Alkyleringsreaktionen av fenol med olefiner och dess användningsområden. Egenskaper för utgångsråvarorna och den resulterande produkten. Design och funktionsprincip för huvudapparaten. Teknisk beräkning av produktionens huvudapparat och materialbalans.

Skicka ditt goda arbete i kunskapsbasen är enkelt. Använd formuläret nedan

Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara er mycket tacksamma.

Postat på http://www.allbest.ru/

Ministeriet för utbildning och vetenskap i Ryska federationen

Nizhnekamsk Petrochemical University

Specialitet 240503 grupp 1711-z

ARBETET AV EXAMENDAT KVALIFICERADE

Ämne: Alkylering av fenol med propylentrimerer(Pproduktivitet 125 000 ton per år av alkylfenol)

Avslutad

Kontrollerade

Introduktion

1. Teknologisk del

1.6.2 Specifikation av instrumenterings- och automationsutrustning

1.8 Industriell ekologi för rening av avloppsvatten vid framställning av neonoler

2. Beräkningsdel

2.2 Beräkning av huvudapparaten

Litteratur

Introduktion

Relevansen av ämnet för detta slutliga kvalificeringsarbete "Alkylering av fenol med propylentrimerer" beror på det faktum att Rysslands utrikeshandelsomsättning hittills har överträffat ökningen av industriproduktionen i termer av tillväxttakt. I allmänhet är detta en progressiv trend som visar sig i de flesta utvecklade länder i världen i konkurrens på den globala marknaden. Under denna handel sker också ett intensivt utbyte av vetenskapliga och tekniska landvinningar från enskilda länder.

Tillståndet för den kemiska och petrokemiska industrin beror till stor del på all-rysk export. OJSC NKNK har en ledande position bland ryska tillverkare och exportörer av petrokemiska produkter. Nästan alla produkter som tillverkas av OJSC NKNK är mycket efterfrågade på den utländska marknaden, som har många gånger större kapacitet än den inhemska marknaden.

Syfte med arbetet: alkylering av fenol med propylentrimerer.

Baserat på målet belyses följande uppgifter i detta arbete:

1. Betrakta den teoretiska grunden för framställningsmetoden för fenolalkylering.

2. Gör beräkningar i produktionen av fenol.

Uppbyggnaden av arbetet består av en inledning, två kapitel, en avslutning och en referenslista.

1. Teknologisk del

1.1 Teoretisk grund för den antagna produktionsmetoden

Alkylering är processen att införa alkylgrupper i molekyler av organiska ämnen.

Alkyleringsreaktionen av fenol med olefiner är en källa till alkylfenol.

Denna metod är hög temperatur, den sker under följande förhållanden:

temperatur? 85 - 125оС

tryck 0,4 MPa

katalysator Levatit-SRC-108/4 BC.

Olefiner är av primär betydelse som alkyleringsmedel. Alkylering med olefiner sker via en jonmekanism genom bildning av karbokater och katalyseras av protiska och aprotiska syror. Reaktiviteten hos olefiner bestäms av deras tendens att bilda karbokater:

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

Detta innebär att förlängning och förgrening av kedjan av kolatomer i olefinen avsevärt ökar dess förmåga att alkylera:

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

Alkylering sker sekventiellt med bildning av mono-, di- och trialkylfenoler, men samtidigt sker en syrakatalyserad omlagring med migrering av ortoalkylgrupper för att bilda para-isomerer, som i detta fall är de mest stabila. Omvandlingsschemat är alltså följande:

Alkylering av fenol med olefiner åtföljs av sidoreaktioner av olefinpolymerisation och destruktion av alkylgrupper. När man riktar sig mot alkylering är dessa sidoprocesser oönskade.

Alkyleringsreaktionen utförs i en adiabatisk reaktor. Reaktionsprodukterna efter alkylering utsätts för rektifiering. Omvandlingsgraden för propentrimerer är 98,5 %.

Förhållandet mellan fenol och propylentrimerer är 4:1.

Processen för alkylering av fenol med propylentrimerer tillhandahålls i en reaktor med en axiell inmatning av råmaterial.

Produktionsprocessen styrs med hjälp av ett automatiserat styrsystem med dator och APACS+.

Uppvärmning av processledningar förses med fjärrvärmevatten vid en temperatur av 150°C. /2.245./

1.2 Egenskaper för råvaror och färdig produkt

Tabell 1. Egenskaper för råvaran och den resulterande produkten

Namn på råvaror, material, reagenser, katalysatorer, halvfabrikat, tillverkade produkter	Antal statliga eller industristandarder, tekniska specifikationer, företagsstandard	Kvalitetsindikatorer som krävs för verifiering	Standard enligt GOST, OST eller företagsstandard	Syfte, omfattning
Fenol klass "B"	GOST23 51979	1. Utseende 2. Kristallisationstemperatur, °C inte lägre 3. Massfraktion av icke-flyktig rest, % inte mer 4. Optisk densitet för en vattenlösning av fenol (0,8 g klass B i 100 cm3 (vatten) vid 20°C, inte mer 5. Optisk densitet för sulfonerad fenol, inte mer 6. Färgen på fenolsmältan på platina-koboltskalan, inte mer	Vit vätska 40,6 0,008 0,03 inte standardiserat
Propentrimerer	TU2211031	1.Utseende	transparent färglös vätska utan mekaniska föroreningar och olöslig fukt	Används för syntes av alkylfenol
		2. Massfraktion av propentrimerer, % inte mindre 3. Massfraktion av olefiner C8 och lägre, % inte mer än 4. Massfraktion av olefiner C10 och högre, % inte mer än 5. Massfraktion av fukt, % inte mer 6. Bromantal, mg. brom per 100 g produkt, inte mindre 7. Maleiskt nummer mg. maleinsyraanhydrid per 1 g. produkt, inte mer 8. Massfraktion paraffiner, %, inte mer 9. Massfraktion av peroxidföreningar, %, inte mer 10.Massfraktion jonol, %. inom	95,0 2,0 3,0 0,02 120 2,0 1,0 0,0005
		1. Utseende	Färglös transparent flytande
Teknisk kaustiksoda klass RR		1. Utseende 2. Massfraktion av natriumhydroxid, %, inte mindre 3. Massfraktion av natriumkarbonat, %, inte mer 4. Massfraktion av natriumklorid, %, inte mer 5. Massfraktion av järn i termer av Fe2O3, %, inte mer 6. Summan av massfraktioner av järn- och aluminiumoxider, %, inte mer natriumsulfat, %, inte mer	Färglös transparent flytande 42,0 0,5 0,05 0,0015 0,02	För att neutralisera den sura miljön av alkylat
Kväve i gasform och flytande av hög renhet, 2:a klass		1. Volymandel kväve, %, inte mindre 2. Volymfraktion syre, %, inte mer Volymandel av vattenånga i kvävgas, %, inte mer	99,95 0,05	Används för att förbereda utrustning för reparation och för tryckprovningssystem, för torkning av förbrukad katalysator
Monoalkylfenoler	TU 38. 602 09 20 91	1.Utseende 2. Färg, enheter av jodskal, inte mer 3. Massfraktion av monoalkylfenoler, %, inte mindre 4. Massfraktion av dialkylfenoler, %, inte mer 5. Massfraktion av fenol, %, inte mer 6. Massfraktion vatten, %, inte mer 7. Flampunkt i öppen degel, °C, inte lägre	Oljig klar vätska 10 98,0 1,0 0,1 0,05	Används vid framställning av etoxylerade monoalkylfenoler (neonoler), tillsatser för smörjoljor och hartser av Octofor-typ.

Fenol (hydroxibensen, karbolsyra) C6H5OH är ett vitt kristallint ämne med en specifik "tjärdoft" med en smältpunkt på 40,9 °C, en kokpunkt på 181,75 °C och en densitet på 1057,6 kg/m3. Den är löslig i vatten och bildar en azeotrop blandning med den med en kokpunkt på 99,6 °C. Löslig i etanol, dietyleter, bensen, aceton och kloroform. Det har lätt sura egenskaper och löser sig i vattenlösningar av alkalier för att bilda motsvarande fenolater. Det oxideras lätt av atmosfäriskt syre och bildar oxidationsprodukter som färgar det rosa och sedan brunt. I form av ångor, damm och lösningar

toxisk. Om det kommer i kontakt med huden orsakar fenol brännskador, och i ångor irriterar det slemhinnorna i ögonen och luftvägarna.

Fenol är en av de storskaliga produkterna av grundläggande organisk syntes. Dess globala produktion är cirka 5 miljoner ton. Ungefär hälften av den producerade fenolen används för framställning av fenol-formaldehydpolymerer. Fenol konsumeras också vid framställning av difenylopropan, kaprolaktam, alkylfenoler, adipinsyra och olika mjukgörare.

Trimerer av propen C9H18 är en transparent, färglös vätska med en flampunkt på 21 °C, en kokpunkt på 125 °C och en densitet på 749 kg/m3. Något lösligt i vatten.

Monoalkylfenol är en oljig transparent vätska med en kokpunkt på 250°C

Flampunkt 112°C och densitet 944 kg/m3. Löser sig inte i vatten. Monoalkylfenoler med en alkylgrupp på 5-8 kolatomer är starka bakteriedödande medel, och när de utvidgas till 8-12 kolatomer visar sig de vara värdefulla mellanprodukter för syntesen av nonjoniska ytaktiva ämnen genom oxoetylering:

Det viktigaste användningsområdet för alkylfenoler och produkter från deras vidare omvandling är produktionen av stabilisatorer för polymerer och oljor mot termisk-oxidativ förstörelse som utvecklas under driften av dessa material, särskilt vid förhöjda temperaturer. /3.750./

1.3 Beskrivning av det tekniska systemet

Processen för alkylering av fenol med propylentrimerer eller olefiner utförs i flytande fas i två reaktorer kopplade i serie för att bilda en reaktiv katjon. Katalysatorn fäster i allmänhet till eller protonerar trimeren. Alkyleringsmedlet kan också vara ett komplex av en katalysator och en trimer.

Huvudreaktionen för bildning av monoalkylfenol (MAP) kan vara följande: en fast bädd av katalysator. Rollen för alkyleringskatalysatorn är

С6Н6О + С9Н18 С15Н24О

Biverkning av bildning av dialkylfenol (DAP):

С15Н24О + С9Н18 С24Н42О

Alkyleringsreaktionen vid en medeltemperatur av 110°C fortskrider med frigöring av värme på 14,82 kcal/mol propylentrimerer.

