 20-25 o C - para-hidroksi keton.

Čini se da je mehanizam Friesovog preuređivanja intermolekularna acilacija orto- ili para-položaja benzenskog prstena aril estera kompleksom druge molekule estera i AlCl 3 da bi se formirao acil derivat hidroksiketona i fenola.

Preuređenje se završava intermolekularnim transferom acilne grupe na fenol.

Za razliku od samih fenola, njihovi eteri vrlo lako prolaze kroz regioselektivnu Friedel-Craftsovu acilaciju u blagim uslovima da bi formirali para-alkoksiaril ketone. Najbolji rezultati se postižu acilacijom fenol etera sa acil halogenidima u metilen hloridu na 0 o C u prisustvu dva mola AlCl 3 ili AlBr 3 .

Kondenzaciju fenola sa ftalnim anhidridom u prisustvu sumporne kiseline ili cink hlorida (A. Bayer, 1874) treba smatrati jednom od varijanti Friedel-Craftsove reakcije acilacije. U ovom slučaju, dvije molekule fenola kondenziraju se s jednom molekulom ftalnog anhidrida i formiraju derivate trifenilmetana zvane ftaleini.

Fenoli stvaraju neaktivne soli ArOAlCl2 sa AlCl3, stoga se kao katalizatori za alkilaciju fenola koriste protinske kiseline ili katalizatori kiselog tipa metalnih oksida. Ovo omogućava da se samo alkoholi i olefini koriste kao agensi za alkilaciju. Uz supstitucijske produkte u jezgri, dobiva se nekoliko fenol etera koji se lako preuređuju u alkilfenole:

Utvrđeno je, međutim, da se alkilfenoli pretežno formiraju direktnom alkilacijom u jezgro. Mehanizam ove reakcije sličan je onom o kojem se ranije govorilo za aromatične ugljovodonike, a OH grupa fenola snažno aktivira posebno položaje 4 i 2 uz gotovo potpunu odsutnost meta-izomera u produktima.

Alkilacija se odvija uzastopno sa stvaranjem mono-, di- i trialkilfenola, ali istovremeno dolazi do kiselinsko-katalizovanog preuređivanja sa migracijom orto-alkilnih grupa sa stvaranjem para-izomera, koji su u ovom slučaju termodinamički najtopliji. stabilan.

Među monoalkilfenolima, para-izomer uvijek prevladava kada se katalizira protonskim kiselinama; sa povećanjem aktivnosti katalizatora, temperature i trajanja reakcije, udio ovog izomera među monosupstituiranim može porasti od 60...80 do 95% ili više zbog izomerizacije orto izomera.

Od disupstituiranih uvijek značajno prevladava 2,4-dialkilfenol, čiji se udio pod navedenim uvjetima još više povećava.

Uz uzastopno uvođenje alkil grupa, za razliku od alkilacije aromatičnih ugljovodonika, prva faza teče brže od druge, a druga, zauzvrat, brže od treće. Na sastav proizvoda sekvencijalne supstitucije utiče i reverzibilna reakcija transalkilacije

R2C6H3OH + C6H5OH ? 2RC6H4OH

čija je ravnoteža značajno pomerena udesno. Stoga, s povećanjem aktivnosti katalizatora, temperature i trajanja reakcije, sadržaj monoalkilfenola u nastaloj smjesi može značajno porasti.

Pored fenol etera i fenola supstituisanih polialkilom, nusproizvodi alkilacije su poliolefini i rezultirajući alkilfenoli dužeg lanca. Naprotiv, kada se reaguje sa višim, posebno sa razgranatim olefinima, primećuje se njihova depolimerizacija da bi se dobili alkilfenoli koji imaju kraću alkil grupu. Uobičajena metoda za suzbijanje ovih nuspojava je snižavanje temperature, budući da alkilacija ima najnižu energiju aktivacije (? 20 kJ/mol). Da bi se izbjegla polimerizacija olefina, potrebno je i smanjenje njegove koncentracije u tekućini, što se postiže postupnim uvođenjem olefina u reakcionu masu.

Reakcije fenola s izoolefinima su uglavnom reverzibilne, a zagrijavanje odgovarajućih alkilfenola s kiselim katalizatorom dovodi do oslobađanja olefina:

Izomerizacija i transalkilacija se odvijaju dijelom kroz ovu reakciju.

