24.11.202227.05.2017

Die Alkylierungsreaktion von Phenol mit Olefinen und ihre Anwendungsgebiete. Eigenschaften der Ausgangsrohstoffe und des resultierenden Produkts. Aufbau und Funktionsprinzip des Hauptgeräts. Technologische Berechnung der Hauptapparate und Materialbilanz der Produktion.

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Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation

Petrochemische Universität Nischnekamsk

Spezialität 240503 Gruppe 1711-z

ABSCHLUSSQUALITÄTSARBEIT

Thema: Alkylierung von Phenol mit Propylentrimeren(PProduktivität 125.000 Tonnen Alkylphenol pro Jahr)

Vollendet

Geprüft

Einführung

1. Technologischer Teil

1.6.2 Spezifikation der Instrumentierungs- und Automatisierungsausrüstung

1.8 Industrielle Ökologie der Abwasserbehandlung bei der Herstellung von Neonolen

2. Berechnungsteil

2.2 Berechnung des Hauptgeräts

Literatur

Einführung

Die Relevanz des Themas dieser abschließenden Qualifikationsarbeit „Alkylierung von Phenol mit Propylentrimeren“ liegt darin begründet, dass der Außenhandelsumsatz Russlands bislang gemessen an den Wachstumsraten den Anstieg der Industrieproduktion deutlich übersteigt. Im Allgemeinen handelt es sich hierbei um einen progressiven Trend, der sich in den meisten entwickelten Ländern der Welt im Wettbewerb auf dem Weltmarkt manifestiert. Im Zuge dieses Handels findet auch ein intensiver Austausch über wissenschaftliche und technische Errungenschaften einzelner Länder statt.

Der Zustand der chemischen und petrochemischen Industrie hängt weitgehend von gesamtrussischen Exporten ab. OJSC NKNK nimmt eine führende Position unter den russischen Herstellern und Exporteuren petrochemischer Produkte ein. Fast alle von OJSC NKNK hergestellten Produkte erfreuen sich einer großen Nachfrage auf dem Auslandsmarkt, dessen Kapazität um ein Vielfaches größer ist als der Inlandsmarkt.

Zweck der Arbeit: Alkylierung von Phenol mit Propylentrimeren.

Ausgehend von der Zielsetzung werden folgende Aufgaben dieser Arbeit hervorgehoben:

1. Betrachten Sie die theoretischen Grundlagen der Herstellungsmethode der Phenolalkylierung.

2. Machen Sie Berechnungen bei der Herstellung von Phenol.

Der Aufbau der Arbeit besteht aus einer Einleitung, zwei Kapiteln, einem Fazit und einem Literaturverzeichnis.

1. Technologischer Teil

1.1 Theoretische Grundlage der angewandten Produktionsmethode

Unter Alkylierung versteht man den Prozess der Einführung von Alkylgruppen in Moleküle organischer Substanzen.

Die Alkylierungsreaktion von Phenol mit Olefinen ist eine Quelle für Alkylphenol.

Bei dieser Methode handelt es sich um eine Hochtemperaturmethode, die unter folgenden Bedingungen durchgeführt wird:

Temperatur? 85 - 125 °C

Druck 0,4 MPa

Katalysator Levatit-SRC-108/4 BC.

Olefine sind als Alkylierungsmittel von vorrangiger Bedeutung. Die Alkylierung mit Olefinen erfolgt über einen ionischen Mechanismus durch die Bildung von Carbokationen und wird durch protische und aprotische Säuren katalysiert. Die Reaktivität von Olefinen wird durch ihre Neigung zur Bildung von Carbokationen bestimmt:

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

Das bedeutet, dass die Verlängerung und Verzweigung der Kette der Kohlenstoffatome im Olefin dessen Alkylierungsfähigkeit deutlich erhöht:

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

Die Alkylierung erfolgt nacheinander unter Bildung von Mono-, Di- und Trialkylphenolen, gleichzeitig findet jedoch eine säurekatalysierte Umlagerung mit der Wanderung von ortho-Alkylgruppen zu para-Isomeren statt, die in diesem Fall am stabilsten sind. Somit ist das Transformationsschema wie folgt:

Die Alkylierung von Phenol mit Olefinen geht mit Nebenreaktionen der Olefinpolymerisation und der Zerstörung von Alkylgruppen einher. Bei der gezielten Alkylierung sind diese Nebenprozesse unerwünscht.

Die Alkylierungsreaktion wird in einem adiabatischen Reaktor durchgeführt. Die Reaktionsprodukte werden nach der Alkylierung einer Rektifikation unterzogen. Der Umwandlungsgrad der Propylentrimere beträgt 98,5 %.

Das Verhältnis von Phenol- zu Propylentrimeren beträgt 4:1.

Der Prozess der Alkylierung von Phenol mit Propylentrimeren wird in einem Reaktor mit axialer Rohstoffzufuhr durchgeführt.

Der Produktionsprozess wird über ein automatisiertes Steuerungssystem mit Computer und APACS+ gesteuert.

Die Beheizung der Prozessleitungen erfolgt mit Fernwärmewasser mit einer Temperatur von 150 °C. /2.245./

1.2 Eigenschaften der Rohstoffe und des Endprodukts

Tabelle 1. Eigenschaften des Ausgangsmaterials und des resultierenden Produkts

Name von Rohstoffen, Materialien, Reagenzien, Katalysatoren, Halbzeugen, hergestellten Produkten	Nummer des Landes- oder Industriestandards, technische Spezifikationen, Unternehmensstandard	Zur Verifizierung erforderliche Qualitätsindikatoren	Standard nach GOST, OST oder Enterprise-Standard	Zweck, Umfang

Phenolklasse „B“	GOST23 51979	1. Aussehen 2. Kristallisationstemperatur, °C nicht niedriger 3. Massenanteil nichtflüchtiger Rückstände, % nicht mehr 4. Optische Dichte einer wässrigen Lösung von Phenol (0,8 g Klasse B in 100 cm3 (Wasser) bei 20 °C, nicht mehr 5. Optische Dichte von sulfoniertem Phenol, nicht mehr 6. Farbe der Phenolschmelze auf der Platin-Kobalt-Skala, nicht mehr	Weiße Flüssigkeit 40,6 0,008 0,03 nicht standardisiert
Propylentrimere	TU2211031	1. Aussehen	transparente, farblose Flüssigkeit ohne mechanische Verunreinigungen und unlösliche Feuchtigkeit	Wird für die Synthese von Alkylphenol verwendet
		2. Massenanteil an Propylentrimeren, % nicht weniger 3. Massenanteil der Olefine C8 und darunter, % nicht mehr als 4. Massenanteil an Olefinen C10 und höher, % nicht mehr als 5. Massenanteil der Feuchtigkeit, % nicht mehr 6. Bromzahl, mg. Brom pro 100 g Produkt, nicht weniger 7. Maleische Zahl mg. Maleinsäureanhydrid pro 1g. Produkt, nicht mehr 8. Massenanteil an Paraffinen, %, nicht mehr 9. Massenanteil an Peroxidverbindungen, %, nicht mehr 10.Massenanteil Ionol, %. innerhalb	95,0 2,0 3,0 0,02 120 2,0 1,0 0,0005
		1. Aussehen	Farblos transparent flüssig
Technische Natronlauge, Güteklasse RR		1. Aussehen 2. Massenanteil von Natriumhydroxid, %, nicht weniger 3. Massenanteil von Natriumcarbonat, %, nicht mehr 4. Massenanteil von Natriumchlorid, %, nicht mehr 5. Massenanteil von Eisen in Form von Fe2O3, %, nicht mehr 6. Summe der Massenanteile von Eisen- und Aluminiumoxiden, %, nicht mehr Natriumsulfat,%, nicht mehr	Farblos transparent flüssig 42,0 0,5 0,05 0,0015 0,02	Zur Neutralisierung des sauren Milieus von Alkylaten
Stickstoff gasförmig und flüssig von hoher Reinheit, 2. Klasse		1. Volumenanteil von Stickstoff, %, nicht weniger 2. Volumenanteil von Sauerstoff, %, nicht mehr Volumenanteil von Wasserdampf im Stickstoffgas, % nicht mehr	99,95 0,05	Wird zur Vorbereitung von Geräten für die Reparatur und für Drucktestsysteme sowie zum Trocknen verbrauchter Katalysatoren verwendet
Monoalkylphenole	TU 38. 602 09 20 91	1. Aussehen 2. Farbe, Jod-Skaleneinheiten, nicht mehr 3. Massenanteil von Monoalkylphenolen, %, nicht weniger 4. Massenanteil an Dialkylphenolen, %, nicht mehr 5. Massenanteil von Phenol, %, nicht mehr 6. Massenanteil von Wasser, %, nicht mehr 7. Flammpunkt im offenen Tiegel, °C, nicht niedriger	Ölige, klare Flüssigkeit 10 98,0 1,0 0,1 0,05	Wird bei der Herstellung von ethoxylierten Monoalkylphenolen (Neonolen), Additiven für Schmieröle und Harzen vom Octofor-Typ verwendet.

Phenol (Hydroxybenzol, Karbolsäure) C6H5OH ist eine weiße kristalline Substanz mit einem spezifischen „Teer“-Geruch mit einem Schmelzpunkt von 40,9 °C, einem Siedepunkt von 181,75 °C und einer Dichte von 1057,6 kg/m3. Es ist wasserlöslich und bildet mit ihm ein azeotropes Gemisch mit einem Siedepunkt von 99,6 °C. Löslich in Ethanol, Diethylether, Benzol, Aceton und Chloroform. Es hat leicht saure Eigenschaften und löst sich in wässrigen Alkalilösungen unter Bildung der entsprechenden Phenolate. Es wird leicht durch Luftsauerstoff oxidiert und bildet Oxidationsprodukte, die es rosa und dann braun färben. In Form von Dämpfen, Staub und Lösungen

giftig. Bei Hautkontakt verursacht Phenol Verätzungen, in Dämpfen reizt es die Schleimhäute der Augen und Atemwege.

Phenol ist eines der Großprodukte der organischen Grundsynthese. Die weltweite Produktion beträgt etwa 5 Millionen Tonnen. Etwa die Hälfte des produzierten Phenols wird für die Herstellung von Phenol-Formaldehyd-Polymeren verwendet. Phenol wird auch bei der Herstellung von Diphenylpropan, Caprolactam, Alkylphenolen, Adipinsäure und verschiedenen Weichmachern verbraucht.

Trimere von Propylen C9H18 sind eine transparente, farblose Flüssigkeit mit einem Flammpunkt von 21 °C, einem Siedepunkt von 125 °C und einer Dichte von 749 kg/m3. In Wasser schwer löslich.