Under de betingelser som accepteras för processen bildas 0,083 mol dialkylfenol per 1 mol monoalkylfenol.

Bildandet av högalkylerade biproduktsfenoler beror på ett antal faktorer, till exempel temperatur, förhållande mellan fenol och olefin, uppehållstid för alkylatet i reaktionszonen, etc.

Reaktionsmassan (alkylat) efter alkyleringsreaktorer innehåller i genomsnitt:

- 0,60 viktprocent - propylentrimerer, paraffiner;

- 32,65 viktprocent. - fenol;

- 58,60 viktprocent. - alkylfenoler

- 7,65 viktprocent. - dialkylfenoler och andra.

Alkyleringsreaktionen av fenol med propylentrimerer sker i en adiabatisk reaktor vid ett tryck av 0,4 MPa (4 bar) och en temperatur från 80°C till 125°C.

Temperaturen i reaktorn ökar på grund av att värme frigörs under en exoterm reaktion. Den slutliga temperaturen bestäms av katalysatorns prestanda, som förlorar sin aktivitet vid 170 °C. Hastigheten för vätskerörelsen i förhållande till reaktorns fria tvärsnitt är 0,7 cm/sek., uppehållstiden är 15 minuter. Katalysatorns aktivitet minskar under drift och efter 12 - 13 månaders drift måste katalysatorn bytas ut. Att höja temperaturen i reaktorerna har en betydande inverkan på katalysatorns prestanda, så att arbeta på en färsk katalysator kräver en mildare temperaturregim för alkylering. Temperaturen på botten av reaktorn hålls vid 70-80°C.

Vid låga belastningar tillförs reaktionsblandningen till den andra reaktorn med en initial temperatur på 60-80°C. Molförhållandet fenol:propentrimerer hålls på minst 2:1. Detta uppnås genom att reglera flödet av huvudflödena - fenol och trimerer av propen eller olefiner - in i blandaren pos. S-1.

Fenolförbrukning i mixern pos. C-1 underhålls av flödesregulatorn pos 6-6 installerad på matningsledningen

fenol- och propentrimerer med flödesregulatorn pos. 5-6. Efter inblandning i mixern pos. C-1-reaktionsblandningen går in i ringen i kylskåpet pos. T-1, där den kyls med sekundärt kylvatten till en temperatur av 80°C. Ta tillbaka kylvattnet från kylen pos. T-1 går in i verkstadens returvattenuppsamlare.

Från kylen pos. T-1 reaktionsblandning tillförs för alkylering till den första reaktorn pos. P-1a underifrån under processen kommer alkylatet in genom den mellanliggande kylaren pos. T-2, där den kyls av sekundärt kylvatten, till den nedre delen av den andra reaktorn längs processen, pos. R-lb.

Temperaturen på toppen av den första reaktorn under processen upprätthålls automatiskt av temperaturregulatorn pos 11-7 på grund av kylning av reaktionsblandningen i kylen pos. T-1 sekundärt kylvatten, med hjälp av reglerventil pos. 11-12, som är installerad på den sekundära kylvattenutloppsledningen från kylen, pos. T-1.

Temperaturen på toppen av den andra reaktorn i processen upprätthålls automatiskt av temperaturregulatorn pos. 14-5 på grund av kylning av alkylatet i kylen pos. T-2 med sekundärt kylvatten, vars reglerventil är pos. 14-11 är installerad på den sekundära kylvattenutloppsledningen från kylskåpet, pos. T-2.

För att undvika tryckavlastning av reaktorerna om trycket i dem är för högt, installeras dubbla säkerhetsventiler.

På grund av det faktum att alkylat har en sur miljö, för att förhindra korrosion av verkstadsutrustning, alkylat från den andra reaktorn i processen, pos. R-1b anländer kl

mixer pos. S-2 för neutralisering. Huvudneutraliseringen av alkylatet utförs med en 20 - 42% lösning av natriumhydroxid efter att en ny reaktor med en färsk katalysator slagits på till pH = 6,5 - 7,0. Ytterligare upprätthållande av pH=6,5-7,0 utförs av propentrimerer pH=7,0. Blandaren är utrustad med styrplattor inuti, på grund av vilka flödena blandas.

Från behållaren pos. E-2 till mixern pos. C-2 alkali tillförs vid behov av en kolvpump pos. N-2a, b. Doseringen av alkali till alkylatet görs beroende på alkylatets surhet.

Från mixern pos. C-2-neutraliserat alkylat kommer in i behållaren, pos. E-3, medan en del av det hela tiden skickas till analysatorn till kromatografen.

Alkylat i behållare pos. E-3 lagras under en kväve "kudde" vid konstant tryck, som bibehålls automatiskt av tryckregulatorn pos. 18-5.

1.4 Konstruktion och funktionsprincip för huvudapparaten

alkylering av fenolpropen

Huvudapparaten för att utföra alkyleringsprocessen är reaktorn pos. R-la, b, avsedd för alkylering av fenol med propylentrimerer.

Anordningen är ett vertikalt cylindriskt kärl pos. 1 från översta pos. 3 och nedre pos. 2 lock av rostfritt stål. Den cylindriska delen är ansluten till locket och botten med dubbar. Flänsanslutningar är gjorda av spont-typ. Mellan den cylindriska delen och botten finns ett galler pos. 4, utformad för att hålla katalysatorskiktet. Gallret består av längsgående och tvärgående metallplattor, täckta med ett nät med en finmaskstorlek på 0,25x0,25 mm, vilket förhindrar att katalysatorn går sönder. Katalysatorn inuti apparaten placeras med bulkmetoden. Reaktionsblandningen passerar genom en katalysatorbädd, där en alkyleringsreaktion sker vid de aktiva ställena av katalysatorn. Alkylatet lämnar reaktorn genom filtret pos. 5, inbyggd i mitten av monteringspos. H. Filtret är en cylinder med många hål, täckt med ett metallnät med ett fint nät på 0,25x0,25 mm.

Det finns ett beslag på sidan av bottenkåpan, pos. Och för inmatningen av reaktionsblandningen utförs utloppet av den reagerade blandningen genom anslutningsposen. B, inbäddad i topplocket. Katalysatorn laddas genom kopplingsposen. B, installerad i reaktorlocket i en vinkel mot anordningens huvudaxel, avlastning sker vid monteringsposen. G, placerad i botten av den cylindriska delen av enheten, som också kan användas som en lucka för installation och inspektion av interna enheter. Längst ner på enheten finns ett beslag, pos. D, avsedd för att tömma reaktorn på produkten innan katalysatorn lossas och anordningen repareras.

Ett stöd bestående av en kjol och tio ben är svetsat på utsidan av den cylindriska delen. Specifikationer:

1. Kapacitet 10,3 m3

2. Miljön i enheten är giftig och explosiv

3. Arbetstryck 0,4 MPa

4. Drifttemperatur 95 0C

5. Huvudmaterial Stål X18N10T

6. Enhetens vikt 5030 kg

7. Mått:

a) höjd 9550 mm

b) diameter 1200 mm

/4.86/

1.5 Analytisk produktionskontroll

GOST 14870-77 Mätning av fuktkoncentration med Fischer-metoden

Metoden går ut på att lösa upp eller dispergera provet i ett lämpligt lösningsmedel och titrera med ett Karl Fischer-reagens, som är en blandning av jod, svaveldioxid, pyridin och metanol. I närvaro av vatten reagerar jod med svaveldioxid för att bilda färglös jodvätesyra och svavelsyraanhydrid enligt följande reaktionsekvation:

C5H5I2 + C5H5N SO2 + C5H5N + H2O + CH3OH

2С5Н5N HI + С5Н5N HSO4 CH3

Slutpunkten för titreringen antas vara ögonblicket för uppkomsten av fritt jod, bestämt elektrometriskt eller visuellt.

Denna metod bestämmer hygroskopisk, kristallisations- och sorberat vatten.

Kromatografisk metod nr 307-007-92

Metoden är baserad på kromatografisk separation av komponenterna i blandningen med deras efterföljande registrering vid utgången av den kromatografiska kolonnen med en termisk konduktivitetsdetektor.

Kromatografisk metod TU 2211-031 05766801

Metoden är baserad på separation av komponenterna i det analyserade provet på en kromatografisk kolonn med efterföljande registrering av ett system kopplat till en flamjoniseringsdetektor.

Potentiometrisk metod nr 8 Mätning av pH-värde

Tekniken är avsedd för att mäta pH i vattenkondensat, avfall och industrivatten. Mätmetod pH-värdet motsvarar den negativa decimallogaritmen för aktiviteten av vätejoner i en lösning pH=-log an. pH-värdet är ett mått på surheten eller alkaliniteten hos en lösning.

Tabell 2.18 Bestämning av mediet för vattenlösningar

GOST 4333 - 87

Kärnan i metoden är att värma ett prov av en oljeprodukt i en öppen degel med en inställd hastighet tills en ånga (flampunkt) av oljeprodukten uppstår ovanför dess yta från en tändanordning och tills, med ytterligare uppvärmning, produkten antänds (antändningstemperatur) med en förbränningstid på minst 5 sekunder.

GOST 14871 - 76

Färg är en konventionellt accepterad kvantitativ egenskap för flytande kemiska reagens och deras lösningar som har liten färg.

Metoden bygger på att bestämma färg genom visuell jämförelse med en färgskala.

1.6 Automatisering av produktionen

1.6.1 Beskrivning av råvaruflödeskontrollslingan

803-1 - diafragma DK 25-100

803-2 - övertrycksgivare Metran-100 DD-2430

803-3 - HID 2029 Intrinsic Safety Barrier

803-4 - HID 2037 Intrinsic Safety Barrier

803-5 - elektropneumatisk lägesställare EPP-Ex

803-6 - ensätes reglerventil - typ NZ RK201nzh

Beskrivning av återflödeskontrollslingan i Kt-2

Differenstrycket från membranet (pos. 803-1) tillförs en övertryckssensor med inbyggd mikroprocessor Metran-100 DD-2430 (pos. 803-2). En normaliserad elektrisk signal på 4 - 20 mA från sensorn genom egensäkerhetsbarriären HID 2029 (art. 803-3) tillförs regulatorn, där den registreras och jämförs med ett tidigare inställt värde. Om det finns avvikelser för den uppmätta parametern från det specificerade värdet genererar APACS-systemet en kontrollåtgärd på

ensätes reglerventil - typ NZ RK201nzh (pos. 803-6) genom egensäkerhetsbarriären HID 2037 (pos. 803-4) och genom den elektropneumatiska lägesställaren EPP-Ex (pos. 803-5) tills felpassningen blir noll.