Sumporna kiselina se najčešće koristi kao katalizatori - protonske kiseline - u industriji. Najaktivnija je među ostalim dostupnim i jeftinim kiselinama, ali istovremeno i jače katalizira nuspojave, što dodatno dovodi do sulfonacije fenola i olefin sulfata i formiranja fenol sulfonskih kiselina HOC6H4SO2OH i ROSO2OH monoalkisulfata, koji također sudjeluju u katalizi. procesa. Kod sumporne kiseline alkilacija sa n-olefinima (osim etilena) se odvija na 100–120 °C, a sa reaktivnijim izoolefinima i stirenom već na 50 °C; međutim, da bi se proces ubrzao, u potonjem slučaju, alkilacija se sprovodi u ? 100 °C, koristeći H2SO4 u količini od 3...10%.

Drugi katalizator koji ne izaziva nuspojave sulfoniranja i blažeg je djelovanja je p-toluensulfonska kiselina. Međutim, ima manju aktivnost i višu cijenu od sumporne kiseline. Kod ovih katalizatora, alkilacija fenola se odvija kao homogena reakcija.

Njihov zajednički nedostatak je potreba za ispiranjem kiselog katalizatora, što rezultira stvaranjem značajne količine toksične otpadne vode. Stoga su heterogeni katalizatori, posebno katjonske izmjenjivačke smole, koje se jednostavnom filtracijom odvajaju od reakcione mase, postale široko rasprostranjene.

Orto-alkilacija fenola se vrši katalizom sa aluminijum fenolatima (ArO)3A1. U ovom slučaju, čak i u nezauzetom para položaju, alkil grupa je prvenstveno usmjerena na orto položaj uz sekvencijalno formiranje mono- i dialkilfenola.

Proces alkilacije u gasnoj fazi je primjenjiv samo za metilaciju fenola s metanolom. Izvodi se s heterogenim katalizatorom kiselinskog tipa (aluminij oksid, aluminosilikati, itd.).

Procesna tehnologija

Šaržni proces se često koristi za alkilaciju fenola. Kod alkilacije tečnim olefinima visokog ključanja, reakcija se odvija u aparatu s miješalicom i plaštom za zagrijavanje parom ili hlađenje vodom. U njega se ubacuje fenol i katalizator, zagrijani na 90 °C, nakon čega se uz miješanje i hlađenje dodaje tečni olefin (diizobuten, propilen trimer ili tetramer, stiren). U drugoj polovini reakcije, naprotiv, potrebno je zagrijati reakcionu masu. Ukupno trajanje operacije je 2...4 sata.Nakon toga se reakciona masa neutrališe u mešalici (5% alkalije, uzete u količini ekvivalentnoj kiselini katalizatora), zagrevajući smešu živom parom. U tom slučaju se destiluje neizreagirani olefin, koji se nakon kondenzacije para odvaja u separatoru otpada i može ponovo koristiti za alkilaciju. Neutralizovani organski sloj sirovih alkilfenola se odvaja od vodenog rastvora soli i šalje na vakuum destilaciju, tokom koje se destiluju voda, ostaci olefina i nepretvoreni fenol.

U postupcima za proizvodnju alkilfenola iz plinovitih olefina, preporučljivo je koristiti ne reaktor s miješalicom, već šuplju kolonu u kojoj se reakciona masa miješa propuštanjem olefina. Reakciona toplota se može ukloniti pomoću unutrašnjih ili eksternih frižidera. Za prelazak na kontinuirani proces u cilju njegovog intenziviranja i poboljšanja sastava reakcione mase, kao i kod drugih ireverzibilnih serijsko-paralelnih reakcija, isplativije je koristiti kaskadu takvih reaktora.

Tokom alkilacije fenola u prisustvu jonoizmenjivačkih smola, katalizator je suspendovan u tečnosti koja se nalazi u reakcionoj koloni. Fenol i olefin se kontinuirano dovode na dno kolone. Reakciona masa se filtrira od čestica katalizatora i šalje na destilaciju. Potrošnja katalizatora je 0,4% masenih udjela dobivenih alkilfenola.

Primljeni proizvodi

Najjednostavniji homolozi fenola: o-, m- i p-krezoli i izomerni ksilenoli:

Jedan od načina njihove sinteze je metilacija fenola metanolom u gasnoj fazi preko heterogenog katalizatora:

Od monoalkilfenola, p-tert-butilfenol, dobijen iz fenola i izobutena, je od praktičnog interesa:

alkilacija fenol ugljeni hidrat aromatični

Monoalkilfenoli sa alkil grupom od 5 - 8 atoma ugljika su jaki baktericidni agensi, a kada se prošire na 8 - 12 C atoma, ispostavljaju se kao vrijedni međuprodukti za sintezu nejonskih surfaktanata.