Monoalkylphenol ist eine ölige, transparente Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 250 °C

Flammpunkt 112°C und Dichte 944 kg/m3. Löst sich nicht in Wasser auf. Monoalkylphenole mit einer Alkylgruppe von 5–8 Kohlenstoffatomen sind starke bakterizide Wirkstoffe, und wenn sie auf 8–12 Kohlenstoffatome erweitert werden, erweisen sie sich als wertvolle Zwischenprodukte für die Synthese nichtionischer Tenside durch Oxoethylierung:

Das wichtigste Anwendungsgebiet von Alkylphenolen und Produkten ihrer weiteren Umwandlung ist die Herstellung von Stabilisatoren für Polymere und Öle gegen thermisch-oxidative Zerstörung, die beim Betrieb dieser Materialien, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, entsteht. /3.750./

1.3 Beschreibung des technologischen Schemas

Der Prozess der Alkylierung von Phenol mit Propylentrimeren oder Olefinen wird in der flüssigen Phase in zwei in Reihe geschalteten Reaktoren durchgeführt, um ein reaktives Kation zu bilden. Der Katalysator lagert sich im Allgemeinen an das Trimer an oder protoniert es. Das Alkylierungsmittel kann auch ein Komplex aus einem Katalysator und einem Trimer sein.

Die Hauptreaktion für die Bildung von Monoalkylphenol (MAP) kann die folgende sein: ein Festbett aus Katalysator. Die Rolle des Alkylierungskatalysators ist

С6Н6О + С9Н18 С15Н24О

Nebenwirkung der Bildung von Dialkylphenol (DAP):

С15Н24О + С9Н18 С24Н42О

Die Alkylierungsreaktion läuft bei einer Durchschnittstemperatur von 110 °C unter Freisetzung von Wärme von 14,82 kcal/mol Propylentrimeren ab.

Unter den für das Verfahren akzeptierten Bedingungen werden pro 1 Mol Monoalkylphenol 0,083 Mol Dialkylphenol gebildet.

Die Bildung von hoch alkylierten Phenolen als Nebenprodukt hängt von einer Reihe von Faktoren ab, beispielsweise der Temperatur, dem Phenol-zu-Olefin-Verhältnis, der Verweilzeit des Alkylats in der Reaktionszone usw.

Die Reaktionsmasse (Alkylat) nach Alkylierungsreaktoren enthält im Durchschnitt:

- 0,60 Gew.-% - Propylentrimere, Paraffine;

- 32,65 % Gew. - Phenol;

- 58,60 Gew.-% - Alkylphenole

- 7,65 Gew.-% - Dialkylphenole und andere.

Die Alkylierungsreaktion von Phenol mit Propylentrimeren erfolgt in einem adiabatischen Reaktor bei einem Druck von 0,4 MPa (4 bar) und einer Temperatur von 80 °C bis 125 °C.

Durch die Freisetzung von Wärme während einer exothermen Reaktion steigt die Temperatur im Reaktor. Die Endtemperatur wird durch die Leistung des Katalysators bestimmt, der bei 170 °C seine Aktivität verliert. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsbewegung relativ zum freien Querschnitt des Reaktors beträgt 0,7 cm/s, die Verweilzeit beträgt 15 Minuten. Die Aktivität des Katalysators nimmt während des Betriebs ab und nach 12 – 13 Monaten Betrieb muss der Katalysator ausgetauscht werden. Eine Erhöhung der Temperatur in den Reaktoren hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung des Katalysators, daher erfordert die Arbeit mit einem frischen Katalysator ein milderes Temperaturregime für die Alkylierung. Die Temperatur am Boden des Reaktors wird bei 70–80°C gehalten.

Bei geringer Belastung wird das Reaktionsgemisch mit einer Anfangstemperatur von 60–80 °C dem zweiten Reaktor zugeführt. Das Molverhältnis von Phenol:Propylentrimeren wird auf mindestens 2:1 gehalten. Dies wird durch die Regulierung des Flusses der Hauptströme – Phenol und Trimere von Propylen oder Olefinen – in die Mischerposition erreicht. S-1.

Phenolverbrauch im Mischer Pos. C-1 wird durch den in der Versorgungsleitung installierten Durchflussregler Pos. 6-6 aufrechterhalten

Phenol- und Propylentrimere mit dem Durchflussregler Pos. 5-6. Nach dem Mischen im Mischer Pos. Das C-1-Reaktionsgemisch gelangt in den Ringraum des Kühlschranks. T-1, wo es mit sekundärem Kühlwasser auf eine Temperatur von 80°C gekühlt wird. Kühlwasserrücklauf vom Kühlschrank Pos. T-1 gelangt in den Rücklaufwassersammler der Werkstatt.

Von der Kühlschrankposition. Das T-1-Reaktionsgemisch wird zur Alkylierung dem ersten Reaktor Pos. zugeführt. P-1a von unten während des Prozesses, das Alkylat tritt durch den Zwischenkühler Pos. ein. T-2, wo es durch sekundäres Kühlwasser gekühlt wird, zum unteren Teil des zweiten Reaktors entlang des Prozesses, Pos. R-1b.

Die Temperatur am Kopf des ersten Reaktors wird während des Prozesses durch den Temperaturregler Pos. 11-7 aufgrund der Abkühlung des Reaktionsgemisches im Kühlschrank Pos. automatisch aufrechterhalten. T-1 Sekundärkühlwasser, mit Steuerventil Pos. 11-12, die an der Sekundärkühlwasser-Abflussleitung vom Kühlschrank installiert wird, Pos. T-1.

Die Temperatur am Kopf des zweiten Reaktors im Prozess wird automatisch durch den Temperaturregler pos. 14-5 durch Abkühlung des Alkylats im Kühlschrank Pos. T-2 mit sekundärem Kühlwasser, dessen Steuerventil pos. 14-11 wird an der Sekundärkühlwasser-Abflussleitung vom Kühlschrank, Pos., installiert. T-2.

Um eine Druckentlastung der Reaktoren bei zu hohem Druck zu vermeiden, sind doppelte Sicherheitsventile eingebaut.

Aufgrund der Tatsache, dass Alkylat ein saures Milieu hat, wird zur Vermeidung von Korrosion der Werkstattausrüstung Alkylat aus dem zweiten Reaktor im Prozess, Pos. R-1b kommt an

Mischerpos. S-2 zur Neutralisierung. Die Hauptneutralisation des Alkylats erfolgt mit einer 20 - 42 %igen Natriumhydroxidlösung nach Einschalten eines neuen Reaktors mit frischem Katalysator auf pH = 6,5 - 7,0. Die weitere Aufrechterhaltung eines pH-Werts von 6,5 bis 7,0 erfolgt durch Propylentrimere mit einem pH-Wert von 7,0. Der Mischer ist im Inneren mit Leitblechen ausgestattet, wodurch die Ströme gemischt werden.

Von der Container-Pos. E-2 zum Mischer Pos. C-2-Alkali wird nach Bedarf durch eine Kolbenpumpe Pos. zugeführt. N-2a, geb. Die Dosierung des Alkalis in das Alkylat erfolgt in Abhängigkeit vom Säuregehalt des Alkylats.

Von der Mischerposition. C-2 neutralisiertes Alkylat gelangt in den Behälter, Pos. E-3, während ein Teil davon ständig an den Analysator zum Chromatographen gesendet wird.

Alkylat im Behälter Pos. E-3 wird unter einem Stickstoff-„Kissen“ bei konstantem Druck gelagert, der durch den Druckregler Pos. automatisch aufrechterhalten wird. 18-5.

1.4 Aufbau und Funktionsprinzip des Hauptgeräts

Alkylierung von Phenolpropylen

Der Hauptapparat zur Durchführung des Alkylierungsprozesses ist der Reaktorpos. R-1 a, b, bestimmt für die Alkylierung von Phenol mit Propylentrimeren.

Das Gerät ist ein vertikaler zylindrischer Behälter. 1 von oben Pos. 3 und niedrigere Pos. 2 Deckel aus Edelstahl. Der zylindrische Teil ist mit Bolzen mit Deckel und Boden verbunden. Flanschverbindungen werden in Nut-Feder-Form hergestellt. Zwischen dem zylindrischen Teil und dem Boden befindet sich ein Gitterpos. 4, entworfen, um die Katalysatorschicht zu halten. Das Gitter besteht aus Längs- und Quermetallplatten, die mit einem Netz mit einer feinen Maschenweite von 0,25 x 0,25 mm bedeckt sind, was ein Versagen des Katalysators verhindert. Der Katalysator im Inneren der Apparatur wird nach der Bulk-Methode lokalisiert. Das Reaktionsgemisch durchläuft ein Katalysatorbett, wo an den aktiven Stellen des Katalysators eine Alkylierungsreaktion stattfindet. Das Alkylat verlässt den Reaktor durch den Filter Pos. 5, in der Mitte der Armatur eingebaut Pos. H. Der Filter ist ein Zylinder mit vielen Löchern, bedeckt mit einem Metallgewebe mit einer feinen Maschenweite von 0,25 x 0,25 mm.

An der Seite der unteren Abdeckung befindet sich eine Armatur, Pos. Und für den Eingang des Reaktionsgemisches erfolgt der Ausgang des reagierten Gemisches durch die Anschlussstelle. B, eingebettet in die obere Abdeckung. Die Beladung des Katalysators erfolgt über die entsprechende Pos. B, im Reaktordeckel schräg zur Hauptachse der Apparatur eingebaut, die Entladung erfolgt an der Einbauposition. G befindet sich an der Unterseite des zylindrischen Teils des Geräts und kann auch als Luke für die Installation und Inspektion interner Geräte verwendet werden. Am unteren Punkt des Gerätes befindet sich eine Armatur, Pos. D, dient zum Entleeren des Reaktors vom Produkt vor dem Entladen des Katalysators und der Reparatur des Geräts.

An der Außenseite des zylindrischen Teils ist eine Stütze bestehend aus einer Schürze und zehn Beinen angeschweißt. Technische Eigenschaften:

1. Fassungsvermögen 10,3 m3

2. Die Umgebung im Gerät ist giftig und explosiv

3. Arbeitsdruck 0,4 MPa

4. Betriebstemperatur 95 0C

5. Hauptmaterial Stahl X18N10T

6. Gerätegewicht 5030 kg

7. Abmessungen:

a) Höhe 9550 mm

b) Durchmesser 1200 mm

/4.86/

1.5 Analytische Produktionskontrolle

GOST 14870-77 Messung der Feuchtigkeitskonzentration mit der Fischer-Methode

Bei der Methode wird die Probe in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst oder dispergiert und mit einem Karl-Fischer-Reagenz titriert, bei dem es sich um eine Mischung aus Jod, Schwefeldioxid, Pyridin und Methanol handelt. In Gegenwart von Wasser reagiert Jod mit Schwefeldioxid zu farbloser Jodwasserstoffsäure und Schwefelsäureanhydrid gemäß der folgenden Reaktionsgleichung:

C5H5 I2 + C5H5N SO2 + C5H5N + H2O + CH3OH

2С5Н5N HI + С5Н5N HSO4 CH3

Als Endpunkt der Titration gilt der Zeitpunkt des Auftretens von freiem Jod, bestimmt elektrometrisch oder visuell.