Figur 1. Propylentrimerflödeskrets till mixer S-3

1.6.2 Specifikation av instrumenterings- och automationsutrustning

Tabell - Specifikation av instrumenterings- och automationsutrustning

Positionsnummer	namn parameter	installation av enheten	Kontrollerad miljö	Enhetens namn och egenskaper	Enhetsmodell	Kvantitet (st)
	Tryckkontroll i pipeline av propentrimerer	På pipelinen	propentrimerer		Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
	Reglering av förbrukningen av propentrimerer E-1	I pipeline	propentrimerer		Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		På pipelinen			Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Egensäkert barriärskåp		4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		På ventilen
		På pipelinen
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär HID-seriens utgång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Temperatur i E-1	På pipelinen	propentrimerer		TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Tryckreglering i E-1	På pipelinen			Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär HID-seriens utgång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		På ventilen		Designad för att flytta
		På pipelinen		Manöverventil med pneumatisk drivning
	Reglering av förbrukningen av propentrimerer i S-1	I pipeline	propentrimerer	Kammarmembran installerat i flänsarna på DSK-rörledningen i enlighet med GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		På pipelinen		Metran-100-seriens intelligenta trycksensor är designad för mätning och kontinuerlig omvandling till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller digital signal i HART-protokollstandarden, eller digital signal baserad på RS485-gränssnittet för differenstryckingångssignalen.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär HID-seriens utgång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		På ventilen		10…100 mm. Explosionsskydd: ExdsllB+H2T6
		På pipelinen		Manöverventil med pneumatisk drivning
	Reglera konsumtionen av fenolav S-1	I pipeline		Kammarmembran installerat i flänsarna på DSK-rörledningen i enlighet med GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		På pipelinen		Metran-100-seriens intelligenta trycksensor är designad för mätning och kontinuerlig omvandling till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller digital signal i HART-protokollstandarden, eller digital signal baserad på RS485-gränssnittet för differenstryckingångssignalen.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär HID-seriens utgång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		På ventilen		Elektropneumatisk lägesställare. Tilluftstryck 0,14 MPa. Ingångssignal 0,02-0,1 mPa. Designad för en slaglängd på 10…100 mm. Explosionsskydd: ExdsllB+H2T6
		På pipelinen		Manöverventil med pneumatisk drivning
	Alkylattemperatur upp till T-4	På pipelinen		Termisk omvandlare med en enhetlig signal är utformad för att mäta temperaturen på neutrala och aggressiva medier, som används i explosiva områden. Unified DC-utgångsområde 4-20 mA	TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Alkylattemperatur efter T-4	På pipelinen		Termisk omvandlare med en enhetlig signal är utformad för att mäta temperaturen på neutrala och aggressiva medier, som används i explosiva områden. Unified DC-utgångsområde 4-20 mA	TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Alkylattryckkontroll vid inloppet till R-5	På pipelinen		Den intelligenta trycksensorn i Metran-100-Di-Ex-serien är designad för att mäta och kontinuerligt konvertera utsignalen för övertryck till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller en digital signal baserad på RS485-gränssnittet	Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Reglering av industriellt vattenflöde vid utloppet av T-4	I pipeline	industrivatten	Kammarmembran installerat i flänsarna på DSK-rörledningen i enlighet med GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		På pipelinen		Metran-100-seriens intelligenta trycksensor är designad för mätning och kontinuerlig omvandling till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller digital signal i HART-protokollstandarden, eller digital signal baserad på RS485-gränssnittet för differenstryckingångssignalen.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär HID-seriens utgång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		På ventilen		Elektropneumatisk lägesställare. Tilluftstryck 0,14 MPa. Ingångssignal 0,02-0,1 mPa. Designad för att flytta 10…100 mm. Explosionsskydd: ExdsllB+H2T6
		På pipelinen		Manöverventil med pneumatisk drivning
	Topptemperatur P-5	På pipelinen		Termisk omvandlare med en enhetlig signal är utformad för att mäta temperaturen på neutrala och aggressiva medier, som används i explosiva områden. Unified DC-utgångsområde 4-20 mA	TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär med galvanisk isolering, utgång. Farozonssignal (ingång) - 4-20 mA. Säker zonsignal (utgång) - 4-20 mA. Strömförsörjning 24 V DC. Enkel kanal.
				Avstängningsventil, 0% stängd, 100% öppen
	Temperatur mitten av P-5	På pipelinen		Termisk omvandlare med en enhetlig signal är utformad för att mäta temperaturen på neutrala och aggressiva medier, som används i explosiva områden. Unified DC-utgångsområde 4-20 mA	TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Bottentemperatur P-5	På pipelinen		Termisk omvandlare med en enhetlig signal är utformad för att mäta temperaturen på neutrala och aggressiva medier, som används i explosiva områden. Unified DC-utgångsområde 4-20 mA	TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Tryckreglering P-5	På pipelinen		Den intelligenta trycksensorn i Metran-100-Di-Ex-serien är designad för att mäta och kontinuerligt konvertera utsignalen för övertryck till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller en digital signal baserad på RS485-gränssnittet	Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Reglering av industriellt vattenflöde vid utloppet av T-6	I pipeline	industrivatten	Kammarmembran installerat i flänsarna på DSK-rörledningen i enlighet med GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		På pipelinen		Metran-100-seriens intelligenta trycksensor är designad för mätning och kontinuerlig omvandling till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller digital signal i HART-protokollstandarden, eller digital signal baserad på RS485-gränssnittet för differenstryckingångssignalen.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär HID-seriens utgång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		På ventilen		Elektropneumatisk lägesställare. Tilluftstryck 0,14 MPa. Ingångssignal 0,02-0,1 mPa. Designad för att flytta 10…100 mm. Explosionsskydd: ExdsllB+H2T6
		På pipelinen		Manöverventil med pneumatisk drivning
	Topptemperatur P-7	På pipelinen		Termisk omvandlare med en enhetlig signal är utformad för att mäta temperaturen på neutrala och aggressiva medier, som används i explosiva områden. Unified DC-utgångsområde 4-20 mA	TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Temperatur mitten av P-7	På pipelinen		Termisk omvandlare med en enhetlig signal är utformad för att mäta temperaturen på neutrala och aggressiva medier, som används i explosiva områden. Unified DC-utgångsområde 4-20 mA	TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Bottentemperatur P-7	På pipelinen		Termisk omvandlare med en enhetlig signal är utformad för att mäta temperaturen på neutrala och aggressiva medier, som används i explosiva områden. Unified DC-utgångsområde 4-20 mA	TSP Metran-256
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Tryckreglering P-7	På pipelinen		Den intelligenta trycksensorn i Metran-100-Di-Ex-serien är designad för att mäta och kontinuerligt konvertera utsignalen för övertryck till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller en digital signal baserad på RS485-gränssnittet	Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Nivåkontroll i E-8	På pipelinen		Den intelligenta trycksensorn i Metran-100-serien är utformad för att mäta och kontinuerligt omvandla hydrostatiskt tryck till en enhetlig analog 4-20 mA strömsignal och/eller en digital signal i HART-protokollstandarden, eller en digital signal baserad på RS485-gränssnittet	Metran-100-DG-Ex
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Alkylat pH efter alkyleringsreaktorer	i pipelinen		Elektrod med inbyggd temperatursensor Рt-100, längd 120 mm, diameter 12 mm. Temperaturen på det uppmätta mediet är 0-120°C. Området för det uppmätta mediet är 0-14.
		På pipelinen		Omvandlare som mäter pH-mätare med kristalldisplay. Utsignal 4h20 mA, mätfel 0,1%. Omgivningstemperatur -20 h +55 oC
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär HID-seriens utgång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Övervakning av alkylatförbrukning vid utloppet av reaktorer	I pipeline		Kammarmembran installerat i flänsarna på DSK-rörledningen i enlighet med GOST 8.563.1, 8.563.2, 8.563.3.	Typ DK 25200 GOST 8.563.1
		På pipelinen		Metran-100-seriens intelligenta trycksensor är designad för mätning och kontinuerlig omvandling till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller digital signal i HART-protokollstandarden, eller digital signal baserad på RS485-gränssnittet för differenstryckingångssignalen.	Metran-100-Ex-DD-2430-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
	Tryckreglering i E-11	På pipelinen		Den intelligenta trycksensorn i Metran-100-Di-Ex-serien är designad för mätning och kontinuerlig omvandling till en enhetlig analog strömsignal 4-20 mA och/eller digital signal baserad på RS485-gränssnittets övertrycksutgångssignal	Metran - 100-Ex-DI-3141-MP
		Egensäkert barriärskåp		Inbyggd säkerhetsbarriär serie HID-ingång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från 4-20 mA
		Egensäkert barriärskåp		Egensäker barriär HID-seriens utgång, tvåkanalig. Insignal från 4-20 mA, utgång från
		På ventilen		Elektropneumatisk lägesställare. Tilluftstryck 0,14 MPa. Ingångssignal 0,02-0,1 mPa. Designad för en slaglängd på 10…100 mm. Explosionsskydd: ExdsllB+H2T6
		På pipelinen		Manöverventil med pneumatisk drivning

1.7 Arbetsmiljö och säkerhet

Krav för att säkerställa explosionsrisk vid fenolalkyleringsprocessen.

Den designade installationen för produktion av alkylfenoler ligger i närheten av stora företag: NShZ, Elastic-anläggningen, CHPP-1, OJSC NKNK nära Nizhnekamsk, med hänsyn till "vindrosen". De rådande vindarna här bär en betydande del av skadliga utsläpp i motsatt riktning från bostadsområden. Den tekniska utrustningen finns i en utomhusinstallation som mäter 24 gånger 24 meter och 17 meter hög. Den tekniska processkontrollen är automatiserad och utförs på distans med hjälp av APACS-systemet från kontrollrumsbyggnaden. Kontrollrummets mått är 15 gånger 20 meter, höjd 4 meter.

Baserat på egenskaperna hos ämnen i enlighet med brandsäkerhetsnormerna NPB 105-03, fastställer vi kategorin och klass för den explosiva zonen: för operatörskategorin "D" och för produktion kategorin "An". Enligt PB 09.107-03, vad gäller explosionens energipotential och mängden explosiva ämnen, tillhör processen kategori I, eftersom Q > 54 och m > 9600 kg.

Enligt PUE tillhör utomhusinstallationen klassen explosiv zon - V-1g.