Reakcijama alkilacije i acilacije, alkil i acil grupe se mogu uvesti u aromatične spojeve.

Kao što je ranije spomenuto, fenoli se alkiliraju u prsten pod utjecajem širokog spektra alkilirajućih agenasa:

• alkeni;
• alkoholi;
• alkil halogenidi u uslovima kisele katalize.

Acilacija fenola se također provodi raznim metodama.

Friedel-Craftsova alkilacija fenola

Fenol se podvrgava Friedel-Crafts alkilaciji kada se tretira alkilirajućim agensom, Lewisovom kiselinom kao što je FeBr_3$ ili $A1C1_3$ i katalizatorom. U ovom slučaju nastaju soli tipa $ArOAlCl_2$. Primjer je interakcija krezola sa izobutilenom da nastane ometani fenol - 2,6-di- trlja-butil-4-metilfenol (jonol):

Slika 1.

Slično, reakcijom fenola sa izopropil alkoholom, dobija se 2,4,6-triizopropilfenol:

Slika 2.

U ovoj Friedel-Crafts alkilaciji, elektrofil koji napada je alkil kation nastao reakcijom alkila s Lewisovom kiselinom. U odsustvu drugih nukleofila, ove elektrofilne vrste reaguju sa aromatičnim prstenom.

Friedel-Craftsova alkilacija ima dva važna ograničenja koja uvelike smanjuju njenu vrijednost i čine reakciju općenito nepovoljnijom od acilacije. Alkilfenoli su općenito reaktivniji u reakcijama elektrofilne supstitucije od samog fenola. S obzirom na ovo, Friedel-Craftsova alkilacija ima tendenciju da se podvrgne daljoj alkilaciji, što rezultira stvaranjem dialkila ili više alkiliranih proizvoda, kao što je prikazano u oba slučaja o kojima smo gore raspravljali.

Jedini praktičan način za kontrolu takvih reakcija supstitucije je održavanje velikog viška fenola. Ova metoda je prihvatljiva za sam benzen, jer je relativno jeftin i hlapljiv, ali je neprihvatljiv za većinu njegovih supstituiranih derivata, koji su skuplji ili manje dostupni.

Još jedno važno ograničenje Friedel-Craftsove alkilacije povezano je s alternativnom reakcijom mnogih karbokationa, posebno u odsustvu reaktivnih nukleofila, odnosno preuređivanjem u izomerne karbokatione.

Provođenje monoalkilacije po Friedel-Crafts-u karakterizira izuzetno niska regioselektivnost i dovodi do proizvodnje mješavina ortho- I par-izomerni proizvodi. Alkilacija fenola je reverzibilna reakcija, a u prisustvu jakih Lewisovih kiselina, pod uslovom termodinamičke kontrole reakcije, dolazi do prestrojavanja:

Slika 3.

Klasična acilacija fenola prema Friedel-Craftsu

U klasičnim uvjetima, Friedel-Craftsova acilacija fenola korištenjem acil halogenih kompleksa sa aluminij hloridom dovodi do nezadovoljavajućeg prinosa proizvoda, jer hidroksilna grupa fenola također ulazi u acilaciju. Efikasnija metoda je acilacija korištenjem kompleksa karboksilne kiseline s bor trifluoridom kao acilirajućim agensom:

Slika 4.

Kondenzacija fenola sa ftalnim anhidridom

Kondenzaciju fenola sa ftalnim anhidridom u prisustvu mineralnih kiselina ili Lewisovih kiselina (A. Bayer, 1874) takođe treba smatrati jednom od varijanti Friedel-Craftsove reakcije acilacije. U ovom slučaju, dvije molekule fenola kondenziraju se s jednom molekulom ftalnog anhidrida i formiraju derivate trifenilmetana zvane ftaleini.

Slika 5.

Pri $pH$ iznad 9, vodene otopine fenolftaleina postaju grimizne kao rezultat procesa cijepanja laktonskog prstena sa formiranjem dianona.

Slika 6.

Aminometilacija

Slika 7.

Mannichova reakcija, ili aminometilacija, karakteristična je za spojeve s aktivnom metilenskom grupom. Javlja se kao višekomponentna reakcija koja uključuje formaldehid i sekundarni amin (u obliku hidrohlorida) i omogućava uvođenje aminometil grupe $-CH_2NR_2$ u jedinjenja. Aktivirani aromatični supstrati, kao što su fenoli, sekundarni ili tercijarni aromatični amini, i heterociklična jedinjenja kao što su indol, pirol i furan, također reagiraju. Na ovaj način se mogu dobiti aromatična jedinjenja sa aminometil grupom $-CH_2NR_2$.