Diese Methode bestimmt hygroskopisches, kristallisierendes und sorbiertes Wasser.

Chromatographische Methode Nr. 307-007-92

Das Verfahren basiert auf der chromatographischen Trennung der Komponenten der Mischung mit ihrer anschließenden Registrierung am Ausgang der chromatographischen Säule durch einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor.

Chromatographische Methode TU 2211-031 05766801

Die Methode basiert auf der Trennung der Komponenten der analysierten Probe auf einer Chromatographiesäule mit anschließender Registrierung durch ein System, das an einen Flammenionisationsdetektor angeschlossen ist.

Potentiometrische Methode Nr. 8 Messung des pH-Wertes

Die Technik ist für die Messung des pH-Werts von Wasserkondensat, Abwasser und Industriewasser vorgesehen. Messmethode Der pH-Wert entspricht dem negativen dezimalen Logarithmus der Aktivität von Wasserstoffionen in einer Lösung pH=-log an. Der pH-Wert ist ein Maß für den Säuregehalt bzw. die Alkalität einer Lösung.

Tabelle 2.18 Bestimmung des Mediums wässriger Lösungen

GOST 4333 - 87

Der Kern der Methode besteht darin, eine Probe eines Ölprodukts in einem offenen Tiegel mit einer festgelegten Geschwindigkeit zu erhitzen, bis aus einer Zündvorrichtung ein Dampfblitz (Flammpunkt) des Ölprodukts über seiner Oberfläche auftritt und bis bei weiterer Erwärmung Das Produkt entzündet sich (Zündtemperatur) mit einer Verbrennungsdauer von mindestens 5 Sekunden.

GOST 14871 - 76

Farbe ist ein allgemein anerkanntes quantitatives Merkmal für flüssige chemische Reagenzien und deren Lösungen mit geringer Farbe.

Die Methode basiert auf der Farbbestimmung durch visuellen Vergleich mit einer Farbskala.

1.6 Automatisierung der Produktion

1.6.1 Beschreibung des Regelkreises für den Rohstofffluss

803-1 - Membran DK 25-100

803-2 - Überdrucksensor Metran-100 DD-2430

803-3 – HID 2029 Eigensicherheitsbarriere

803-4 – HID 2037 Eigensicherheitsbarriere

803-5 - Elektropneumatischer Stellungsregler EPP-Ex

803-6 – Einsitz-Steuerventil – Typ NZ RK201nzh

Beschreibung des Rückflussregelkreises in Kt-2

Der Differenzdruck von der Membran (Pos. 803-1) wird einem Überdrucksensor mit eingebautem Mikroprozessor Metran-100 DD-2430 (Pos. 803-2) zugeführt. Ein normiertes elektrisches Signal von 4 - 20 mA vom Sensor wird über die Eigensicherheitsbarriere HID 2029 (Art. 803-3) dem Regler zugeführt, wo es aufgezeichnet und mit einem zuvor eingestellten Wert verglichen wird. Bei Abweichungen des gemessenen Parameters vom vorgegebenen Wert generiert das APACS-System eine Kontrollmaßnahme

Einsitz-Regelventil - Typ NZ RK201nzh (Pos. 803-6) durch die Eigensicherheitsbarriere HID 2037 (Pos. 803-4) und durch den elektropneumatischen Stellungsregler EPP-Ex (Pos. 803-5) bis zur Fehlanpassung wird Null.

Abbildung 1. Propylen-Trimer-Flusskreislauf in Mischer S-3

1.6.2 Spezifikation der Instrumentierungs- und Automatisierungsausrüstung

Tabelle – Spezifikation der Instrumentierungs- und Automatisierungsausrüstung

Positionsnummer	Name Parameter	Installation des Gerätes	Kontrollierte Umgebung	Name und Eigenschaften des Geräts	Gerätemodell	Menge (Stück)

	Druckkontrolle in der Pipeline von Propylentrimeren	Auf der Pipeline	Propylentrimere		Metran – 100-Ex-DI-3141-MP

	Regulierung des Verbrauchs von Propylentrimeren E-1	In der Rohrleitung	Propylentrimere		Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		Auf der Pipeline			Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Am Ventil
		Auf der Pipeline
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensicherer Barriereausgang der HID-Serie, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Temperatur in E-1	Auf der Pipeline	Propylentrimere		TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Druckregulierung in E-1	Auf der Pipeline			Metran – 100-Ex-DI-3141-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensicherer Barriereausgang der HID-Serie, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Am Ventil		Entwickelt, um sich zu bewegen
		Auf der Pipeline		Stellantriebsventil mit pneumatischem Antrieb
	Regulierung des Verbrauchs von Propylentrimeren in S-1	In der Rohrleitung	Propylentrimere	In die Flansche der DSK-Rohrleitung eingebaute Kammermembran gemäß GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung in ein einheitliches analoges Stromsignal konzipiert 4-20 mA und/oder digitales Signal im HART-Protokollstandard, oder digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle des Differenzdruck-Eingangssignals.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensicherer Barriereausgang der HID-Serie, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Am Ventil		10…100 mm. Explosionsschutz: ExdsllB+H2T6
		Auf der Pipeline		Stellantriebsventil mit pneumatischem Antrieb
	Regulierung des Verbrauchs von Phenolav S-1	In der Rohrleitung		In die Flansche der DSK-Rohrleitung eingebaute Kammermembran gemäß GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung in ein einheitliches analoges Stromsignal konzipiert 4-20 mA und/oder digitales Signal im HART-Protokollstandard, oder digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle des Differenzdruck-Eingangssignals.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensicherer Barriereausgang der HID-Serie, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Am Ventil		Elektropneumatischer Stellungsregler. Zuluftdruck 0,14 MPa. Eingangssignal 0,02–0,1 mPa. Ausgelegt für einen Hub von 10…100 mm. Explosionsschutz: ExdsllB+H2T6
		Auf der Pipeline		Stellantriebsventil mit pneumatischem Antrieb
	Alkylattemperatur bis T-4	Auf der Pipeline		Der Thermokonverter mit einheitlichem Signal dient zur Messung der Temperatur neutraler und aggressiver Medien, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Einheitlicher DC-Ausgangsbereich 4–20 mA	TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Alkylattemperatur nach T-4	Auf der Pipeline		Der Thermokonverter mit einheitlichem Signal dient zur Messung der Temperatur neutraler und aggressiver Medien, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Einheitlicher DC-Ausgangsbereich 4–20 mA	TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Alkylatdruckregelung am Einlass zu R-5	Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Di-Ex-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung des Ausgangssignals des Überdrucks in ein einheitliches analoges Stromsignal 4-20 mA und/oder ein digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle konzipiert	Metran – 100-Ex-DI-3141-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Regulierung des Brauchwasserdurchflusses am Auslass von T-4	In der Rohrleitung	industrielles Wasser	In die Flansche der DSK-Rohrleitung eingebaute Kammermembran gemäß GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung in ein einheitliches analoges Stromsignal konzipiert 4-20 mA und/oder digitales Signal im HART-Protokollstandard, oder digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle des Differenzdruck-Eingangssignals.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensicherer Barriereausgang der HID-Serie, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Am Ventil		Elektropneumatischer Stellungsregler. Zuluftdruck 0,14 MPa. Eingangssignal 0,02–0,1 mPa. Entwickelt, um sich zu bewegen 10…100 mm. Explosionsschutz: ExdsllB+H2T6
		Auf der Pipeline		Stellantriebsventil mit pneumatischem Antrieb
	Obere Temperatur P-5	Auf der Pipeline		Der Thermokonverter mit einheitlichem Signal dient zur Messung der Temperatur neutraler und aggressiver Medien, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Einheitlicher DC-Ausgangsbereich 4–20 mA	TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere mit galvanischer Trennung, Ausgang. Gefahrenzonensignal (Eingang) - 4-20 mA. Sicheres Zonensignal (Ausgang) – 4–20 mA. Stromversorgung 24 V DC. Ein-Kanal.
				Absperrventil, 0 % geschlossen, 100 % geöffnet
	Temperatur Mitte P-5	Auf der Pipeline		Der Thermokonverter mit einheitlichem Signal dient zur Messung der Temperatur neutraler und aggressiver Medien, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Einheitlicher DC-Ausgangsbereich 4–20 mA	TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Bodentemperatur P-5	Auf der Pipeline		Der Thermokonverter mit einheitlichem Signal dient zur Messung der Temperatur neutraler und aggressiver Medien, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Einheitlicher DC-Ausgangsbereich 4–20 mA	TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Druckregelung P-5	Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Di-Ex-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung des Ausgangssignals des Überdrucks in ein einheitliches analoges Stromsignal 4-20 mA und/oder ein digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle konzipiert	Metran – 100-Ex-DI-3141-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Regulierung des Brauchwasserdurchflusses am Auslass von T-6	In der Rohrleitung	industrielles Wasser	In die Flansche der DSK-Rohrleitung eingebaute Kammermembran gemäß GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung in ein einheitliches analoges Stromsignal konzipiert 4-20 mA und/oder digitales Signal im HART-Protokollstandard, oder digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle des Differenzdruck-Eingangssignals.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensicherer Barriereausgang der HID-Serie, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Am Ventil		Elektropneumatischer Stellungsregler. Zuluftdruck 0,14 MPa. Eingangssignal 0,02–0,1 mPa. Entwickelt, um sich zu bewegen 10…100 mm. Explosionsschutz: ExdsllB+H2T6
		Auf der Pipeline		Stellantriebsventil mit pneumatischem Antrieb
	Obere Temperatur P-7	Auf der Pipeline		Der Thermokonverter mit einheitlichem Signal dient zur Messung der Temperatur neutraler und aggressiver Medien, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Einheitlicher DC-Ausgangsbereich 4–20 mA	TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Temperatur Mitte P-7	Auf der Pipeline		Der Thermokonverter mit einheitlichem Signal dient zur Messung der Temperatur neutraler und aggressiver Medien, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Einheitlicher DC-Ausgangsbereich 4–20 mA	TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Bodentemperatur P-7	Auf der Pipeline		Der Thermokonverter mit einheitlichem Signal dient zur Messung der Temperatur neutraler und aggressiver Medien, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Einheitlicher DC-Ausgangsbereich 4–20 mA	TSP Metran-256
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Druckregelung P-7	Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Di-Ex-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung des Ausgangssignals des Überdrucks in ein einheitliches analoges Stromsignal 4-20 mA und/oder ein digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle konzipiert	Metran – 100-Ex-DI-3141-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Niveauregulierung in E-8	Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung des hydrostatischen Drucks in ein einheitliches analoges 4-20-mA-Stromsignal und/oder ein digitales Signal im HART-Protokollstandard oder ein digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle konzipiert	Metran-100-DG-Ex
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Alkylat-pH-Wert nach Alkylierungsreaktoren	in der Rohrleitung		Elektrode mit eingebautem Temperatursensor Рt-100, Länge 120 mm, Durchmesser 12 mm. Die Temperatur des Messmediums beträgt 0-120°C. Der Bereich des gemessenen Mediums beträgt 0-14.
		Auf der Pipeline		Konverter messendes pH-Meter mit Kristallanzeige. Ausgangssignal 4h20 mA, Messfehler 0,1 %. Umgebungstemperatur -20 h +55 oC
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensicherer Barriereausgang der HID-Serie, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Überwachung des Alkylatverbrauchs am Ausgang von Reaktoren	In der Rohrleitung		In die Flansche der DSK-Rohrleitung eingebaute Kammermembran gemäß GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung in ein einheitliches analoges Stromsignal konzipiert 4-20 mA und/oder digitales Signal im HART-Protokollstandard, oder digitales Signal basierend auf der RS485-Schnittstelle des Differenzdruck-Eingangssignals.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
	Druckregulierung in E-11	Auf der Pipeline		Der intelligente Drucksensor der Metran-100-Di-Ex-Serie ist für die Messung und kontinuierliche Umwandlung in ein einheitliches analoges Stromsignal konzipiert 4–20 mA und/oder digitales Signal basierend auf dem Überdruck-Ausgangssignal der RS485-Schnittstelle	Metran – 100-Ex-DI-3141-MP
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensichere Barriere Serie HID-Eingang, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von 4-20 mA
		Eigensicherer Barriereschrank		Eigensicherer Barriereausgang der HID-Serie, zweikanalig. Eingangssignal von 4-20 mA, Ausgang von
		Am Ventil		Elektropneumatischer Stellungsregler. Zuluftdruck 0,14 MPa. Eingangssignal 0,02–0,1 mPa. Ausgelegt für einen Hub von 10…100 mm. Explosionsschutz: ExdsllB+H2T6
		Auf der Pipeline		Stellantriebsventil mit pneumatischem Antrieb