Enligt GOST 12.2.007.0-75 används ett trefas fyrtrådigt fast jordat elektriskt nätverk U = 380/220V för elektriska produkter i utomhusinstallationer och i kontrollrummet. I enlighet med PUE, när det gäller graden av fara för elektriska stötar, likställs utomhusinstallationen med särskilt farliga rum, kontrollrummet klassas som ett rum utan ökad fara.

Beroende på graden av risk för elektriska stötar för människor tillhör kontrollrummet högriskklassen. För kontrollrummet, enligt PUE, motsvarar den minsta tillåtna skyddsgraden för elektrisk utrustning IP44 (mot inträngning av fasta ämnen med en diameter på mer än 1 mm och stänk av vatten i vilken riktning som helst).

I enlighet med GOST 12.1.019-79 och GOST 12.1.009-76 säkerställs personalens elektriska säkerhet genom designlösningar för elektriska installationer; användning av skyddande jordning av all utrustning, placering av elektrisk utrustning av DCS i slutna skåp.

All design av elektrisk utrustning överensstämmer med driftsförhållandena och ger personalskydd från kontakt med spänningsförande delar.

För att förhindra skador på isoleringen från fukt, är alla kabelsystem tätade i rörledningar.

Antändningskällorna är: glödheta eller uppvärmda väggar på utrustning, gnistor från elektrisk utrustning, statisk elektricitet, stöt- och friktionsgnistor.

Byggnaderna och strukturerna i den designade produktionen är gjorda av armerad betong och tillhör II-graden av brandmotstånd.

Vid förberedelser för reparationer rensas enheterna med kväve. All utrustning och anslutningar är förseglade. Reparationsarbeten utförs endast med gnistsäkra verktyg. För att upptäcka en brand i tid finns ett automatiskt larmsystem. Lokalerna är utrustade med ett elektriskt brandlarmsystem för att upptäcka det inledande skedet av en brand med manuell och automatisk aktivering. För manuell aktivering används tryckknappsdetektorer av typen PKIL-9. För automatisk aktivering används rökdetektorer av typen DI-1. I explosiva miljöer används explosionssäkra detektorer DSP-1AG (differential).

För att släcka en brand i verkstaden finns följande primära brandsläckningsmedel: brandvattenförsörjning, brandsläckare, asbestfiltar, sand, kväve,

vattenånga Övervakare och brandposter finns längs verkstadens omkrets.

För att släcka elektrisk utrustning används koldioxid- och pulverbrandsläckare OU-8, OU-25, OP-100.

För att larma om en brand i tid, samt tillkalla brandkårer, finns ett brandkommunikationssystem på plats.

Enligt den brandtekniska klassificeringen har byggnaderna uppfyllt nödvändiga krav för säker evakuering av människor genom nödutgångar. Antalet nödutgångar är två.

För att undvika termiska brännskador är utrustning och rörledningar med höga väggtemperaturer isolerade med mineralull och galvaniserade plåtar.

För att skydda enheter från övertryck över den tillåtna gränsen används säkerhetsventiler av märkena PPK4-150-40, PPK4-125-40.

När du utför extraktionsprocessen är det nödvändigt att mäta temperaturen, trycket och nivån i apparaten, såväl som flödeshastigheten för inkommande produkter.

För att mäta tryck används en intelligent övertryckssensor från Metran i explosionssäker design. Nivån mäts med en digital förskjutningsnivågivare från Masoneilan.

i explosionssäker design. För att mäta temperatur använder vi en termisk omvandlare av platinamotstånd. Vi mäter flödet med ett kammarmembran för rörledningar från företaget "Metran". Processen styrs på distans från kontrollrummet.

Styrenheten säkerställer underhållet av de specificerade processparametrarna och regleringshastigheten, ger signalering och blockering när parametrarna avviker från de tillåtna värdena enligt ett givet program.

1.8 Industriell ekologi

Skydd av vattenbassängen från industriellt avloppsvatten.

Vid fenolalkyleringsanläggningen med propylentrimerer finns följande utsläpp till avloppsvattnet från OAO NKNK i Tabell 4.

Avloppsvatten genereras: under beredningen av kapacitiv och värmeväxlingsutrustning för reparationer (en gång om året). De släpps ut i KZK genom brunnar. Den högsta tillåtna koncentrationen för sanitära vattenförekomster är satt för fenol till 0,1 mg/l. MPC för fiskevatten för fenol är 0,025 mg/l.

Tabell 4. Avloppsvatten

Avloppsvatten från CCP går till avfallsreningsverket. Standarderna för dränering av vatten är COD, COD inte högre än 500 mg/l, pH - 6,5 h 12,5, om det finns en avvikelse pressas avloppsvattnet ut för organisk strippning. Vattentillståndet analyseras för COD med hjälp av bikromatmetoden nr 25.

För att skydda vattenförekomster från skadliga utsläpp och förhindra markföroreningar är verkstaden utrustad med brickor och underjordiska tankar för uppsamling av atmosfärisk nederbörd, från vilka det, när avfall ansamlas, pumpas ut i kemiskt förorenade avlopp.

Metoder för rening av industriavloppsvatten brukar delas in i mekaniska, kemiska, biologiska och fysikalisk-kemiska. Med dessa metoder konditioneras avloppsvattnet för efterföljande rening, eller renas helt från föroreningar.

I detta fall kan rening utföras både med frigöring av föroreningar i den gasformiga, fasta eller flytande fasen och med deras förstörelse.

2. Beräkningsdel

2.1 Produktionsmaterialbalans

Initial data:

(94) (126) (220)

С6Н6О + 2 С9Н18 = С24Н42О - sidreaktion av bildning

(94) (126) (346)

dialkylfenol. (2)

Anläggningens kapacitet för alkylfenol är 125 000

ton per år.

Kalendertidsfond 365 dagar.

Tiden för större reparationer är 10 dagar.

Omvandlingen av propentrimerer är 98,5 %.

Reaktionsblandningens sammansättning (viktprocent)

Propylentrimerer - 40

Alkylatsammansättning (vikt%)

Alkylfenol - 58,60

Inklusive:

Fenol - 32,65

Propylentrimerer - 0,60

Dialkylfenol -7,65

Processen anses vara kontinuerlig.

Vi gör ett diagram över materialflöden

Figur 2.1 Materialflödesdiagram för alkylfenolframställning

R - reaktor för alkylering av fenol med propylentrimerer; G1 är materialflödet av fenol- respektive propentrimerer; G2 - kolonnmatning Kt-1, alkylat

Effektiv driftfond för utrustning (timme)

Tef=Tk - ?Tr

Teff=365 · 24 - 10 · 24=8520 timmar

Alkylfenolproduktion (kg/timme)

Alkylfenol

X=8597,42 kg/h

X=4790,20 kg/h

Propentrimerer

Kraftiga rester

Dialkylfenol

X=1122,36 kg/h

Kolonn Kt-1 matas med alkylat från reaktor R-1 (ström G2). Baserat på omvandlingen av propentrimerer bestämmer vi mängden tillförd råvara. Vi beräknar antalet deltagare i reaktionen (1) (kg/timme)

Propentrimerer

Vi beräknar antalet deltagare i reaktionen (2) (kg/timme)

Propentrimerer

Bestäm den totala mängden ämnen som deltog i reaktionerna (1) och (2)

Propentrimerer

Vi beräknar mängden tillförd råvara (kg/timme)

Propentrimerer

Sammanställning av en materialbalanstabell

Tabell 5. Sammanfattande tabell över materialbalans

2.2 Beräkning av huvudapparaten

2.2.1 Teknisk beräkning av huvudapparaten

Syfte: Alkylering av fenol med propylentrimerer utförs i flytande fas i närvaro av en katalysator.

Mängd foder som kommer in i reaktorn

Gr=26784,11 kmol (se materialbalans)

Driftläge:

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

Volumetrisk matningshastighet för reaktionsblandningen 7,2 h-1

Katalysator

Katalysatorns livslängd - 12-13 månader

Apparatens sektionsområde:

var: Vf? volymetrisk flödeshastighet för reaktionsblandningen, m3/s;

W - linjär flödeshastighet i apparaten, m/s.

Enhetens diameter:

D = 1,13 v1 = 1,13 m

Vi accepterar en reaktor med en diameter på 1200 mm.

Erforderlig volym katalysator:

Vob - volymetrisk matningshastighet av råvaror, timme-1;

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

Den katalysatorvolym som krävs för processen är 5 m3, därför bestäms höjden på katalysatorskiktet som motsvarar denna volym av formeln:

Beräkning av reaktorhöjden. Reaktorns höjd bestäms av följande egenskaper:

Hreaktionszon = 7 m - reaktionszonens höjd;

Nkat. besluta = 0,035 m - höjd på katalysatornätet;

Nshtuts. = 0,55 m - höjd på installerade beslag;

Ndn. = 1 m - bottenhöjd;

Nkr = 1 m - lockets höjd.

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

Vi accepterar en reaktor med en höjd på 9550 mm.

Följaktligen används två reaktorer för installationen för att säkerställa maximal omvandling med följande huvudegenskaper:

diameter - 1200 mm;

höjd - 9550 mm;

katalysatorskiktets höjd - 5,35 m;

katalysatorvolym 5 m3.

Beräkningen av R-1v-reaktorn utförs på liknande sätt; vi sammanfattar beräkningsdata

till tabell 6

Tabell 6. Egenskaper för reaktorutrustning

2.2.2 Termisk beräkning av enheten

Initial data:

Reaktionsblandningen går in i reaktorn vid en temperatur av 70°C.

Värmeförlusten till miljön är 1,1 % av värmeökningen.

Återstående data är från materialbalansen.

Utifrån värmeflödesdiagrammet skapar vi en värmebalansekvation.

Q1 + Q2 = Q3 + Q4 - ekvation för den första reaktorn,

Q5 + Q6 = Q7 + Q8 - ekvation för den andra reaktorn.

Låt oss bestämma mängden värme som tillförs med reaktionsblandningen

Q1 = G1 Ср1 t1

G1 - mängd inkommande råmaterial, kmol;

Ср1 - specifik värmekapacitet för reaktionsblandningen, kJ/kg K;

t är reaktionsblandningens temperatur, 0C.

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

Låt oss bestämma reaktionsblandningens specifika värmekapacitet

Av (fenol) = 2344,98

Reaktionsblandningens sammansättning:

Fenol - 60%,

Propylentrimerer - 40%.