Među aminima se često koristi dimetilamin, a umjesto formaldehida može se uvesti drugi aldehid.

Mehanizam reakcije je formiranje iminske soli sa formaldehidom i sekundarnog amina kroz intermedijarni aminal i njegova dehidracija pod katalitičkim djelovanjem $H^+$. Iminijum ion je elektrofil koji napada aromatični prsten. Iminijum jon, formiran od formaldehida i dimetilamina, može se izolovati u obliku jodida (Jeschenmoserove soli - $ICH_2NMe_2$).

Rad na kursu

Alkilacija fenola

Uvod 3

1. Karakteristike procesa alkilacije 4

2. Hemija i teorijske osnove alkilacije fenola 10

3. Tehnologija procesa alkilacije fenola 14

4. Primanje proizvoda 15

Reference 18

Uvod

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

Mnogi proizvodi alkilacije proizvode se u velikom obimu. Tako se u SAD nalazi oko 4 miliona tona etilbenzola, 1,6 miliona tona izopropilbenzena, 0,4 miliona tona viših alkilbenzena, preko 4 miliona tona glikola i drugih proizvoda prerade alkilen oksida, oko 30 miliona tona izoparafin alkilata. godišnje se sintetiše oko 1 milion tona terc-butil metil etra itd.

1. Karakteristike procesa alkilacije

1. Klasifikacija reakcija alkilacije

Najracionalnija klasifikacija procesa alkilacije zasniva se na vrsti novonastale veze.

Alkilacija na atomu ugljika (C-alkilacija) se sastoji od zamjene atoma vodika koji se nalazi na atomu ugljika alkil grupom. Parafini su sposobni za ovu supstituciju, ali alkilacija je najtipičnija za aromatična jedinjenja (Friedel-Craftsova reakcija):

Alkilacija na atomima kisika i sumpora (O- i S-alkilacija) je reakcija u kojoj se alkilna grupa vezuje za atom kisika ili sumpora:

ArOH + RCI ArOH + NaCI + H2O

NaSH + RCI → RSH + NaCI

U ovom slučaju, procesi kao što su hidroliza hloriranih derivata ili hidratacija olefina također potpadaju pod preopćenitu definiciju alkilacije, a to pokazuje da samo one reakcije uvođenja alkilne grupe koje nemaju drugu, značajniju i definirajuću klasifikaciju karakteristike treba nazvati alkilacijom.

Alkilacija na atomu dušika (N-alkilacija) sastoji se od zamjene atoma vodika u amonijaku ili aminima alkil grupama. Ovo je najvažnija metoda za sintezu amina:

ROH + NH3 → RNH2 + H2O

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

Alkilacija na atomima drugih elemenata (Si-, Pb-, AI-alkilacija) je najvažniji način za dobijanje elementarnih i organometalnih jedinjenja kada je alkil grupa direktno vezana za heteroatom:

2RCI + Si R2SiCI2

4C2H5CI + 4PbNa → Pb(C2H5)4 + 4NaCI + 3Pb

3C3H6 + AI + 1,5H2 → Al(C3H7)3

Druga klasifikacija reakcija alkilacije zasniva se na razlikama u strukturi alkil grupe koja se uvodi u organsko ili neorgansko jedinjenje. Može biti zasićena alifatska (etil i izopropil) ili ciklična. U potonjem slučaju, reakcija se ponekad naziva cikloalkilacija:

Kada se uvede fenilna ili općenito arilna grupa, formira se direktna veza s atomom ugljika aromatskog prstena (arilacija):

C6H5CI + NH3 → C6H5NH2 + HCI

Alkilna grupa može uključivati ​​aromatični prsten ili dvostruku vezu, a ako je potonja dovoljno udaljena od reakcionog centra, reakcija se malo razlikuje od konvencionalnih procesa alkilacije:

CH2=CH-CH2CI + RNH2 → RNHCH2-CH=CH2 + HCI

Međutim, uvođenje vinilne grupe (vinilacija) zauzima posebno mjesto i provodi se uglavnom pomoću acetilena:

ROH + CH≡CH ROCH=CH2

CH3-COOH + CH≡CH CH3-COO-CH=CH2

Konačno, alkil grupe mogu sadržavati različite supstituente, na primjer atome hlora, hidroksi, karboksi grupe, grupe sulfonske kiseline:

C6H5ONa + CICH2-COONa → C6H5O-CH2-COONa + NaCI

ROH + HOCH2-CH2SO2ONa → ROCH2–CH2SO2ONa + H2O

Najvažnija reakcija za uvođenje supstituiranih alkil grupa je proces -oksialkilacije (u konkretnom slučaju oksietilacije), koji pokriva širok spektar reakcija olefinskih oksida:

2. Alkilaciona sredstva i katalizatori

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

1. Nezasićena jedinjenja (olefin i acetilen), u kojima se prekida elektronska veza između atoma ugljenika;

2. Derivati ​​hlora sa dovoljno pokretnim atomom hlora, koji se mogu zameniti pod uticajem različitih agenasa;

3. Alkoholi, etri i estri, posebno oksidi olefina, kod kojih je veza ugljenik-kiseonik prekinuta tokom alkilacije.

Olefini (etilen, propilen, buteni i više) su od primarnog značaja kao agensi za alkilaciju. Zbog niske cijene, pokušavaju ih koristiti u svim slučajevima gdje je to moguće. Oni su svoju glavnu primjenu našli u C-alkilaciji parafina i aromatičnih spojeva. Oni nisu primenljivi za N-alkilaciju i nisu uvek efikasni za S- i O-alkilaciju i sintezu organometalnih jedinjenja.

Alkilacija s olefinima se u većini slučajeva odvija ionskim mehanizmom 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 produžavanje i grananje lanca ugljikovih atoma u olefinu značajno povećava njegovu sposobnost alkiliranja:

CH2=CH2< CH3-CH=CH2 < CH3-CH2-CH=CH2 < (CH3)2C=CH2

U nekim slučajevima, alkilacija sa olefinima nastaje pod uticajem inicijatora radikalne lančane reakcije, svetlosti ili visoke temperature. Ovdje su međuaktivne vrste slobodni radikali. Reaktivnost različitih olefina u takvim reakcijama je znatno bliža.

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

Alkilirajući efekat derivata hlora manifestuje se u tri različite vrste interakcija: u elektrofilnim reakcijama, tokom nukleofilne supstitucije i u procesima slobodnih radikala. Mehanizam elektrofilne supstitucije karakterističan je 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:

u vezi s čime reaktivnost alkil klorida ovisi o polarizaciji C-CI veze ili o stabilnosti karbokatjona i raste s produljenjem i grananjem alkilne grupe:

U drugoj vrsti reakcije, karakterističnoj za alkilaciju na atomima kisika, sumpora i dušika, proces se sastoji od nukleofilne supstitucije atoma hlora. Mehanizam je sličan hidrolizi hloriranih derivata, a reakcija se odvija u odsustvu katalizatora:

Reaktivnost hlornih derivata se u ovim procesima menja na isti način kao i tokom hidrolize, i to:

ArCH2CI > CH2=CH-CH2CI > AIkCI > ArCI

prvi-AIkCI > drugi-AIkCI > tert-AIkCI

Brojni procesi alkilacije s hloriranim derivatima odvijaju se putem mehanizma slobodnih radikala. Ovo je posebno tipično za sintezu elementarnih i organometalnih spojeva, kada se slobodni radikali formiraju zbog interakcije s metalima:

4PbNa + 4C2H5CI → 4Pb + 4NaCI + 4C2H → 4NaCI + Pb(C2H5)4 + 3Pb

Alkoholi i etri su sposobni za reakcije C-, O-, N- i S-alkilacije. Eteri takođe uključuju olefinske okside, koji su unutrašnji eteri glikola, a od svih etera, samo se olefinski oksidi praktično koriste kao agensi za alkilaciju. Alkoholi se koriste za O- i N-alkilaciju u slučajevima kada su jeftiniji i pristupačniji od hloriranih derivata. Da bi prekinuli njihovu vezu alkil-kiseonik, potrebni su katalizatori kiselog tipa:

R-OH + H+ ↔ R-OH2 ↔ R+ + H2O

3. Energetske karakteristike glavnih reakcija alkilacije

Ovisno o agensu za alkilaciju i vrsti veze koja se prekida u alkiliranoj supstanci, procesi alkilacije imaju vrlo različite energetske karakteristike. Vrijednosti termičkih efekata za plinovito stanje svih supstanci u nekim važnim procesima alkilacije na C-, O- i N-vezama date su u tabeli 1. Budući da značajno zavise od strukture alkilirajućih supstanci, tabela pokazuje najčešće granice za promjene termičkih efekata.