1.7 Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz

Anforderungen zur Gewährleistung der Explosionsgefahr des Phenolalkylierungsprozesses.

Die geplante Anlage zur Herstellung von Alkylphenolen befindet sich in unmittelbarer Nähe großer Unternehmen: NShZ, das elastische Werk, CHPP-1, OJSC NKNK in der Nähe von Nischnekamsk, unter Berücksichtigung der „Windrose“. Die hier vorherrschenden Winde tragen einen erheblichen Teil der schädlichen Emissionen in die entgegengesetzte Richtung aus den Wohngebieten. Die technische Ausstattung befindet sich in einer 24 mal 24 Meter großen und 17 Meter hohen Außenanlage. Die technologische Prozesssteuerung erfolgt automatisiert und ferngesteuert über das APACS-System vom Leitwartengebäude aus. Die Abmessungen des Kontrollraums betragen 15 mal 20 Meter, die Höhe 4 Meter.

Basierend auf den Eigenschaften von Stoffen gemäß der Brandschutznorm NPB 105-03 legen wir die Kategorie und Klasse der explosionsgefährdeten Zone fest: für den Betreiber die Kategorie „D“ und für die Produktion die Kategorie „An“. Gemäß PB 09.107-03 gehört das Verfahren hinsichtlich des Energiepotenzials der Explosion und der Menge an explosiven Stoffen zur Kategorie I, da Q > 54 und m > 9600 kg.

Laut PUE gehört die Außenanlage zur Explosionszonenklasse V-1g.

Gemäß GOST 12.2.007.0-75 wird für elektrische Produkte in Außenanlagen und im Kontrollraum ein dreiphasiges vieradriges, fest geerdetes Stromnetz U = 380/220 V verwendet. Gemäß PUE wird die Außenaufstellung hinsichtlich des Gefährdungsgrades eines Stromschlags besonders gefährlichen Räumen gleichgestellt, der Kontrollraum wird als Raum ohne erhöhte Gefahr eingestuft.

Entsprechend dem Grad der Gefahr eines Stromschlags für Personen gehört der Kontrollraum zur Hochrisikoklasse. Für den Kontrollraum entspricht laut PUE der minimal zulässige Schutzgrad elektrischer Geräte IP44 (gegen das Eindringen fester Stoffe mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm und Spritzwasser in alle Richtungen).

Gemäß GOST 12.1.019-79 und GOST 12.1.009-76 wird die elektrische Sicherheit des Personals durch konstruktive Lösungen elektrischer Anlagen gewährleistet; Verwendung der Schutzerdung aller Geräte, Unterbringung der elektrischen Geräte des DCS in geschlossenen Schränken.

Alle elektrischen Gerätekonstruktionen entsprechen den Betriebsbedingungen und bieten Personenschutz vor Kontakt mit spannungsführenden Teilen.

Um Schäden an der Isolierung durch Feuchtigkeit zu vermeiden, sind alle Kabelsysteme in Rohrleitungen eingeschweißt.

Zündquellen sind: glühende oder erhitzte Gerätewände, elektrische Gerätefunken, statische Elektrizität, Schlag- und Reibungsfunken.

Die Gebäude und Bauwerke der geplanten Produktion bestehen aus Stahlbeton und gehören zur Feuerwiderstandsklasse II.

Zur Vorbereitung einer Reparatur werden die Geräte mit Stickstoff gespült. Alle Geräte und Anschlüsse sind versiegelt. Reparaturarbeiten werden nur mit funkensicherem Werkzeug durchgeführt. Um einen Brand rechtzeitig zu erkennen, ist eine automatische Alarmanlage vorgesehen. Die Räumlichkeiten sind mit einer elektrischen Brandmeldeanlage zur Erkennung des Anfangsstadiums eines Brandes mit manueller und automatischer Auslösung ausgestattet. Zur manuellen Aktivierung werden Druckknopfmelder vom Typ PKIL-9 verwendet. Zur automatischen Aktivierung werden Rauchmelder vom Typ DI-1 verwendet. In explosionsgefährdeten Umgebungen kommen explosionsgeschützte Melder DSP-1AG (Differential) zum Einsatz.

Um einen Brand in der Werkstatt zu löschen, stehen folgende primäre Feuerlöschmittel zur Verfügung: Löschwasserversorgung, Feuerlöscher, Asbestdecken, Sand, Stickstoff,

Wasserdampf Entlang der Werkstatt sind Monitore und Hydranten angebracht.

Zum Löschen elektrischer Geräte werden Kohlendioxid- und Pulverfeuerlöscher OU-8, OU-25, OP-100 verwendet.

Um einen Brand rechtzeitig zu melden und die Feuerwehr zu alarmieren, ist ein Brandmeldesystem vorhanden.

Gemäß der brandtechnischen Klassifizierung verfügen die Gebäude über die notwendigen Voraussetzungen für eine sichere Evakuierung von Personen über Notausgänge. Die Anzahl der Notausgänge beträgt zwei.

Um thermische Verbrennungen zu vermeiden, werden Geräte und Rohrleitungen mit hohen Wandtemperaturen mit Mineralwolle und verzinkten Blechen isoliert.

Um Geräte vor Überdruck über dem zulässigen Grenzwert zu schützen, werden Sicherheitsventile der Marken PPK4-150-40, PPK4-125-40 verwendet.

Bei der Durchführung des Extraktionsprozesses ist es notwendig, Temperatur, Druck und Füllstand in der Apparatur sowie die Durchflussrate der eingehenden Produkte zu messen.

Zur Druckmessung kommt ein intelligenter Überdrucksensor von Metran in explosionsgeschützter Ausführung zum Einsatz. Der Füllstand wird mit einem digitalen Verdränger-Füllstandsensor von Masoneilan gemessen.

in explosionsgeschützter Ausführung. Zur Temperaturmessung verwenden wir einen Platin-Widerstandsthermometer. Wir messen den Durchfluss mit einer Kammermembran für Rohrleitungen der Firma „Metran“. Der Prozess wird vom Kontrollraum aus ferngesteuert.

Der Controller sorgt für die Einhaltung der vorgegebenen Prozessparameter und Regelgeschwindigkeit, sorgt für Signalisierung und Blockierung, wenn die Parameter gemäß einem vorgegebenen Programm von den zulässigen Werten abweichen.

1.8 Industrieökologie

Schutz des Wasserbeckens vor Industrieabwässern.

Bei der Phenol-Alkylierungsanlage mit Propylentrimeren ergeben sich in Tabelle 4 folgende Emissionen in das Abwasser der OAO NKNK.

Abwasser entsteht: bei der Vorbereitung von kapazitiven und Wärmetauschergeräten für Reparaturen (einmal im Jahr). Sie werden über Brunnen in das KZK eingeleitet. Die maximal zulässige Konzentration für Sanitärgewässer beträgt für Phenol 0,1 mg/l. Der MPC für Fischereigewässer für Phenol beträgt 0,025 mg/l.

Tabelle 4. Abwasser

Das Abwasser des CCP wird der Abfallbehandlungsanlage zugeführt. Die Standards für die Ableitung von Wasser sind CSB, CSB nicht höher als 500 mg/l, pH - 6,5 h 12,5, bei Abweichungen wird das Abwasser zur organischen Entfernung ausgepresst. Der Wasserzustand wird mit der Bichromatmethode Nr. 25 auf CSB analysiert.

Um Gewässer vor schädlichen Emissionen zu schützen und Bodenverschmutzung zu verhindern, ist die Werkstatt mit Wannen und unterirdischen Tanks zum Sammeln von atmosphärischen Niederschlägen ausgestattet, aus denen der anfallende Abfall in die chemisch verschmutzte Kanalisation gepumpt wird.

Methoden zur Behandlung von Industrieabwässern werden üblicherweise in mechanische, chemische, biologische und physikalisch-chemische Methoden unterteilt. Mit diesen Methoden wird das Abwasser für die anschließende Reinigung aufbereitet oder vollständig von Verunreinigungen gereinigt.

Dabei kann die Reinigung sowohl unter Freisetzung von Verunreinigungen in die gasförmige, feste oder flüssige Phase als auch unter deren Zerstörung erfolgen.

2. Berechnungsteil

2.1 Materialbilanz der Produktion

Ausgangsdaten:

(94) (126) (220)

С6Н6О + 2 С9Н18 = С24Н42О - Nebenreaktion der Bildung

(94) (126) (346)

Dialkylphenol. (2)

Die Kapazität der Anlage für Alkylphenol beträgt 125.000

Tonnen pro Jahr.

Kalenderzeitfonds 365 Tage.

Der Zeitaufwand für größere Reparaturen beträgt 10 Tage.

Der Umsatz an Propylentrimeren beträgt 98,5 %.

Zusammensetzung der Reaktionsmischung (% Masse)

Propylentrimere – 40

Alkylatzusammensetzung (Gew.-%)

Alkylphenol - 58,60

Einschließlich:

Phenol - 32,65

Propylentrimere - 0,60

Dialkylphenol -7,65

Der Prozess gilt als kontinuierlich.