Ср = У сpi·wi

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

Cр = 2217,9 = 2,218

Mängden värme som tillförs med reaktionsblandningen

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

Låt oss bestämma mängden värme som frigörs som ett resultat av exoterma reaktioner

C6H6O + C9H18 = C15H24O - målreaktionen för bildning av alkylfenol; (1)

C6H6O + 2 C9H18 = C24H42O - en bireaktion av bildningen av dialkylfenol. (2)

Q2 = Q1int + Q2inc,

Q1int - mängden värme som frigörs som ett resultat av den exoterma reaktionen (1),

Q2ob är mängden värme som frigörs som ett resultat av den exoterma reaktionen (2).

Q1int = G1?Нр

Q2ob = G2 ?Нр,

Нр1, ΔНр2 - entalpiförändringar som ett resultat av reaktionerna (1) och (2), kJ/kg;

G1, G2 - mängden alkylfenol och dialkylfenol som bildas efter den första reaktorn (30% alkylfenol och 1% dialkylfenol från det bildade alkylatet 26784,11 kg/h), kmol.

Нр1 = 281,56 kJ/kg

Нр2 = 106,52 kJ/kg

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

G2 = 267,84 kg/timme = 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

Vi bestämmer mängden värme som går förlorad med alkylatet från värmebalansekvationen för den första reaktorn

Q1 + Q2 = Q3 + Q4

Q3 = Q1 + Q2 - Q4,

men för detta är det nödvändigt att hitta Q4 - förluster för miljön.

Q4 = (Q1 + Q2) 1,1 %

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

Härifrån hittar vi Q3

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

Bestäm temperaturen på reaktionsblandningen vid utloppet av den första reaktorn

G3 - mängd bildat alkylat, kmol

Ср3 - specifikt värme för alkylat, kJ/kg·K.

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

Låt oss bestämma alkylatets specifika värmekapacitet

Av (fenol) = 2344,98

Ons (propentrimer) = 2027,3

Av (alkylfenol) = 2450,63

Av (dialkylfenol) = 2373,48

Alkylatsammansättning:

fenol - 49%,

propentrimerer - 20%,

alkylfenol - 30%,

dialkylfenol - 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

Sammanställning av en värmebalanstabell för den första reaktorn

Tabell 7. Värmebalans för den första reaktorn

Låt oss bestämma mängden värme som lämnar värmeväxlaren med köldmediet

Qwater = Gwater Srvody (t2k - t2n)

Gvatten - kylvattenförbrukning, kmol;

Srvody - specifik värmekapacitet för vatten, ;

t2к, t2н - slutlig och initial vattentemperatur, 0C.

Liknande dokument

Processen för alkylering av fenol med olefiner. Termodynamisk analys. Beroende av molfraktionen av komponenter på temperatur. Adiabatisk temperaturskillnad i reaktorn. Protonering av en olefin för att bilda en karbokatjon. Oxidativ ammonolys av propen.

kursarbete, tillagt 2009-04-01


Fenol som kemiskt ämne, dess användning och betydelse. Funktioner i stadierna av fenolproduktion. En kort beskrivning av processen för dess produktion genom bensensulfonsyra, klorbensen, isopropylbensen och oxidativ klorering av bensen. Typer av råvaror.

abstrakt, tillagt 2011-02-18


Metoder för framställning av fenol. Upptäckt av zeolitkatalysatorer för oxidation av bensen med dikväveoxid. Arten av den katalytiska aktiviteten hos zeoliter. Nya vägar för syntes av fenol. Aktivt tillstånd av järn i zeolitmatrisen. Biomimetiska egenskaper hos syre.

abstrakt, tillagt 2010-04-24


Begrepp och nomenklatur för fenoler, deras grundläggande fysikaliska och kemiska egenskaper, karakteristiska reaktioner. Metoder för att erhålla fenoler och områden för deras praktiska tillämpning. Toxiska egenskaper fenol och arten av dess negativa effekter på människokroppen.

kursarbete, tillagd 2011-03-16


Klassificering, fysikaliska och kemiska egenskaper hos fenoler. Studie av strukturen hos en molekyl. Effekt av bensenringen på hydroxylgruppen. Dissociation och nitrering av fenol. Dess interaktion med natrium och alkalier. Oxidations-, substitutions- och hydreringsreaktioner.

presentation, tillagd 2016-02-17


Förhållandet mellan bensen och en lösning av KMnO4 och bromvatten, nitrering av bensen. Toluenoxidation, säkerhetsåtgärder, operationer med toluen. Interaktion av smält fenol med natrium, alkalilösning, ersättning av fenol från natriumfenolat med kolsyra.

laboratoriearbete, tillagt 2009-11-02


Toxisk effekt av fenol och formaldehyd på levande organismer, metoder för deras kvalitativa bestämning. Kvantitativ bestämning av fenol i naturliga vattenprover. Metod för att bestämma lägsta detektionskoncentrationer av organiska giftiga ämnen i vatten.

kursarbete, tillagt 2013-05-20


Egenskaper för industriella metoder för alkylering av bensen med propen. Principer för bensenalkylering med olefiner inom kemisk teknik. Problem med att designa bensenalkyleringsprocessanläggningar. Beskrivning av tekniken för produktionsprocessen.

avhandling, tillagd 2010-11-15


Titrimetrisk analysmetod. Teori om den bromatometriska analysmetoden. Titreringsteknik. För- och nackdelar med den bromatometriska metoden. Fenoler. Bestämning av fenol. Kemiska reaktioner som används i titrimetriska metoder.

kursarbete, tillagt 2007-03-26


Beskrivning av processflödesdiagram och hjälpmaterial. Materialbalans under bearbetning av begränsande gaser. Beräkning av huvudapparaten - stabiliseringskolumn. Beräkning av råvaruinmatningstemperatur. Bestämning av interna materialflöden.

Eftersom fenoler reagerar med aluminiumhalogenider och andra Lewis-syror för att bilda salter såsom ArOAlCl2, kan deras direkta alkylering under betingelserna för Friedel-Crafts-reaktionen inte utföras. Fenoler alkyleras med alkener och alkoholer under sur katalys. Som katalysatorer föredrar de att använda svavelsyra, fluorvätesyra, fosforsyra eller KU-2 katjonbytare, daux och andra katjonbytarhartser. Från kresol och isobuten framställs således industriellt en hindrad fenol, 2,6-di-tert-butyl-4-metylfenol (ionol), som används allmänt för att stabilisera polymerer.

På liknande sätt erhålls 2,4,6-triisopropylfenol från fenol och isopropylalkohol.

Acylering av fenoler under klassiska betingelser för Friedel-Crafts-reaktionen med ett komplex av acylhalogenid och aluminiumklorid leder också till otillfredsställande resultat, eftersom hydroxylgruppen i fenolen genomgår acylering. En mer effektiv modifiering av denna metod är när ett komplex av karboxylsyra och bortrifluorid används som ett acyleringsmedel. I detta fall införs acylgruppen nästan uteslutande i para-positionen av bensenringen. Till exempel ger fenol, när den reageras med ett komplex av ättiksyra och BF3, para-hydroxiacetofenon med ett 95% utbyte.

Den vanligaste metoden för framställning av aromatiska hydroxiketoner är baserad på Fries-omlagringen. K. Fries 1908 fann att arylestrar av karboxylsyror, när de upphettas med AlCl 3 eller AlBr 3, omarrangeras till isomera orto- eller para-hydroxiketoner. Som regel, som ett resultat av omarrangemang, bildas en blandning av orto- och paraisomerer utan en inblandning av meta-isomeren.

Förhållandet mellan orto- och para-isomerer beror huvudsakligen på temperatur och lösningsmedel. Under svårare förhållanden dominerar orto-hydroxiketon, och vid 20-25 o C - para-hydroxiketon.

Mekanismen för Fries-omlagringen verkar vara den intermolekylära acyleringen av orto- eller para-positionen av bensenringen i arylestern genom komplexet av den andra estermolekylen och AlCl3 för att bilda acylderivatet av hydroxiketonen och fenolen.

Omlagringen fullbordas genom intermolekylär överföring av acylgruppen till fenolen.

Till skillnad från fenolerna själva genomgår deras etrar mycket lätt regioselektiv Friedel-Crafts-acylering under milda förhållanden för att bilda para-alkoxiarylketoner. De bästa resultaten uppnås genom acylering av fenoletrar med acylhalider i metylenklorid vid 0°C i närvaro av två mol AlCl3 eller AlBr3.

Kondensationen av fenoler med ftalsyraanhydrid i närvaro av svavelsyra eller zinkklorid (A. Bayer, 1874) bör betraktas som en av varianterna av Friedel-Crafts acyleringsreaktion. I det här fallet kondenserar två fenolmolekyler med en ftalsyraanhydridmolekyl för att bilda trifenylmetanderivat som kallas ftaleiner.

Fenoler bildar inaktiva salter ArOAlCl2 med AlCl3, därför används protiska syror eller metalloxidkatalysatorer av syratyp som katalysatorer för alkylering av fenoler. Detta tillåter endast alkoholer och olefiner att användas som alkyleringsmedel. Tillsammans med substitutionsprodukterna i kärnan erhålls ett fåtal fenoletrar, som lätt omarrangeras till alkylfenoler:

Det har emellertid fastställts att alkylfenoler huvudsakligen bildas genom direkt alkylering in i kärnan. Mekanismen för denna reaktion liknar den som diskuterats tidigare för aromatiska kolväten, och OH-gruppen av fenoler aktiverar starkt särskilt 4- och 2-positionerna med en nästan fullständig frånvaro av meta-isomerer i produkterna.

Alkylering sker sekventiellt med bildning av mono-, di- och trialkylfenoler, men samtidigt sker en syrakatalyserad omlagring med migration av ortoalkylgrupper med bildning av para-isomerer, som i detta fall är de mest termodynamiskt stabil.

Bland monoalkylfenoler dominerar alltid para-isomeren när den katalyseras av protiska syror; med ökande katalysatoraktivitet, temperatur och reaktionstid kan andelen av denna isomer bland monosubstituerade öka från 60...80 till 95 % eller mer på grund av isomerisering av orto-isomeren.

Av de disubstituerade dominerar alltid 2,4-dialkylfenol signifikant, vars andel ökar ännu mer under ovanstående förhållanden.

Med den sekventiella introduktionen av alkylgrupper, i motsats till alkyleringen av aromatiska kolväten, fortsätter det första steget snabbare än det andra och det andra i sin tur snabbare än det tredje. Sammansättningen av produkterna av sekventiell substitution påverkas också av den reversibla transalkyleringsreaktionen

R2C6H3OH + C6H5OH? 2RC6H4OH

vars jämvikt är väsentligt förskjutet åt höger. Därför, med en ökning av katalysatoraktivitet, temperatur och reaktionstid, kan innehållet av monoalkylfenol i den resulterande blandningen öka avsevärt.