Tabela 1

Toplotni učinak najvažnijih reakcija alkilacije

Alkilirajući agens

Prekinuta veza

Iz poređenja prikazanih podataka jasno je da kada se koristi isto sredstvo za alkilaciju, toplina reakcije tijekom alkilacije na različitim atomima opada sljedećim redoslijedom Car > Salif > N > O, a za različite alkilacijske agense se mijenja na sljedeći način :

Posebno veliki termički efekat alkilacije koja uključuje etilen oksid i acetilen je zbog značajne napetosti tročlanog oksidnog prstena i visoke endotermnosti spojeva sa trostrukom vezom.

2. Hemija i teorijska osnova alkilacije fenola

Fenoli tvore neaktivne ArOAICI2 soli sa AICI3; stoga se protinske kiseline ili kiseli metalni oksidni katalizatori koriste kao katalizatori za alkilaciju fenola. Ovo omogućava da se samo alkoholi i olefini koriste kao agensi za alkilaciju. Zajedno sa supstitucijskim produktima u jezgri, dobiva se nekoliko fenol etera koji se lako preuređuju u alkilfenole:

Utvrđeno je da alkilfenoli pretežno nastaju direktnom alkilacijom u jezgro. Mehanizam ove reakcije je sličan mehanizmu za aromatične ugljovodonike, a hidrokso grupa fenola snažno aktivira posebno 4- i 2-položaj uz gotovo potpunu odsutnost meta-izomera u produktima.

Alkilacija se odvija uzastopno sa stvaranjem mono-, di- i trialkilfenola, ali u isto vreme dolazi do kiselinsko-katalizovanog preuređivanja sa migracijom orto-alkil grupa sa formiranjem para-izomera, koji su u ovom slučaju termodinamički najstabilniji. Dakle, shema transformacije je sljedeća:

Od monoalkilfenola u katalizi s protonskim kiselinama uvijek prevladava para-izomer, ali s povećanjem aktivnosti katalizatora, temperature i trajanja reakcije, udio ovog izomera među monosupstituiranim može porasti od 60-80% do 95% ili više zbog izomerizacije orto izomer.

Od disupstituiranih uvijek značajno prevladava 2,4-dialkilfenol, čiji se udio pod navedenim uvjetima još više povećava.

Uzastopnim uvođenjem alkil grupa, za razliku od alkilacije aromatičnih ugljovodonika, prva faza teče brže od druge, a zadnja od treće. Reverzibilna reakcija transalkilacije utiče na sastav proizvoda sekvencijalne supstitucije:

R2C6H4OH + C6H5OH ↔ 2RC6H4OH

čija je ravnoteža značajno pomjerena udesno. Stoga, s povećanjem aktivnosti katalizatora, temperature i trajanja reakcije, sadržaj monoalkilfenola u nastaloj smjesi može značajno porasti. Tako, u poređenju sa alkilacijom benzena (slika 1), maksimum monoalkilfenola u kinetičkom režimu procesa iznosi 50% (mol), au stanju koje se približava ravnotežnom dostiže 75-80% (mol). Za ciljanu sintezu monoalkilfenola, ovo omogućava rad sa relativno malim viškom fenola u odnosu na olefin (=0,8-0,95), pa čak i sa njihovom ekvimolarnom količinom. Selektivnost se još više povećava kada su nusproizvodi dialkilfenoli transalkilirani sa fenolom.

Rice. 1 Zavisnost sastava reakcione mase tokom ireverzibilne (a) i reverzibilne (b) alkilacije benzena od omjera početnih reagensa: 1. Benzen, 2. Monoalkilbenzen, 3. Dialylbenzen

Za ciljanu sintezu dialkilfenola koristi se višak olefina, ovisno o odnosu brzina i termodinamičkih faktora u narednim fazama reakcije.

Pored fenol etera i fenola supstituisanih polialkilom, nusproizvodi alkilacije su poliolefini i rezultirajući alkilfenoli dužeg lanca. Naprotiv, kada se reaguje sa višim, posebno razgranatim, olefinima, primećuje se da njihova depolimerizacija proizvodi alkilfenole koji imaju kraću alkil grupu. Uobičajena metoda za suzbijanje ovih nuspojava je snižavanje temperature, budući da alkilacija ima najnižu energiju aktivacije (20 kJ/mol). Da bi se izbjegla polimerizacija olefina, također je potrebno smanjiti njegovu koncentraciju u tekućini, što se postiže postupnim uvođenjem olefina u reakcionu masu. Imajte na umu da su reakcije fenola s izoolefinima u značajnoj mjeri reverzibilne, a zagrijavanje odgovarajućih alkilfenola s kiselim katalizatorom dovodi do oslobađanja olefina:

(CH3)3C-C6H4OH (CH3)2C=CH2 + C6H5OH

Izomerizacija i transalkilacija se odvijaju dijelom kroz ovu reakciju.