Wir erstellen ein Diagramm der Materialflüsse

Abbildung 2.1 Stoffflussdiagramm für die Alkylphenolproduktion

R – Reaktor zur Alkylierung von Phenol mit Propylentrimeren; G1 ist der Materialfluss von Phenol- bzw. Propylentrimeren; G2 – Säulenzulauf Kt-1, Alkylat

Effektiver Gerätebetriebsfonds (Stunde)

Tef=Tk - ?Tr

Teff=365 · 24 - 10 · 24=8520 Stunden

Alkylphenolproduktion (kg/Stunde)

Alkylphenol

X=8597,42 kg/h

X=4790,20 kg/h

Propylentrimere

Starke Rückstände

Dialkylphenol

X=1122,36 kg/h

Kolonne Kt-1 wird mit Alkylat aus Reaktor R-1 (Strom G2) gespeist. Anhand des Umsatzes der Propylentrimere ermitteln wir die zugeführte Rohstoffmenge. Wir berechnen die Anzahl der Teilnehmer an der Reaktion (1) (kg/Stunde)

Propylentrimere

Wir berechnen die Anzahl der Teilnehmer an der Reaktion (2) (kg/Stunde)

Propylentrimere

Bestimmen Sie die Gesamtmenge der Substanzen, die an den Reaktionen (1) und (2) teilgenommen haben.

Propylentrimere

Wir berechnen die Menge der gelieferten Rohstoffe (kg/Stunde)

Propylentrimere

Erstellen einer Materialbilanztabelle

Tabelle 5. Übersichtstabelle der Materialbilanz

2.2 Berechnung des Hauptgeräts

2.2.1 Technologische Berechnung des Hauptgeräts

Zweck: Die Alkylierung von Phenol mit Propylentrimeren erfolgt in flüssiger Phase in Gegenwart eines Katalysators.

Menge des Futters, das in den Reaktor gelangt

Gr=26784,11 kmol (siehe Stoffbilanz)

Betriebsart:

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

Volumetrische Zufuhrrate der Reaktionsmischung 7,2 h-1

Katalysator

Lebensdauer des Katalysators - 12-13 Monate

Schnittfläche des Gerätes:

wo: Vf? Volumenstrom der Reaktionsmischung, m3/s;

W – lineare Strömungsgeschwindigkeit im Gerät, m/s.

Gerätedurchmesser:

D = 1,13 v1 = 1,13 m

Wir akzeptieren einen Reaktor mit einem Durchmesser von 1200 mm.

Erforderliches Katalysatorvolumen:

Vob – volumetrische Zufuhrrate der Rohstoffe, Stunde-1;

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

Das für den Prozess erforderliche Katalysatorvolumen beträgt 5 m3, daher wird die diesem Volumen entsprechende Höhe der Katalysatorschicht durch die Formel bestimmt:

Berechnung der Reaktorhöhe. Die Höhe des Reaktors wird durch folgende Merkmale bestimmt:

HReaktionszone = 7 m - Höhe der Reaktionszone;

Nkat. entscheiden = 0,035 m - Höhe des Katalysatorgitters;

Nshtuts. = 0,55 m - Höhe der installierten Armaturen;

Ndn. = 1 m - Bodenhöhe;

Nkr = 1 m - Höhe der Abdeckung.

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

Wir akzeptieren einen Reaktor mit einer Höhe von 9550 mm.

Daher werden für die Anlage zwei Reaktoren eingesetzt, um eine maximale Umwandlung mit den folgenden Hauptmerkmalen zu gewährleisten:

Durchmesser - 1200 mm;

Höhe - 9550 mm;

Höhe der Katalysatorschicht - 5,35 m;

Katalysatorvolumen 5 m3.

Die Berechnung des R-1v-Reaktors erfolgt auf ähnliche Weise, wir fassen die Berechnungsdaten zusammen

zu Tabelle 6

Tabelle 6. Eigenschaften der Reaktorausrüstung

2.2.2 Thermische Berechnung des Gerätes

Ausgangsdaten:

Das Reaktionsgemisch gelangt mit einer Temperatur von 70 °C in den Reaktor.

Der Wärmeverlust an die Umgebung beträgt 1,1 % des Wärmegewinns.

Die restlichen Daten stammen aus der Materialbilanz.

Basierend auf dem Wärmeflussdiagramm erstellen wir eine Wärmebilanzgleichung.

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 – Gleichung für den ersten Reaktor,

Q5 + Q6 = Q7 + Q8 – Gleichung für den zweiten Reaktor.

Bestimmen wir die mit der Reaktionsmischung zugeführte Wärmemenge

Q1 = G1 Сð1 t1

G1 – Menge des eingehenden Rohmaterials, kmol;

Ср1 – spezifische Wärmekapazität der Reaktionsmischung, kJ/kg K;

t ist die Temperatur der Reaktionsmischung, 0C.

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

Bestimmen wir die spezifische Wärmekapazität des Reaktionsgemisches

Av (Phenol) = 2344,98

Zusammensetzung der Reaktionsmischung:

Phenol - 60 %,

Propylentrimere – 40 %.

Ср = У сpi·wi

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

Cð = 2217,9 = 2,218

Die mit der Reaktionsmischung zugeführte Wärmemenge

Q1 = 7,44 · 2,218 · 70 = 1155,13 kW

Bestimmen wir die Wärmemenge, die durch exotherme Reaktionen freigesetzt wird

C6H6O + C9H18 = C15H24O – die Zielreaktion für die Bildung von Alkylphenol; (1)

C6H6O + 2 C9H18 = C24H42O – eine Nebenreaktion der Bildung von Dialkylphenol. (2)

Q2 = Q1int + Q2inc,

Q1int – die durch die exotherme Reaktion freigesetzte Wärmemenge (1),

Q2ob ist die Wärmemenge, die durch die exotherme Reaktion (2) freigesetzt wird.

Q1int = G1?Нр

Q2ob = G2 ?Нр,

Нр1, ΔНр2 – Enthalpieänderungen als Ergebnis der Reaktionen (1) und (2), kJ/kg;

G1, G2 – die Menge an Alkylphenol und Dialkylphenol, die nach dem ersten Reaktor gebildet wurde (30 % Alkylphenol und 1 % Dialkylphenol aus dem gebildeten Alkylat 26784,11 kg/h), kmol.

Нр1 = 281,56 kJ/kg

Нр2 = 106,52 kJ/kg

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

G2 = 267,84 kg/Stunde = 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

Den Wärmeverlust mit dem Alkylat ermitteln wir aus der Wärmebilanzgleichung für den ersten Reaktor

Q1 + Q2 = Q3 + Q4

Q3 = Q1 + Q2 – Q4,

Dafür ist es jedoch notwendig, Q4 zu finden – Verluste für die Umwelt.

Q4 = (Q1 + Q2) 1,1 %

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

Von hier aus finden wir Q3

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

Bestimmen Sie die Temperatur des Reaktionsgemisches am Ausgang des ersten Reaktors

G3 – Menge an gebildetem Alkylat, kmol

Ср3 – spezifische Wärme des Alkylats, kJ/kg·K.

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

Bestimmen wir die spezifische Wärmekapazität des Alkylats

Av (Phenol) = 2344,98

Mi (Propylentrimer) = 2027,3

Av (Alkylphenol) = 2450,63

Av (Dialkylphenol) = 2373,48

Alkylatzusammensetzung:

Phenol - 49 %,

Propylentrimere - 20 %,

Alkylphenol - 30 %,

Dialkylphenol - 1 %.

Ср = У сpi·wi

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

2313,42 = 2,313

Erstellen einer Wärmebilanztabelle für den ersten Reaktor

Tabelle 7. Wärmebilanz für den ersten Reaktor

Bestimmen wir die Wärmemenge, die mit dem Kältemittel den Wärmetauscher verlässt

Qwater = Gwater Srvody (t2k - t2n)

Gwater – Kühlwasserverbrauch, kmol;

Srvody – spezifische Wärmekapazität von Wasser;

t2к, t2н – End- und Anfangswassertemperatur, 0C.

Friedel-Crafts-Alkylierung von Phenolen

Phenol unterliegt einer Friedel-Crafts-Alkylierung, wenn es mit einem Alkylierungsmittel, einer Lewis-Säure wie FeBr_3$ oder $A1C1_3$ und einem Katalysator behandelt wird. Dabei entstehen Salze vom Typ $ArOAlCl_2$. Ein Beispiel ist die Wechselwirkung von Kresol mit Isobutylen unter Bildung von gehindertem Phenol – 2,6-Di- reibt-Butyl-4-methylphenol (Ionol):

Bild 1.

In ähnlicher Weise wird durch Reaktion von Phenol mit Isopropylalkohol 2,4,6-Triisopropylphenol erhalten:

Figur 2.

Bei dieser Friedel-Crafts-Alkylierung ist das angreifende Elektrophil ein Alkylkation, das durch die Reaktion von Alkyl mit einer Lewis-Säure entsteht. In Abwesenheit anderer Nukleophiler reagieren diese elektrophilen Spezies mit dem aromatischen Ring.

Die Friedel-Crafts-Alkylierung weist zwei wichtige Einschränkungen auf, die ihren Wert erheblich mindern und die Reaktion im Allgemeinen weniger günstig als die Acylierung machen. Alkylphenole sind bei elektrophilen Substitutionsreaktionen im Allgemeinen reaktiver als Phenol selbst. Vor diesem Hintergrund neigt die Friedel-Crafts-Alkylierung dazu, einer weiteren Alkylierung zu unterliegen, was zur Bildung von Dialkyl oder stärker alkylierten Produkten führt, wie in beiden oben diskutierten Fällen gezeigt.

Die einzige praktische Möglichkeit, solche Substitutionsreaktionen zu kontrollieren, besteht darin, einen großen Phenolüberschuss aufrechtzuerhalten. Diese Methode ist für Benzol selbst akzeptabel, da es relativ billig und flüchtig ist, ist jedoch für die meisten seiner substituierten Derivate, die teurer oder weniger verfügbar sind, nicht akzeptabel.

Eine weitere wichtige Einschränkung der Friedel-Crafts-Alkylierung hängt mit der alternativen Reaktion vieler Carbokationen zusammen, insbesondere in Abwesenheit reaktiver Nukleophile, nämlich der Umlagerung in isomere Carbokationen.

Die Monoalkylierung nach Friedel-Crafts zeichnet sich durch eine äußerst geringe Regioselektivität aus und führt zur Bildung von Gemischen ortho- Und Paar-isomere Produkte. Die Alkylierung von Phenolen ist eine reversible Reaktion, und in Gegenwart starker Lewis-Säuren kommt es unter der Bedingung der thermodynamischen Kontrolle der Reaktion zu Umlagerungen:

Figur 3.