Förutom fenoletrar och polyalkylsubstituerade fenoler är biprodukter från alkyleringen polyolefiner och de längre alkylfenoler som bildas av dem. Tvärtom, när de reagerar med högre, speciellt grenade, olefiner observeras deras depolymerisation för att ge alkylfenoler med en kortare alkylgrupp. En vanlig metod för att undertrycka dessa sidoreaktioner är att sänka temperaturen, eftersom alkylering har den lägsta aktiveringsenergin (? 20 kJ/mol). För att undvika polymerisation av olefinen är det också nödvändigt att minska dess koncentration i vätskan, vilket uppnås genom att gradvis införa olefinen i reaktionsmassan.

Reaktionerna mellan fenoler och isoolefiner är i betydande utsträckning reversibla, och uppvärmning av motsvarande alkylfenoler med en syrakatalysator leder till frisättning av olefinen:

Isomerisering och transalkylering sker delvis genom denna reaktion.

Svavelsyra används oftast som katalysatorer - protiska syror - inom industrin. Det är den mest aktiva bland andra tillgängliga och billiga syror, men samtidigt katalyserar den sidoreaktioner starkare, vilket dessutom leder till fenolsulfatering och olefinsulfatering och bildar fenolsulfonsyror HOC6H4SO2OH och monoalkylsulfater ROSO2OH, som också deltar i katalysen av processen . Med svavelsyra sker alkylering med n-olefiner (utom eten) vid 100...120 °C, och med mer reaktiva isoolefiner och styren - redan vid 50 °C dock för att påskynda processen, i det senare fallet, alkylering utförs vid? 100 °C, med användning av H2SO4 i en mängd av 3...10%.

En annan katalysator som inte orsakar sidosulfoneringsreaktioner och som är mildare i sin verkan är n-toluensulfonsyra. Den har dock mindre aktivitet och högre kostnad än svavelsyra. Med dessa katalysatorer sker alkyleringen av fenol som en homogen reaktion.

Deras gemensamma nackdel är behovet av att tvätta den sura katalysatorn, vilket resulterar i bildandet av en betydande mängd giftigt avloppsvatten. Därför har heterogena katalysatorer, speciellt katjonbytarhartser, som separeras från reaktionsmassan genom enkel filtrering, blivit utbredda.

Ortoalkylering av fenoler utförs under katalys med aluminiumfenolater (ArO)3A1. I detta fall, även i den obesatta para-positionen, är alkylgruppen företrädesvis riktad till orto-positionen med sekventiell bildning av mono- och dialkylfenoler.

Gasfasalkyleringsprocessen är endast användbar för metylering av fenol med metanol. Det utförs med en heterogen katalysator av syratyp (aluminiumoxid, aluminosilikater, etc.).

Processteknik

En satsvis process används ofta för alkylering av fenoler. Vid alkylering med högkokande flytande olefiner utförs reaktionen i en apparat med en omrörare och en mantel för uppvärmning med ånga eller kylning med vatten. Fenol och en katalysator laddas i den, upphettas till 90 °C, varefter en flytande olefin (diisobuten, propentrimer eller tetramer, styren) matas in under omrörning och kylning. I den andra halvan av reaktionen är det tvärtom nödvändigt att värma reaktionsmassan. Operationens totala varaktighet är 2...4 h. Efter detta neutraliseras reaktionsmassan i en bländare (5% alkali, taget i en ekvivalent mängd med katalysatorsyran), varvid blandningen upphettas med levande ånga. I detta fall avdestilleras oreagerad olefin, som efter kondensering av ångorna separeras i avfallsseparatorn och kan återanvändas för alkylering. Det neutraliserade organiska skiktet av orena alkylfenoler separeras från vattenlösningen av salter och skickas till vakuumdestillation, under vilken vatten, olefinrester och icke omvandlad fenol destilleras av.

I processer för framställning av alkylfenoler från gasformiga olefiner är det tillrådligt att inte använda en reaktor med en omrörare, utan en ihålig kolonn i vilken reaktionsmassan blandas genom att bubbla olefinen. Reaktionsvärmen kan avlägsnas med interna eller externa kylskåp. Att byta till en kontinuerlig process för att intensifiera den och förbättra sammansättningen av reaktionsmassan, som med andra irreversibla seriell-parallella reaktioner, är det mer lönsamt att använda en kaskad av sådana reaktorer.

Under alkyleringen av fenol i närvaro av jonbytarhartser suspenderas katalysatorn i en vätska placerad i reaktionskolonnen. Fenol och olefin matas kontinuerligt till botten av kolonnen. Reaktionsmassan filtreras från katalysatorpartiklar och skickas för destillation. Katalysatorförbrukningen är 0,4 viktprocent av de erhållna alkylfenolerna.

Mottagna produkter

De enklaste homologerna av fenol: o-, m- och p-kresoler och isomera xylenoler:

Ett av sätten för deras syntes är gasfasmetylering av fenol med metanol över en heterogen katalysator:

Av monoalkylfenolerna är p-tert-butylfenol, erhållen från fenol och isobuten, av praktiskt intresse:

alkylering fenol kolhydrat aromatisk

Monoalkylfenoler med en alkylgrupp med 5 - 8 kolatomer är starka bakteriedödande medel, och när de utvidgas till 8 - 12 C-atomer visar de sig vara värdefulla mellanprodukter för syntesen av nonjoniska ytaktiva ämnen.

Genom alkylerings- och acyleringsreaktioner kan alkyl- och acylgrupper införas i aromatiska föreningar.

Som diskuterats tidigare alkyleras fenoler till en ring under påverkan av en mängd olika alkyleringsmedel:

• alkener;
• alkoholer;
• alkylhalogenider under sura katalysbetingelser.

Acylering av fenoler utförs också med olika metoder.

Friedel-Crafts alkylering av fenoler

Fenol genomgår Friedel-Crafts-alkylering när den behandlas med ett alkyleringsmedel, en Lewis-syra såsom FeBr_3$ eller $A1C1_3$ och en katalysator. I detta fall bildas salter av typen $ArOAlCl_2$. Ett exempel är interaktionen av kresol med isobuten för att bilda hindrad fenol - 2,6-di- gnuggar-butyl-4-metylfenol (ionol):

Bild 1.

På liknande sätt, genom att omsätta fenol med isopropylalkohol, erhålls 2,4,6-triisopropylfenol:

Figur 2.

I denna Friedel-Crafts-alkylering är den attackerande elektrofilen en alkylkatjon som bildas genom reaktionen av alkyl med en Lewis-syra. I frånvaro av andra nukleofiler reagerar dessa elektrofila arter med den aromatiska ringen.

Friedel-Crafts alkylering har två viktiga begränsningar som kraftigt minskar dess värde och gör reaktionen generellt mindre gynnsam än acylering. Alkylfenoler är i allmänhet mer reaktiva i elektrofila substitutionsreaktioner än fenol själv. Givet detta tenderar Friedel-Crafts alkylering att genomgå ytterligare alkylering, vilket resulterar i bildning av dialkyl eller mer alkylerade produkter, som visas i båda fallen diskuterade ovan.

Det enda praktiska sättet att kontrollera sådana substitutionsreaktioner är att upprätthålla ett stort överskott av fenol. Denna metod är acceptabel för bensen själv, eftersom den är relativt billig och flyktig, men är oacceptabel för de flesta av dess substituerade derivat, som är dyrare eller mindre tillgängliga.

En annan viktig begränsning av Friedel-Crafts-alkylering är associerad med den alternativa reaktionen av många karbokater, särskilt i frånvaro av reaktiva nukleofiler, nämligen omarrangemang till isomera karbokater.

Att utföra monoalkylering enligt Friedel-Crafts kännetecknas av extremt låg regioselektivitet och leder till produktion av blandningar orto- Och par-isomera produkter. Alkylering av fenoler är en reversibel reaktion, och i närvaro av starka Lewis-syror, under villkoret av termodynamisk kontroll av reaktionen, inträffar omarrangemang:

Figur 3.

Klassisk acylering av fenoler enligt Friedel-Crafts

Under klassiska förhållanden leder Friedel-Crafts-acyleringen av fenoler med acylhalogenidkomplex med aluminiumklorid till otillfredsställande produktutbyten, eftersom fenolens hydroxylgrupp också acyleras. En mer effektiv metod är acylering med ett karboxylsyrakomplex med bortrifluorid som acyleringsmedel:

Figur 4.

Kondensering av fenoler med ftalsyraanhydrid

Kondensationen av fenoler med ftalsyraanhydrid i närvaro av mineralsyror eller Lewis-syror (A. Bayer, 1874) bör också betraktas som en av varianterna av Friedel-Crafts acyleringsreaktion. I det här fallet kondenserar två fenolmolekyler med en ftalsyraanhydridmolekyl för att bilda trifenylmetanderivat som kallas ftaleiner.

Bild 5.

Vid $pH$ över 9 blir vattenlösningar av fenolftalein röd som ett resultat av processen för klyvning av laktonringen med bildandet av en dianjon.

Bild 6.

Aminometylering

Bild 7.

Mannich-reaktionen, eller aminometylering, är karakteristisk för föreningar med en aktiv metylengrupp. Det sker som en multikomponentreaktion som involverar formaldehyd och en sekundär amin (i form av en hydroklorid) och tillåter införandet av en aminometylgrupp $-CH_2NR_2$ i föreningarna. Aktiverade aromatiska substrat, såsom fenoler, sekundära eller tertiära aromatiska aminer och heterocykliska föreningar såsom indol, pyrrol och furan, reagerar också. På detta sätt kan aromatiska föreningar med aminometylgruppen $-CH_2NR_2$ erhållas.

Bland aminerna används ofta dimetylamin, och en annan aldehyd kan införas istället för formaldehyd.

Reaktionsmekanismen är bildningen av ett iminsalt med formaldehyd och en sekundär amin genom en intermediär amin och dess uttorkning under den katalytiska verkan av $H^+$. Iminiumjonen är en elektrofil som angriper den aromatiska ringen. Iminiumjonen, bildad av formaldehyd och dimetylamin, kan isoleras i form av jodid (Jeschenmoser-salter - $ICH_2NMe_2$).