Sumporna kiselina se najčešće koristi kao katalizatori - protonske kiseline - u industriji. Najaktivnija je među ostalim dostupnim i jeftinim kiselinama, ali istovremeno jače katalizira i nuspojave, što dodatno dovodi do sulfonacije fenola i olefin sulfata te formira fenol sulfonske kiseline HOC6H4SO2OH i monoalkil sulfate ROSO2OH, koji također sudjeluju u katalizi. procesa. Kod sumporne kiseline alkilacija sa n-olefinima (osim etilena) se odvija na C, a sa reaktivnijim izoolefinima i stirenom već na 500C, ali da bi se proces ubrzao, au ovom drugom slučaju, alkilacija se vrši na 1000C, koristeći H2SO4 u količini od 3 - 10% . Drugi katalizator koji ne izaziva nuspojave sulfoniranja i blažeg je djelovanja je p-toluensulfonska kiselina CH3C6H4SO2OH. Ali ima manju aktivnost i višu cijenu od sumporne kiseline.

Sa ovim katalizatorima, alkilacija fenola se odvija kao homogena reakcija prema sljedećoj kinetičkoj jednadžbi:

Njihov zajednički nedostatak je potreba za ispiranjem kiselog katalizatora, što rezultira stvaranjem značajne količine toksične otpadne vode. Stoga su heterogeni katalizatori, posebno katjonske izmjenjivačke smole, koje se jednostavnom filtracijom izdvajaju iz reakcione mase, privukli pažnju i dobili praktičnu primjenu. Kod katjonske izmjenjivačke smole KU-2, alkilacija fenola sa izoolefinima se odvija na C, ali sporije nego tokom katalize sumpornom kiselinom.

Nedavno je orto-alkilacija fenola, katalizirana aluminijskim fenolatima (ArO)3AI, postala široko rasprostranjena. U ovom slučaju, čak i sa nezauzetim para-položajem, alkil grupa je pretežno usmjerena na orto-položaj uz uzastopno formiranje mono- i dialkilbenzena:

Kod izoolefina reakcija se odvija na temperaturi od 1000C, čije povećanje uzrokuje sve uočljiviju paraalkilaciju.

Kataliza sa aluminijevim fenolatom objašnjava se njegovom strukturom kao aprotonska kiselina, sposobna da formira kompleks sa fenolom, koji ima značajnu kiselost:

Vjeruje se da olefin daje karbokation sa protonom, koji ne ulazi u masu i, tokom intrakompleksne reakcije, napada najbliži orto-poziciju fenola.

Proces alkilacije u gasnoj fazi, koji je sličan po svojim zakonima, primenljiv je samo za metilaciju fenola sa metanolom. Izvodi se s heterogenim katalizatorom kiselinskog tipa (aluminij oksid, aluminosilikati, itd.). Na C se uglavnom dobijaju o-krezol, ksilenoli i anizol, ali na višoj temperaturi (C), u skladu sa prethodno razmotrenim, raste prinos p- i m-krezola, a opada prinos anizola i ksilenola.

3. Tehnologija procesa alkilacije fenola

Šaržni proces se još uvijek često koristi za alkilaciju fenola. Kod alkilacije tečnim olefinima visokog ključanja, reakcija se odvija u aparatu s miješalicom i plaštom za zagrijavanje parom ili hlađenje vodom. U njega se ubacuje fenol i katalizator, zagrijani na 900C, nakon čega se tečni olefin (diizobuten, propilen trimer ili tetramer, stiren) dodaje uz miješanje i hlađenje. U drugoj polovini reakcije, naprotiv, potrebno je zagrijati reakcionu masu. Ukupno trajanje operacije je 2-4 sata.Nakon toga se reakciona masa neutrališe u mikseru sa 5% alkalija, uzetih u količini ekvivalentnoj kiselini-katalizatoru, zagrevajući smešu živom parom. U tom slučaju se destiluje neizreagirani olefin, koji se nakon kondenzacije pare odvaja od vode u separatoru i može ponovo koristiti za alkilaciju. Neutralizirani organski sloj sirovih alkilfenola se odvaja od vodene otopine soli i šalje na vakuum destilaciju, u kojoj se destiliraju voda, ostaci olefina i nepretvoreni fenol.