Klassische Acylierung von Phenolen nach Friedel-Crafts

Unter klassischen Bedingungen führt die Friedel-Crafts-Acylierung von Phenolen unter Verwendung von Acylhalogenidkomplexen mit Aluminiumchlorid zu unbefriedigenden Produktausbeuten, da auch die Hydroxylgruppe des Phenols in die Acylierung eingeht. Eine effektivere Methode ist die Acylierung unter Verwendung eines Carbonsäurekomplexes mit Bortrifluorid als Acylierungsmittel:

Figur 4.

Kondensation von Phenolen mit Phthalsäureanhydrid

Als eine Variante der Friedel-Crafts-Acylierungsreaktion ist auch die Kondensation von Phenolen mit Phthalsäureanhydrid in Gegenwart von Mineralsäuren oder Lewis-Säuren (A. Bayer, 1874) anzusehen. In diesem Fall kondensieren zwei Phenolmoleküle mit einem Phthalsäureanhydridmolekül und bilden Triphenylmethan-Derivate, sogenannte Phthaleine.

Abbildung 5.

Bei einem pH-Wert über 9 verfärben sich wässrige Lösungen von Phenolphthalein infolge der Spaltung des Lactonrings unter Bildung eines Dianions purpurrot.

Abbildung 6.

Aminomethylierung

Abbildung 7.

Die Mannich-Reaktion oder Aminomethylierung ist charakteristisch für Verbindungen mit einer aktiven Methylengruppe. Sie erfolgt als Mehrkomponentenreaktion zwischen Formaldehyd und einem sekundären Amin (in Form eines Hydrochlorids) und ermöglicht die Einführung einer Aminomethylgruppe $-CH_2NR_2$ in die Verbindungen. Es reagieren auch aktivierte aromatische Substrate wie Phenole, sekundäre oder tertiäre aromatische Amine und heterozyklische Verbindungen wie Indol, Pyrrol und Furan. Auf diese Weise können aromatische Verbindungen mit der Aminomethylgruppe $-CH_2NR_2$ erhalten werden.

Unter den Aminen wird häufig Dimethylamin verwendet, und anstelle von Formaldehyd kann ein anderer Aldehyd eingeführt werden.

Der Reaktionsmechanismus ist die Bildung eines Iminsalzes mit Formaldehyd und einem sekundären Amin über ein intermediäres Aminal und dessen Dehydratisierung unter der katalytischen Wirkung von $H^+$. Das Iminiumion ist ein Elektrophil, das den aromatischen Ring angreift. Das aus Formaldehyd und Dimethylamin gebildete Iminiumion kann in Form von Iodid (Jeschenmoser-Salze - $ICH_2NMe_2$) isoliert werden.

Kursarbeit

Alkylierung von Phenolen

Einleitung 3

1. Eigenschaften von Alkylierungsprozessen 4

2. Chemie und theoretische Grundlagen der Alkylierung von Phenolen 10

3. Technologie des Phenol-Alkylierungsprozesses 14

4. Produkte erhalten 15

Referenzen 18

Einführung

Alkylierung ist der Prozess der Einführung von Alkylgruppen in Moleküle organischer und einiger anorganischer Substanzen. Diese Reaktionen sind von sehr großer praktischer Bedeutung für die Synthese von im Kern alkylierten Aromaten, Isoparaffinen, vielen Mercaptanen und Sulfiden, Aminen, Stoffen mit Etherbindung, elementaren und metallorganischen Verbindungen, Produkten der Verarbeitung von -Oxiden und Acetylen. Alkylierungsprozesse sind häufig Zwischenschritte bei der Herstellung von Monomeren, Detergenzien etc.

Viele der Alkylierungsprodukte werden in sehr großem Maßstab hergestellt. So werden in den USA etwa 4 Millionen Tonnen Ethylbenzol, 1,6 Millionen Tonnen Isopropylbenzol, 0,4 Millionen Tonnen höhere Alkylbenzole, über 4 Millionen Tonnen Glykole und andere Produkte aus der Verarbeitung von Alkylenoxiden, etwa 30 Millionen Tonnen Isoparaffinalkylat produziert jährlich synthetisiert. etwa 1 Million Tonnen Tert-Butylmethylether usw.

1. Eigenschaften von Alkylierungsprozessen

1. Klassifizierung von Alkylierungsreaktionen

Die rationalste Klassifizierung von Alkylierungsprozessen basiert auf der Art der neu gebildeten Bindung.

Bei der Alkylierung an einem Kohlenstoffatom (C-Alkylierung) wird das am Kohlenstoffatom befindliche Wasserstoffatom durch eine Alkylgruppe ersetzt. Paraffine sind zu dieser Substitution fähig, die Alkylierung ist jedoch am typischsten für aromatische Verbindungen (Friedel-Crafts-Reaktion):

Die Alkylierung an Sauerstoff- und Schwefelatomen (O- und S-Alkylierung) ist eine Reaktion, bei der eine Alkylgruppe an ein Sauerstoff- oder Schwefelatom bindet:

ArOH + RCI ArOH + NaCI + H2O

NaSH + RCI → RSH + NaCI

In diesem Fall fallen auch Prozesse wie die Hydrolyse chlorierter Derivate oder die Hydratisierung von Olefinen unter die zu allgemeine Definition der Alkylierung, und dies zeigt, dass nur solche Reaktionen der Einführung einer Alkylgruppe keiner anderen, bedeutsameren und definierenderen Klassifizierung unterliegen Diese Merkmale sollten als Alkylierung bezeichnet werden.

Bei der Alkylierung am Stickstoffatom (N-Alkylierung) werden Wasserstoffatome in Ammoniak oder Aminen durch Alkylgruppen ersetzt. Dies ist die wichtigste Methode zur Synthese von Aminen:

ROH + NH3 → RNH2 + H2O

Wie Hydrolyse- und Hydratationsreaktionen wird die N-Alkylierung häufig als Ammonolyse (oder Aminolyse) organischer Verbindungen klassifiziert.

Die Alkylierung an Atomen anderer Elemente (Si-, Pb-, AI-Alkylierung) ist der wichtigste Weg, um elementare und metallorganische Verbindungen zu erhalten, wenn die Alkylgruppe direkt an das Heteroatom gebunden ist:

2RCI + Si R2SiCI2

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

3C3H6 + AI + 1,5H2 → Al(C3H7)3

Eine weitere Klassifizierung von Alkylierungsreaktionen basiert auf Unterschieden in der Struktur der in eine organische oder anorganische Verbindung eingeführten Alkylgruppe. Es kann gesättigt, aliphatisch (Ethyl und Isopropyl) oder zyklisch sein. Im letzteren Fall wird die Reaktion manchmal als Cycloalkylierung bezeichnet:

Bei der Einführung einer Phenyl- oder allgemein Arylgruppe entsteht eine direkte Bindung mit dem Kohlenstoffatom des aromatischen Rings (Arylierung):

C6H5CI + NH3 → C6H5NH2 + HCI

Die Alkylgruppe kann einen aromatischen Ring oder eine Doppelbindung umfassen, und wenn letztere ausreichend weit vom Reaktionszentrum entfernt ist, unterscheidet sich die Reaktion kaum von herkömmlichen Alkylierungsprozessen:

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

Eine Sonderstellung nimmt jedoch die Einführung einer Vinylgruppe (Vinylierung) ein, die überwiegend mit Acetylen durchgeführt wird:

ROH + CH≡CH ROCH=CH2

CH3-COOH + CH≡CH CH3-COO-CH=CH2

Schließlich können Alkylgruppen verschiedene Substituenten enthalten, beispielsweise Chloratome, Hydroxy-, Carboxy-, Sulfonsäuregruppen:

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

ROH + HOCH2-CH2SO2ONa → ROCH2–CH2SO2ONa + H2O

Die wichtigste Reaktion zur Einführung substituierter Alkylgruppen ist der Prozess der -Oxyalkylierung (im konkreten Fall Oxyethylierung), der ein breites Spektrum an Reaktionen von Olefinoxiden abdeckt:

2. Alkylierungsmittel und Katalysatoren

Es empfiehlt sich, alle Alkylierungsmittel nach der Art der Bindung, die bei der Alkylierung in ihnen aufbricht, in folgende Gruppen einzuteilen:

1. Ungesättigte Verbindungen (Olefin und Acetylen), bei denen die -elektronische Bindung zwischen Kohlenstoffatomen aufbricht;

2. Chlorderivate mit einem ausreichend beweglichen Chloratom, das unter dem Einfluss verschiedener Stoffe ersetzt werden kann;

3. Alkohole, Ether und Ester, insbesondere Olefinoxide, bei denen bei der Alkylierung die Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung aufgebrochen wird.

Als Alkylierungsmittel sind vor allem Olefine (Ethylen, Propylen, Butene und höher) von Bedeutung. Aufgrund ihrer geringen Kosten versuchen sie, sie nach Möglichkeit in allen Fällen einzusetzen. Ihre Hauptanwendung fanden sie in der C-Alkylierung von Paraffinen und Aromaten. Sie sind für die N-Alkylierung nicht anwendbar und für die S- und O-Alkylierung und die Synthese metallorganischer Verbindungen nicht immer wirksam.

Die Alkylierung mit Olefinen erfolgt in den meisten Fällen über einen ionischen Mechanismus durch die intermediäre Bildung von Carbokationen und wird durch protische und aprotische Säuren katalysiert. Die Reaktivität von Olefinen bei Reaktionen dieser Art wird durch ihre Neigung zur Bildung von Carbokationen bestimmt:

Das bedeutet, dass die Verlängerung und Verzweigung der Kette der Kohlenstoffatome im Olefin dessen Alkylierungsfähigkeit deutlich erhöht:

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

In einigen Fällen erfolgt die Alkylierung mit Olefinen unter dem Einfluss radikalischer Kettenreaktionsinitiatoren, Licht oder hoher Temperatur. Hier sind die intermediär aktiven Spezies freie Radikale. Die Reaktivität verschiedener Olefine bei solchen Reaktionen liegt deutlich näher beieinander.

Chlorderivate sind Alkylierungsmittel mit dem breitesten Wirkungsspektrum. Sie eignen sich zur C-, O-, S- und N-Alkylierung sowie zur Synthese der meisten elementaren und metallorganischen Verbindungen. Der Einsatz chlorierter Derivate ist sinnvoll für Prozesse, in denen sie nicht durch Olefine ersetzt werden können oder wenn chlorierte Derivate billiger und leichter zugänglich sind als Olefine.