Kursarbete

Alkylering av fenoler

Inledning 3

1. Egenskaper för alkyleringsprocesser 4

2. Kemi och teoretiska grunder för alkylering av fenoler 10

3. Teknik för fenolalkyleringsprocessen 14

4. Produkter som får 15

Referenser 18

Introduktion

Alkylering är processen att införa alkylgrupper i molekyler av organiska och vissa oorganiska ämnen. Dessa reaktioner är av mycket stor praktisk betydelse för syntesen av aromatiska föreningar alkylerade till kärnan, isoparaffiner, många merkaptaner och sulfider, aminer, ämnen med en eterbindning, elementära och organometalliska föreningar, produkter från bearbetning av -oxider och acetylen. Alkyleringsprocesser är ofta mellansteg i produktionen av monomerer, tvättmedel etc.

Många av alkyleringsprodukterna tillverkas i mycket stor skala. I USA är alltså cirka 4 miljoner ton etylbensen, 1,6 miljoner ton isopropylbensen, 0,4 miljoner ton högre alkylbensener, över 4 miljoner ton glykoler och andra produkter från bearbetning av alkylenoxider, cirka 30 miljoner ton isoparaffinalkylat. syntetiseras årligen, cirka 1 miljon ton tert-butylmetyleter, etc.

1. Egenskaper för alkyleringsprocesser

1. Klassificering av alkyleringsreaktioner

Den mest rationella klassificeringen av alkyleringsprocesser baseras på typen av nybildad bindning.

Alkylering vid en kolatom (C-alkylering) består i att ersätta väteatomen som finns vid kolatomen med en alkylgrupp. Paraffiner är kapabla till denna substitution, men alkylering är mest typisk för aromatiska föreningar (Friedel-Crafts reaktion):

Alkylering vid syre- och svavelatomer (O- och S-alkylering) är en reaktion där en alkylgrupp binder till en syre- eller svavelatom:

ArOH + RCI ArOH + NaCl + H2O

NaSH + RCI → RSH + NaCl

I det här fallet faller processer som hydrolys av klorerade derivat eller hydratisering av olefiner också under den alltför allmänna definitionen av alkylering, och detta visar att endast de reaktioner med införande av en alkylgrupp som inte har någon annan, mer signifikant och definierande klassificering egenskaper bör kallas alkylering.

Alkylering vid kväveatomen (N-alkylering) består i att ersätta väteatomer i ammoniak eller aminer med alkylgrupper. Detta är den viktigaste metoden för syntes av aminer:

ROH + NH3 → RNH2 + H2O

Som med hydrolys och hydratiseringsreaktioner klassificeras N-alkylering ofta som ammonolys (eller aminolys) av organiska föreningar).

Alkylering vid atomer av andra element (Si-, Pb-, AI-alkylering) är det viktigaste sättet att erhålla elementära och organometalliska föreningar när alkylgruppen är direkt bunden till heteroatomen:

2RCI + Si R2SiCI2

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

3C3H6 + AI + 1,5H2 → Al(C3H7)3

En annan klassificering av alkyleringsreaktioner är baserad på skillnader i strukturen hos alkylgruppen som införs i en organisk eller oorganisk förening. Den kan vara mättad alifatisk (etyl och isopropyl) eller cyklisk. I det senare fallet kallas reaktionen ibland för cykloalkylering:

När en fenyl- eller allmänt arylgrupp införs, bildas en direkt bindning med kolatomen i den aromatiska ringen (arylering):

C6H5CI + NH3 → C6H5NH2 + HCl

Alkylgruppen kan inkludera en aromatisk ring eller en dubbelbindning, och om den senare är tillräckligt långt från reaktionscentrumet skiljer sig reaktionen lite från konventionella alkyleringsprocesser:

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

Men införandet av en vinylgrupp (vinylering) upptar en speciell plats och utförs huvudsakligen med acetylen:

ROH + CH=CH ROCH=CH2

CH3-COOH + CH=CH CH3-COO-CH=CH2

Slutligen kan alkylgrupper innehålla olika substituenter, till exempel kloratomer, hydroxi, karboxi, sulfonsyragrupper:

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

ROH + HOCH2-CH2SO2ONa → ROCH2–CH2SO2ONa + H2O

Den viktigaste reaktionen för införandet av substituerade alkylgrupper är processen för -oxialkylering (i det speciella fallet, oxietylering), som täcker ett brett spektrum av reaktioner av olefinoxider:

2. Alkyleringsmedel och katalysatorer

Det är lämpligt att dela in alla alkyleringsmedel i följande grupper beroende på vilken typ av bindning som bryts i dem under alkyleringen:

1. Omättade föreningar (olefin och acetylen), i vilka den -elektroniska bindningen mellan kolatomer bryts;

2. Klorderivat med en tillräckligt rörlig kloratom, som kan ersättas under påverkan av olika medel;

3. Alkoholer, etrar och estrar, i synnerhet olefinoxider, i vilka kol-syrebindningen bryts under alkyleringen.

Olefiner (eten, propen, butener och högre) är av primär betydelse som alkyleringsmedel. På grund av deras låga kostnad försöker de använda dem i alla fall där det är möjligt. De hittade sin huvudsakliga tillämpning i C-alkylering av paraffiner och aromatiska föreningar. De är inte tillämpliga för N-alkylering och är inte alltid effektiva för S- och O-alkylering och syntes av organometalliska föreningar.

Alkylering med olefiner sker i de flesta fall via en jonmekanism genom intermediär bildning av karbokater och katalyseras av protiska och aprotiska syror. Reaktiviteten hos olefiner i reaktioner av denna typ bestäms av deras tendens att bilda karbokater:

Detta innebär att förlängning och förgrening av kedjan av kolatomer i olefinen avsevärt ökar dess förmåga att alkylera:

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

I vissa fall sker alkylering med olefiner under inverkan av, lätt eller hög temperatur. Här är de medelaktiva arterna fria radikaler. Reaktiviteten för olika olefiner i sådana reaktioner är betydligt närmare.

Klorderivat är alkyleringsmedel med det bredaste verkningsområdet. De är lämpliga för C-, O-, S- och N-alkylering och för syntes av de flesta elementära och organometalliska föreningar. Användningen av klorerade derivat är rationell för de processer där de inte kan ersättas av olefiner eller när klorerade derivat är billigare och mer tillgängliga än olefiner.

Den alkylerande effekten av klorderivat visar sig i tre olika typer av interaktioner: i elektrofila reaktioner, under nukleofil substitution och i fria radikalprocesser. Mekanismen för elektrofil substitution är karakteristisk för alkylering vid kolatomen, men till skillnad från olefiner katalyseras reaktioner endast av aprotiska syror (aluminium och järnklorider). I det begränsande fallet fortsätter processen med den mellanliggande bildningen av en karbokatjon:

i samband med vilken reaktiviteten hos alkylklorider beror på polariseringen av C-Cl-bindningen eller på karbokatjonernas stabilitet och ökar med förlängning och förgrening av alkylgruppen:

I en annan typ av reaktion, karakteristisk för alkylering vid syre-, svavel- och kväveatomer, består processen av nukleofil substitution av kloratomen. Mekanismen liknar hydrolysen av klorerade derivat, och reaktionen sker i frånvaro av katalysatorer:

Reaktiviteten hos klorerade derivat förändras i dessa processer på samma sätt som under hydrolys, nämligen:

ArCH2CI > CH2=CH-CH2CI > AIkCI > ArCI

första-AIkCI > andra-AIkCI > tert-AIkCI

Ett antal alkyleringsprocesser med klorerade derivat sker via mekanismen för fria radikaler. Detta är särskilt typiskt för synteser av elementära och organometalliska föreningar, när fria radikaler bildas på grund av interaktion med metaller:

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

Alkoholer och etrar är kapabla till C-, O-, N- och S-alkyleringsreaktioner. Etrar inkluderar även olefinoxider, som är inre etrar av glykoler, och av alla etrar används praktiskt taget endast olefinoxider som alkyleringsmedel. Alkoholer används för O- och N-alkylering i de fall de är billigare och mer tillgängliga än klorerade derivat. För att bryta deras alkyl-syrebindning krävs katalysatorer av syratyp:

R-OH + H+ ↔ R-OH2 ↔ R+ + H2O

3. Energiegenskaper för de viktigaste alkyleringsreaktionerna

Beroende på alkyleringsmedlet och typen av bindning som bryts i den alkylerade substansen, har alkyleringsprocesser vitt skilda energetiska egenskaper. Värdena för termiska effekter för det gasformiga tillståndet för alla ämnen i några viktiga alkyleringsprocesser vid C-, O- och N-bindningar anges i tabell 1. Eftersom de väsentligt beror på strukturen hos de alkylerande ämnena visar tabellen de vanligaste gränserna för förändringar i termiska effekter.

bord 1

Termisk effekt av de viktigaste alkyleringsreaktionerna

Alkyleringsmedel

En bruten anslutning

Från en jämförelse av presenterade data är det tydligt att när man använder samma alkyleringsmedel minskar reaktionsvärmet under alkylering vid olika atomer i följande ordning Car > Salif > N > O, och för olika alkyleringsmedel ändras det enligt följande :

Den särskilt stora termiska effekten av alkylering som involverar etylenoxid och acetylen beror på den betydande spänningen hos den treledade oxidringen och den höga endotermiciteten hos föreningar med en trippelbindning.

2. Kemi och teoretisk grund för alkylering av fenoler

Fenoler bildar inaktiva ArOAICI2-salter med AICI3; därför används protiska syror eller metalloxidkatalysatorer av syratyp som katalysatorer för alkylering av fenoler. Detta tillåter endast alkoholer och olefiner att användas som alkyleringsmedel. Tillsammans med substitutionsprodukter i kärnan erhålls ett fåtal fenoletrar, som lätt omvandlas till alkylfenoler:

Det har fastställts att alkylfenoler huvudsakligen bildas genom direkt alkylering in i kärnan. Mekanismen för denna reaktion liknar mekanismen för aromatiska kolväten, och hydroxogruppen av fenoler aktiverar starkt särskilt 4- och 2-positionerna med en nästan fullständig frånvaro av meta-isomerer i produkterna.

Alkylering sker sekventiellt med bildning av mono-, di- och trialkylfenoler, men samtidigt sker en syrakatalyserad omlagring med migration av ortoalkylgrupper med bildning av para-isomerer, som i detta fall är termodynamiskt de mest stabila. Omvandlingsschemat är alltså följande:

Av monoalkylfenolerna i katalys med protiska syror dominerar alltid para-isomeren, men med ökande katalysatoraktivitet, temperatur och reaktionstid kan andelen av denna isomer bland monosubstituerade öka från 60 - 80 till 95 % eller mer på grund av isomerisering av orto-isomeren.

Av de disubstituerade dominerar alltid 2,4-dialkylfenol signifikant, vars andel ökar ännu mer under ovanstående förhållanden.