U postupcima za dobijanje alkilfenola iz gasovitih olefina preporučljivo je koristiti ne reaktor sa mešalicom, već šuplju kolonu u kojoj se reakciona masa meša mjehurićenjem olefina. Reakciona toplota se može ukloniti pomoću unutrašnjih ili eksternih frižidera. Za prelazak na kontinuirani proces u cilju njegovog intenziviranja i poboljšanja sastava reakcione mase, kao i kod drugih ireverzibilnih serijsko-paralelnih reakcija, isplativije je koristiti kaskadu takvih reaktora.

U novom procesu alkilacije fenola u prisustvu jonoizmenjivačkih smola, katalizator je suspendovan u tečnosti u reakcionoj koloni. Fenol i olefin se neprekidno unose na dno kolone. Na C na KU-2 smoli ili na C na aluminosilikatu, volumetrijski protok je 0,15 h-1. Reakciona masa se filtrira od čestica katalizatora i šalje na destilaciju. Potrošnja katalizatora je samo 0,4% masenih udjela dobivenih alkilfenola.

4. Primljeni proizvodi

Najjednostavniji homolozi fenola: o-, m- i p-krezoli i izomerni ksilenoli:

nalaze se u proizvodima koksanja uglja, ali u vrlo malim količinama, nesposobni da zadovolje potrebe za njima za proizvodnju polimernih materijala, pesticida, antioksidansa itd. Jedan od načina njihove sinteze, implementiran u industriji niza zemalja , sastoji se od metilacije fenola u gasnoj fazi metanolom preko heterogenog katalizatora:

Od monoalkilfenola, p-tert-butilfenol, dobijen iz fenola i izobutena, je od praktičnog interesa:

Kada se doda fenolu prilikom polikondenzacije sa formaldehidom, dobijaju se slabo rastvorljivi polimeri, što je važno kada se koristi kao premazi boja i lakova.

Monoalkilfenoli s alkil grupom od 5-8 atoma ugljika jaki su baktericidni agensi, a kada se prošire na 8-12 C atoma, pokazuju se kao vrijedni međuprodukti za sintezu neionskih surfaktanata njihovom oksietilacijom:

Kao agensi za alkilaciju koriste se niži polimeri i kopolimeri olefina (diizobuten, trimer i tetramer propilena, kopolimeri butena sa pentenima i dr.) iz kojih nastaju terc-alkilfenoli. Da bi se dobili proizvodi sa boljom biohemijskom razgradljivošću, preporučljivije je koristiti n-olefine.

Najvažnije područje primjene alkilfenola i produkata njihove daljnje transformacije je proizvodnja stabilizatora za polimere i ulja protiv termičke oksidativne destrukcije koja nastaje tijekom rada ovih materijala, posebno na povišenim temperaturama. Do uništenja dolazi lančanim radikalnim mehanizmom, a mogu ga inhibirati razne tvari koje mogu vezati slobodne radikale ili ih prevesti u nereaktivno stanje. Alkilfenoli stvaraju neaktivne radikale stabilizirane konjugacijom s aromatičnim prstenom, a posebno snažno djelovanje imaju fenoli s dvije razgranate grupe u orto položaju, kada je učinak konjugacije upotpunjen prostornim utjecajem glomaznih supstituenata:

Napisana formula pripada jednom od najčešćih stabilizatora - jonolu, koji se dobija iz p-krezola i izobutena. U istu svrhu korišten je antioksidans-2246, dobiven kondenzacijom o-tert-butil-p-krezola sa formaldehidom:

međutim, njihov zajednički nedostatak je ograničena sirovinska baza zbog nestašice krezola. Upravo iz tog razloga orto-alkilacija je dobila veliki značaj, omogućavajući korištenje pristupačnijeg fenola kao sirovine. Većina stabilizatora ovog tipa pripada dinuklearnim jedinjenjima sa metilenskim ili sulfidnim mostovima između 2,6-dialkilfenola (izobutena, stirena, itd.) i nekog aromatičnog ugljovodonika (mesitilen, duren) ili drugog alkilfenola:

Bibliografija

1. , Ostroumov. M., Drfa, 2008;

3. Lebedev i tehnologija osnovne organske i petrohemijske sinteze. M., hemija. 1988. – 592 str.;

4. , Vishnyakov petrohemijska sinteza. M., 1973. – 448 str.;

5. Yukelsonova osnovna organska sinteza. M., "Hemija", 1968.