Die alkylierende Wirkung von Chlorderivaten äußert sich in drei verschiedenen Arten von Wechselwirkungen: in elektrophilen Reaktionen, bei nukleophilen Substitutionen und in radikalischen Prozessen. Der Mechanismus der elektrophilen Substitution ist charakteristisch für die Alkylierung am Kohlenstoffatom, aber im Gegensatz zu Olefinen werden Reaktionen nur durch aprotische Säuren (Aluminium- und Eisenchloride) katalysiert. Im Grenzfall läuft der Prozess unter intermediärer Bildung eines Carbokations ab:

Dabei hängt die Reaktivität von Alkylchloriden von der Polarisation der C-CI-Bindung bzw. von der Stabilität von Carbokationen ab und nimmt mit der Verlängerung und Verzweigung der Alkylgruppe zu:

Bei einem anderen Reaktionstyp, der für die Alkylierung an Sauerstoff-, Schwefel- und Stickstoffatomen charakteristisch ist, besteht der Prozess in der nukleophilen Substitution des Chloratoms. Der Mechanismus ähnelt der Hydrolyse chlorierter Derivate und die Reaktion findet in Abwesenheit von Katalysatoren statt:

Die Reaktivität chlorierter Derivate ändert sich bei diesen Prozessen auf die gleiche Weise wie bei der Hydrolyse, nämlich:

ArCH2CI > CH2=CH-CH2CI > AIkCI > ArCI

erster-AIkCI > zweiter-AIkCI > tert-AIkCI

Eine Reihe von Alkylierungsprozessen mit chlorierten Derivaten erfolgt über den Mechanismus freier Radikale. Dies ist besonders typisch für die Synthese elementarer und metallorganischer Verbindungen, wenn durch Wechselwirkung mit Metallen freie Radikale entstehen:

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

Alkohole und Ether sind zu C-, O-, N- und S-Alkylierungsreaktionen fähig. Zu den Ethern zählen auch Olefinoxide, die innere Ether von Glykolen sind, und von allen Ethern werden praktisch nur Olefinoxide als Alkylierungsmittel verwendet. Alkohole werden zur O- und N-Alkylierung verwendet, wenn sie billiger und leichter zugänglich sind als chlorierte Derivate. Um ihre Alkyl-Sauerstoff-Bindung aufzubrechen, sind Katalysatoren vom Säuretyp erforderlich:

R-OH + H+ ↔ R-OH2 ↔ R+ + H2O

3. Energieeigenschaften der wichtigsten Alkylierungsreaktionen

Abhängig vom Alkylierungsmittel und der Art der aufzubrechenden Bindung im alkylierten Stoff weisen Alkylierungsprozesse stark unterschiedliche energetische Eigenschaften auf. Die Werte der thermischen Effekte für den gasförmigen Zustand aller Stoffe bei einigen wichtigen Alkylierungsprozessen an C-, O- und N-Bindungen sind in Tabelle 1 angegeben. Da sie maßgeblich von der Struktur der alkylierenden Stoffe abhängen, zeigt die Tabelle die häufigsten Grenzwerte für Änderungen thermischer Effekte.

Tabelle 1

Thermische Wirkung der wichtigsten Alkylierungsreaktionen

Alkylierungsmittel

Eine unterbrochene Verbindung

Aus einem Vergleich der vorgelegten Daten wird deutlich, dass bei Verwendung desselben Alkylierungsmittels die Reaktionswärme während der Alkylierung an verschiedenen Atomen in der folgenden Reihenfolge abnimmt: Car > Salif > N > O, und dass sie sich für verschiedene Alkylierungsmittel wie folgt ändert :

Der besonders große thermische Effekt der Alkylierung von Ethylenoxid und Acetylen ist auf die große Spannung des dreigliedrigen Oxidrings und die hohe Endothermie von Verbindungen mit Dreifachbindung zurückzuführen.

2. Chemie und theoretische Grundlagen der Alkylierung von Phenolen

Phenole bilden mit AICI3 inaktive ArOAICI2-Salze; daher werden Protonensäuren oder Metalloxidkatalysatoren vom Säuretyp als Katalysatoren für die Alkylierung von Phenolen verwendet. Dadurch können als Alkylierungsmittel ausschließlich Alkohole und Olefine eingesetzt werden. Neben Substitutionsprodukten im Kern entstehen einige Phenolether, die sich leicht in Alkylphenole umlagern:

Es wurde festgestellt, dass Alkylphenole überwiegend durch direkte Alkylierung in den Kern gebildet werden. Der Mechanismus dieser Reaktion ähnelt dem Mechanismus für aromatische Kohlenwasserstoffe, und die Hydroxogruppe von Phenolen aktiviert insbesondere die 4- und 2-Positionen stark, wobei in den Produkten fast keine Meta-Isomere vorhanden sind.

Unter den Monoalkylphenolen überwiegt bei der Katalyse mit Protonensäuren immer das para-Isomer, aber mit zunehmender Katalysatoraktivität, Temperatur und Reaktionsdauer kann der Anteil dieses Isomers unter den monosubstituierten durch Isomerisierung von 60 – 80 auf 95 % oder mehr ansteigen das ortho-Isomer.

Von den disubstituierten überwiegt stets deutlich das 2,4-Dialkylphenol, dessen Anteil unter den oben genannten Bedingungen noch weiter ansteigt.

Bei der sequentiellen Einführung von Alkylgruppen verläuft im Gegensatz zur Alkylierung aromatischer Kohlenwasserstoffe die erste Stufe schneller als die zweite und die letzte schneller als die dritte. Die Zusammensetzung der Produkte der sequentiellen Substitution wird durch die reversible Transalkylierungsreaktion beeinflusst:

R2C6H4OH + C6H5OH ↔ 2RC6H4OH

Das Gleichgewicht verschiebt sich deutlich nach rechts. Daher kann mit zunehmender Katalysatoraktivität, Temperatur und Reaktionsdauer der Gehalt an Monoalkylphenol in der resultierenden Mischung deutlich ansteigen. So beträgt im Vergleich zur Alkylierung von Benzol (Abb. 1) das Maximum an Monoalkylphenol im kinetischen Regime des Prozesses 50 % (Mol) und erreicht im Gleichgewichtszustand 75-80 % (Mol). Für die gezielte Synthese von Monoalkylphenolen ist es dadurch möglich, mit einem relativ geringen Überschuss an Phenol im Verhältnis zum Olefin (= 0,8–0,95) und sogar mit deren äquimolarer Menge zu arbeiten. Die Selektivität erhöht sich noch weiter, wenn die als Nebenprodukt entstehenden Dialkylphenole mit Phenol umalkyliert werden.

Reis. 1 Abhängigkeit der Zusammensetzung der Reaktionsmasse bei der irreversiblen (a) und reversiblen (b) Alkylierung von Benzol vom Verhältnis der Ausgangsreagenzien: 1. Benzol, 2. Monoalkylbenzol, 3. Dialylbenzol

Für die gezielte Synthese von Dialkylphenolen wird je nach Geschwindigkeitsverhältnis und thermodynamischen Faktoren in den nachfolgenden Reaktionsstufen ein Überschuss an Olefin eingesetzt.

Als Nebenprodukte der Alkylierung entstehen neben Phenolethern und polyalkylsubstituierten Phenolen auch Polyolefine und die daraus entstehenden längerkettigen Alkylphenole. Im Gegensatz dazu wird bei der Reaktion mit höheren, insbesondere verzweigten Olefinen deren Depolymerisation beobachtet, wobei Alkylphenole mit einer kürzeren Alkylgruppe entstehen. Eine übliche Methode zur Unterdrückung dieser Nebenreaktionen besteht darin, die Temperatur zu senken, da die Alkylierung die niedrigste Aktivierungsenergie aufweist (20 kJ/mol). Um eine Polymerisation des Olefins zu vermeiden, ist es auch notwendig, seine Konzentration in der Flüssigkeit zu reduzieren, was durch allmähliches Einbringen des Olefins in die Reaktionsmasse erreicht wird. Beachten Sie, dass die Reaktionen von Phenolen mit Isoolefinen weitgehend reversibel sind und das Erhitzen der entsprechenden Alkylphenole mit einem Säurekatalysator zur Freisetzung des Olefins führt:

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

Isomerisierung und Transalkylierung erfolgen teilweise durch diese Reaktion.

Schwefelsäure wird in der Industrie am häufigsten als Katalysator – Protonensäure – verwendet. Es ist die aktivste unter anderen verfügbaren und preiswerten Säuren, katalysiert aber gleichzeitig stärker Nebenreaktionen, die zusätzlich zur Sulfatierung von Phenolen und Olefinen führen und Phenolsulfonsäuren HOC6H4SO2OH und Monoalkylsulfate ROSO2OH bilden, die ebenfalls an der Katalyse beteiligt sind Verfahren. Bei Schwefelsäure erfolgt die Alkylierung mit n-Olefinen (außer Ethylen) bei C und bei reaktiveren Isoolefinen und Styrol bereits bei 500 °C, aber um den Prozess im letzteren Fall zu beschleunigen, wird die Alkylierung bei 1000 °C unter Verwendung von H2SO4 durchgeführt eine Menge von 3 - 10 %. Ein weiterer Katalysator, der keine Nebensulfonierungsreaktionen verursacht und eine mildere Wirkung hat, ist p-Toluolsulfonsäure CH3C6H4SO2OH. Allerdings hat sie eine geringere Aktivität und ist teurer als Schwefelsäure.

Mit diesen Katalysatoren verläuft die Alkylierung von Phenol als homogene Reaktion nach folgender kinetischer Gleichung:

Ihr gemeinsamer Nachteil ist die Notwendigkeit, den Säurekatalysator zu waschen, was zur Bildung einer erheblichen Menge giftigen Abwassers führt. Daher haben heterogene Katalysatoren, insbesondere Kationenaustauscherharze, die durch einfache Filtration von der Reaktionsmasse abgetrennt werden, Aufmerksamkeit erregt und praktische Anwendung gefunden. Mit dem Kationenaustauscherharz KU-2 erfolgt die Alkylierung von Phenolen mit Isoolefinen bei C, jedoch langsamer als bei der Katalyse mit Schwefelsäure.

In jüngster Zeit hat sich die ortho-Alkylierung von Phenolen, katalysiert durch Aluminiumphenolate (ArO)3AI, weit verbreitet. In diesem Fall ist die Alkylgruppe auch bei unbesetzter para-Position überwiegend in die ortho-Position gerichtet, wobei nacheinander Mono- und Dialkylbenzole gebildet werden:

Bei Isoolefinen findet die Reaktion bei einer Temperatur von 1000 °C statt, wobei eine Erhöhung zu einer zunehmend spürbaren Para-Alkylierung führt.

Die Katalyse durch Aluminiumphenolat wird durch seine Struktur als aprotische Säure erklärt, die mit Phenol einen Komplex bilden kann, der einen erheblichen Säuregehalt aufweist:

Es wird angenommen, dass das Olefin mit einem Proton ein Carbokation erzeugt, das nicht in die Masse eindringt und während einer intrakomplexen Reaktion die ortho-Position des ihm am nächsten gelegenen Phenols angreift.

Das gesetzmäßig ähnliche Gasphasen-Alkylierungsverfahren ist nur für die Methylierung von Phenol mit Methanol anwendbar. Es wird mit einem heterogenen Katalysator vom Säuretyp (Aluminiumoxid, Alumosilikate usw.) durchgeführt. Bei C werden hauptsächlich o-Kresol, Xylenole und Anisol erhalten, bei einer höheren Temperatur (C) steigt jedoch, wie zuvor diskutiert, die Ausbeute an p- und m-Kresolen und die Ausbeute an Anisol und Xylenolen nimmt ab.