Med den sekventiella introduktionen av alkylgrupper, i motsats till alkyleringen av aromatiska kolväten, fortsätter det första steget snabbare än det andra och det sista snabbare än det tredje. Sammansättningen av produkterna av sekventiell substitution påverkas av den reversibla transalkyleringsreaktionen:

R2C6H4OH + C6H5OH ↔ 2RC6H4OH

Vars jämvikt är väsentligt förskjutet åt höger. Därför, med en ökning av katalysatoraktivitet, temperatur och reaktionstid, kan innehållet av monoalkylfenol i den resulterande blandningen öka avsevärt. Sålunda, i jämförelse med alkyleringen av bensen (fig. 1), är det maximala antalet monoalkylfenol i processens kinetiska regim 50% (mol), och i ett tillstånd som närmar sig jämvikt når det 75-80% (mol). För målinriktad syntes av monoalkylfenoler gör detta det möjligt att arbeta med ett relativt litet överskott av fenol i förhållande till olefinen (=0,8-0,95) och även med deras ekvimolära mängd. Selektiviteten ökar ännu mer när biprodukten dialkylfenoler transalkyleras med fenol.

Ris. 1 Beroende av reaktionsmassans sammansättning under irreversibel (a) och reversibel (b) alkylering av bensen på förhållandet mellan utgångsreagenserna: 1. Bensen, 2. Monoalkylbensen, 3. Dialylbensen

För målinriktad syntes av dialkylfenoler används ett överskott av olefin, beroende på förhållandet mellan hastigheter och termodynamiska faktorer i efterföljande steg av reaktionen.

Förutom fenoletrar och polyalkylsubstituerade fenoler är biprodukter från alkyleringen polyolefiner och de längre alkylfenoler som bildas av dem. Tvärtom, när de reagerar med högre, speciellt grenade, olefiner observeras deras depolymerisation för att ge alkylfenoler med en kortare alkylgrupp. En vanlig metod för att undertrycka dessa sidoreaktioner är att sänka temperaturen, eftersom alkylering har den lägsta aktiveringsenergin (20 kJ/mol). För att undvika polymerisation av olefinen är det också nödvändigt att minska dess koncentration i vätskan, vilket uppnås genom att gradvis införa olefinen i reaktionsmassan. Observera att reaktionerna mellan fenoler och isoolefiner i betydande utsträckning är reversibla, och uppvärmning av motsvarande alkylfenoler med en syrakatalysator leder till frisättning av olefinen:

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

Isomerisering och transalkylering sker delvis genom denna reaktion.

Svavelsyra används oftast som katalysatorer - protiska syror - inom industrin. Det är den mest aktiva bland andra tillgängliga och billiga syror, men samtidigt katalyserar den sidoreaktioner starkare, vilket dessutom leder till fenolsulfatering och olefinsulfatering och bildar fenolsulfonsyror HOC6H4SO2OH och monoalkylsulfater ROSO2OH, som också deltar i katalysen av bearbeta. Med svavelsyra sker alkylering med n-olefiner (förutom etylen) vid C, och med mer reaktiva isoolefiner och styren - redan vid 500 C, men för att påskynda processen i det senare fallet utförs alkylering vid 1000 C, med användning av H2SO4 i en mängd på 3-10 %. En annan katalysator som inte orsakar sidosulfoneringsreaktioner och är mildare i sin verkan är p-toluensulfonsyra CH3C6H4SO2OH. Men det har mindre aktivitet och högre kostnad än svavelsyra.

Med dessa katalysatorer fortskrider alkyleringen av fenol som en homogen reaktion enligt följande kinetiska ekvation:

Deras gemensamma nackdel är behovet av att tvätta den sura katalysatorn, vilket resulterar i bildandet av en betydande mängd giftigt avloppsvatten. Därför har heterogena katalysatorer, speciellt katjonbytarhartser, som separeras från reaktionsmassan genom enkel filtrering, väckt uppmärksamhet och fått praktisk tillämpning. Med KU-2 katjonbytarhartset sker alkylering av fenoler med isoolefiner vid C, men långsammare än med katalys med svavelsyra.

På senare tid har ortoalkylering av fenoler, katalyserad av aluminiumfenolater (ArO)3AI, blivit utbredd. I detta fall, även med en obesatt para-position, är alkylgruppen övervägande riktad till orto-positionen med sekventiell bildning av mono- och dialkylbensener:

Med isoolefiner sker reaktionen vid en temperatur av 100°C, en ökning i vilken orsakar allt mer märkbar para-alkylering.

Katalys av aluminiumfenolat förklaras av dess struktur som en aprotisk syra, som kan bilda ett komplex med fenol som har betydande surhet:

Man tror att olefinen producerar en karbokatjon med en proton, som inte kommer in i bulken och, under en intrakomplex reaktion, angriper ortopositionen för fenolen närmast den.

Gasfasalkyleringsprocessen, som liknar sina lagar, är endast tillämplig för metylering av fenol med metanol. Det utförs med en heterogen katalysator av syratyp (aluminiumoxid, aluminosilikater, etc.). Vid C erhålls främst o-kresol, xylenoler och anisol, men vid högre temperatur (C), i enlighet med vad som tidigare diskuterats, ökar utbytet av p- och m-kresoler och minskar utbytet av anisol och xylenoler.

3. Teknik för fenolalkyleringsprocessen

En satsvis process används fortfarande ofta för alkylering av fenoler. Vid alkylering med högkokande flytande olefiner utförs reaktionen i en apparat med en omrörare och en mantel för uppvärmning med ånga eller kylning med vatten. Fenol och en katalysator laddas i den, upphettas till 900C, varefter en flytande olefin (diisobuten, propentrimmer eller tetramer, styren) matas in under omrörning och kylning. I den andra halvan av reaktionen är det tvärtom nödvändigt att värma reaktionsmassan. Operationens totala varaktighet är 2-4 h. Efter detta neutraliseras reaktionsmassan i en bländare med 5% alkali, intagen i en ekvivalent mängd med katalysatorsyran, varvid blandningen upphettas med levande ånga. I detta fall avdestilleras oreagerad olefin, som efter kondensation av ångorna separeras från vatten i en separator och kan återanvändas för alkylering. Det neutraliserade organiska skiktet av råa alkylfenoler separeras från den vattenhaltiga saltlösningen och skickas till vakuumdestillation, under vilken vatten, olefinrester och icke omvandlad fenol destilleras av.

I processer för framställning av alkylfenoler från gasformiga olefiner är det tillrådligt att inte använda en reaktor med en omrörare, utan en ihålig kolonn i vilken reaktionsmassan blandas genom att bubbla olefinen. Reaktionsvärmen kan avlägsnas med interna eller externa kylskåp. Att byta till en kontinuerlig process för att intensifiera den och förbättra sammansättningen av reaktionsmassan, som med andra irreversibla seriell-parallella reaktioner, är det mer lönsamt att använda en kaskad av sådana reaktorer.

I det nya förfarandet för alkylering av fenol i närvaro av jonbytarhartser suspenderas katalysatorn i en vätska placerad i reaktionskolonnen. Fenol och olefin matas kontinuerligt till botten av kolonnen. Vid C på KU-2-harts eller vid C på aluminiumsilikat är den volymetriska matningshastigheten 0,15 h-1. Reaktionsmassan filtreras från katalysatorpartiklar och skickas för destillation. Katalysatorförbrukningen är endast 0,4 viktprocent av de erhållna alkylfenolerna.

4. Mottagna produkter

De enklaste homologerna av fenol: o-, m- och p-kresoler och isomera xylenoler:

finns i kolkoksprodukter, men i mycket små mängder, oförmögna att tillfredsställa behoven för dem för produktion av polymera material, bekämpningsmedel, antioxidanter, etc. Ett av sätten för deras syntes, implementerat i industrin i ett antal länder , består av gasfasmetylering av fenol med metanol över heterogen katalysator:

Av monoalkylfenolerna är p-tert-butylfenol, erhållen från fenol och isobuten, av praktiskt intresse:

När det tillsätts fenol vid polykondensering med formaldehyd erhålls svårlösliga polymerer, vilket är viktigt när det används som färg- och lackbeläggningar.

Monoalkylfenoler med en alkylgrupp på 5-8 kolatomer är starka bakteriedödande medel, och när de utvidgas till 8-12 C-atomer visar sig de vara värdefulla mellanprodukter för syntesen av nonjoniska ytaktiva ämnen genom deras oxyetylering:

Lägre polymerer och sampolymerer av olefiner (diisobuten, trimmer och tetramer av propen, sampolymerer av buten med pentener, etc.) används som alkyleringsmedel, av vilka tert-alkylfenoler bildas. För att få produkter med bättre biokemisk nedbrytbarhet är det mer lämpligt att använda n-olefiner.

Det viktigaste användningsområdet för alkylfenoler och produkter från deras vidare omvandling är produktionen av stabilisatorer för polymerer och oljor mot termisk-oxidativ förstörelse som utvecklas under driften av dessa material, särskilt vid förhöjda temperaturer. Destruktion sker av en radikalkedjemekanism, och den kan hämmas av olika ämnen som kan binda fria radikaler eller omvandla dem till ett icke-reaktivt tillstånd. Alkylfenoler producerar inaktiva radikaler som stabiliseras genom konjugering med den aromatiska ringen, och fenoler med två grenade grupper i ortoposition har en särskilt stark effekt, när effekten av konjugation kompletteras av den rumsliga inverkan av skrymmande substituenter:

Den skrivna formeln tillhör en av de vanligaste stabilisatorerna - ionol, som erhålls från p-kresol och isobuten. För samma ändamål har antioxidant-2246, erhållen genom kondensation av o-tert-butyl-p-kresol med formaldehyd, använts:

deras gemensamma nackdel är dock den begränsade råvarubasen på grund av bristen på kresoler. Det är av denna anledning som ortoalkylering har fått stor betydelse, vilket möjliggör användningen av mer tillgänglig fenol som råvara. De flesta stabilisatorer av denna typ tillhör dinukleära föreningar med metylen- eller sulfidbryggor mellan 2,6-dialkylfenol (härledd från isobuten, styren, etc.) och något aromatiskt kolväte (mesitylen, duren) eller annan alkylfenol:

Bibliografi

1. , Ostromov. M., Bustard, 2008;

3. Lebedev och tekniken för grundläggande organisk och petrokemisk syntes. M., kemi. 1988. – 592 s.;

4. , Vishnyakov petrokemisk syntes. M., 1973. – 448 s.;

5. Yukelson grundläggande organisk syntes. M., "Kemi", 1968.