3. Technologie des Phenol-Alkylierungsprozesses

Für die Alkylierung von Phenolen wird immer noch häufig ein Batch-Verfahren eingesetzt. Bei der Alkylierung mit hochsiedenden flüssigen Olefinen wird die Reaktion in einer Apparatur mit Rührer und Mantel zur Beheizung mit Dampf oder Kühlung mit Wasser durchgeführt. Darin werden Phenol und ein Katalysator eingefüllt, auf 900 °C erhitzt und anschließend unter Rühren und Kühlen ein flüssiges Olefin (Diisobuten, Propylentrimer oder -tetramer, Styrol) zugeführt. In der zweiten Hälfte der Reaktion ist es dagegen erforderlich, die Reaktionsmasse zu erhitzen. Die Gesamtdauer des Vorgangs beträgt 2–4 Stunden. Danach wird die Reaktionsmasse in einem Mischer mit 5 % Alkali neutralisiert, das in einer äquivalenten Menge an Katalysatorsäure aufgenommen wird, wobei die Mischung mit Frischdampf erhitzt wird. Dabei wird nicht umgesetztes Olefin abdestilliert, das nach Kondensation der Dämpfe in einem Abscheider vom Wasser getrennt wird und zur Alkylierung wiederverwendet werden kann. Die neutralisierte organische Schicht aus rohen Alkylphenolen wird von der wässrigen Salzlösung abgetrennt und einer Vakuumdestillation zugeführt, bei der Wasser, Olefinrückstände und nicht umgewandeltes Phenol abdestilliert werden.

Bei dem neuen Verfahren zur Alkylierung von Phenol in Gegenwart von Ionenaustauscherharzen wird der Katalysator in einer in der Reaktionskolonne befindlichen Flüssigkeit suspendiert. Phenol und Olefin werden kontinuierlich dem Sumpf der Kolonne zugeführt. Bei C auf KU-2-Harz oder bei C auf Alumosilikat beträgt die volumetrische Zufuhrrate 0,15 h-1. Die Reaktionsmasse wird von Katalysatorpartikeln filtriert und der Destillation zugeführt. Der Katalysatorverbrauch beträgt nur 0,4 Gew.-% der erhaltenen Alkylphenole.

4. Erhaltene Produkte

Die einfachsten Homologen von Phenol: o-, m- und p-Kresole und isomere Xylenole:

kommen in Kohleverkokungsprodukten vor, jedoch in sehr geringen Mengen, und können den Bedarf an ihnen für die Herstellung von Polymermaterialien, Pestiziden, Antioxidantien usw. nicht decken. Eine ihrer Synthesemethoden wird in der Industrie einer Reihe von Ländern umgesetzt , besteht aus der Gasphasenmethylierung von Phenol mit Methanol über einem heterogenen Katalysator:

Von den Monoalkylphenolen ist p-tert-Butylphenol, gewonnen aus Phenol und Isobuten, von praktischem Interesse:

Bei der Zugabe zu Phenol bei der Polykondensation mit Formaldehyd entstehen schwerlösliche Polymere, was bei der Verwendung als Farb- und Lackbeschichtung wichtig ist.

Monoalkylphenole mit einer Alkylgruppe von 5–8 Kohlenstoffatomen sind starke bakterizide Wirkstoffe, und wenn sie auf 8–12 C-Atome erweitert werden, erweisen sie sich durch ihre Oxyethylierung als wertvolle Zwischenprodukte für die Synthese nichtionischer Tenside:

Als Alkylierungsmittel werden niedere Polymere und Copolymere von Olefinen (Diisobuten, Trimer und Tetramer von Propylen, Copolymere von Buten mit Pentenen usw.) verwendet, aus denen tert-Alkylphenole gebildet werden. Um Produkte mit besserer biochemischer Abbaubarkeit zu erhalten, empfiehlt sich eher der Einsatz von n-Olefinen.

Das wichtigste Anwendungsgebiet von Alkylphenolen und Produkten ihrer weiteren Umwandlung ist die Herstellung von Stabilisatoren für Polymere und Öle gegen thermisch-oxidative Zerstörung, die beim Betrieb dieser Materialien, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, entsteht. Die Zerstörung erfolgt durch einen Radikalkettenmechanismus und kann durch verschiedene Substanzen gehemmt werden, die freie Radikale binden oder in einen nicht reaktiven Zustand überführen können. Alkylphenole erzeugen inaktive Radikale, die durch Konjugation mit dem aromatischen Ring stabilisiert werden, und Phenole mit zwei verzweigten Gruppen in ortho-Position haben eine besonders starke Wirkung, wenn die Wirkung der Konjugation durch den räumlichen Einfluss sperriger Substituenten ergänzt wird:

Die geschriebene Formel gehört zu einem der gebräuchlichsten Stabilisatoren – Ionol, das aus p-Kresol und Isobuten gewonnen wird. Für den gleichen Zweck wurde Antioxidans-2246 verwendet, das durch Kondensation von o-tert-Butyl-p-kresol mit Formaldehyd gewonnen wird:

Ihr gemeinsamer Nachteil ist jedoch die begrenzte Rohstoffbasis aufgrund der Knappheit von Kresolen. Aus diesem Grund hat die Ortho-Alkylierung große Bedeutung erlangt und ermöglicht die Verwendung von leichter zugänglichem Phenol als Rohstoff. Die meisten Stabilisatoren dieser Art gehören zu zweikernigen Verbindungen mit Methylen- oder Sulfidbrücken zwischen 2,6-Dialkylphenol (abgeleitet von Isobuten, Styrol usw.) und einigen aromatischen Kohlenwasserstoffen (Mesitylen, Duren) oder anderen Alkylphenolen:

Referenzliste

1. , Ostroumov. M., Bustard, 2008;

3. Lebedev und die Technologie der grundlegenden organischen und petrochemischen Synthese. M., Chemie. 1988. – 592 S.;

4. , Petrochemische Synthese von Vishnyakov. M., 1973. – 448 S.;

5. Yukelsons grundlegende organische Synthese. M., „Chemie“, 1968.

Die Alkylierungsreaktion von Phenol mit Olefinen und ihre Anwendungsgebiete. Eigenschaften der Ausgangsrohstoffe und des resultierenden Produkts. Aufbau und Funktionsprinzip des Hauptgeräts. Technologische Berechnung der Hauptapparate und Materialbilanz der Produktion.

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Tabelle 1. Eigenschaften des Ausgangsmaterials und des resultierenden Produkts

1. Aussehen

2. Kristallisationstemperatur, °C nicht niedriger

3. Massenanteil nichtflüchtiger Rückstände, % nicht mehr

4. Optische Dichte einer wässrigen Lösung von Phenol (0,8 g Klasse B in 100 cm3 (Wasser) bei 20 °C, nicht mehr

5. Optische Dichte von sulfoniertem Phenol, nicht mehr

Weiße Flüssigkeit

40,6

0,008

0,03

TU2211031

2. Massenanteil an Propylentrimeren, % nicht weniger

3. Massenanteil der Olefine C8 und darunter, % nicht mehr als

4. Massenanteil an Olefinen C10 und höher, % nicht mehr als

5. Massenanteil der Feuchtigkeit, % nicht mehr

6. Bromzahl, mg. Brom pro 100 g Produkt, nicht weniger

7. Maleische Zahl

mg. Maleinsäureanhydrid pro 1g. Produkt, nicht mehr

8. Massenanteil an Paraffinen, %, nicht mehr

9. Massenanteil an Peroxidverbindungen, %, nicht mehr

10.Massenanteil

95,0

2,0

3,0

0,02

120

2,0

1,0

0,0005

1. Aussehen

Farblos transparent

flüssig

1. Aussehen

2. Massenanteil von Natriumhydroxid, %, nicht weniger

3. Massenanteil von Natriumcarbonat, %, nicht mehr

4. Massenanteil von Natriumchlorid, %, nicht mehr

5. Massenanteil von Eisen in Form von Fe2O3, %, nicht mehr

6. Summe der Massenanteile von Eisen- und Aluminiumoxiden, %, nicht mehr

Farblos transparent

flüssig

42,0

0,5

0,05

0,0015

0,02

Zur Neutralisierung des sauren Milieus von Alkylaten

1. Volumenanteil von Stickstoff, %, nicht weniger

2. Volumenanteil von Sauerstoff, %, nicht mehr

99,95

0,05

1. Aussehen

2. Farbe, Jod-Skaleneinheiten, nicht mehr

3. Massenanteil von Monoalkylphenolen, %, nicht weniger

4. Massenanteil an Dialkylphenolen, %, nicht mehr

5. Massenanteil von Phenol, %, nicht mehr

6. Massenanteil von Wasser, %, nicht mehr

Ölige, klare Flüssigkeit

10

98,0

1,0

0,1

0,05

giftig. Bei Hautkontakt verursacht Phenol Verätzungen, in Dämpfen reizt es die Schleimhäute der Augen und Atemwege.

Trimere von Propylen C9H18 sind eine transparente, farblose Flüssigkeit mit einem Flammpunkt von 21 °C, einem Siedepunkt von 125 °C und einer Dichte von 749 kg/m3. In Wasser schwer löslich.

Monoalkylphenol ist eine ölige, transparente Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 250 °C

Das wichtigste Anwendungsgebiet von Alkylphenolen und Produkten ihrer weiteren Umwandlung ist die Herstellung von Stabilisatoren für Polymere und Öle gegen thermisch-oxidative Zerstörung, die beim Betrieb dieser Materialien, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, entsteht. /3.750./

1.3 Beschreibung des technologischen Schemas

Die Hauptreaktion für die Bildung von Monoalkylphenol (MAP) kann die folgende sein: ein Festbett aus Katalysator. Die Rolle des Alkylierungskatalysators ist

С6Н6О + С9Н18 С15Н24О

Nebenwirkung der Bildung von Dialkylphenol (DAP):

С15Н24О + С9Н18 С24Н42О

Die Alkylierungsreaktion läuft bei einer Durchschnittstemperatur von 110 °C unter Freisetzung von Wärme von 14,82 kcal/mol Propylentrimeren ab.

Unter den für das Verfahren akzeptierten Bedingungen werden pro 1 Mol Monoalkylphenol 0,083 Mol Dialkylphenol gebildet.

Die Bildung von hoch alkylierten Phenolen als Nebenprodukt hängt von einer Reihe von Faktoren ab, beispielsweise der Temperatur, dem Phenol-zu-Olefin-Verhältnis, der Verweilzeit des Alkylats in der Reaktionszone usw.

Die Reaktionsmasse (Alkylat) nach Alkylierungsreaktoren enthält im Durchschnitt:

- 0,60 Gew.-% - Propylentrimere, Paraffine;

- 32,65 % Gew. - Phenol;

- 58,60 Gew.-% - Alkylphenole