ОСНОВНЫЕ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ

Раздел 2. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

 ГАЛОГЕНИРОВАНИЯ

Студент должен:

знать:

- характерные особенности галогенирующих агентов;

- теоретические основы и технологию хлорирования, гидрохлорирования парафинов, олефинов, ароматических углеводородов;

 

уметь:

- выбирать и обосновывать параметры процессов галогенирования;

- выбирать экономически целесообразный способ производства;

- вычерчивать по описанию технологические схемы и отдельные узлы процессов галогенирования углеводородов;

- рассчитывать тепловые балансы реактора.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Характеристика процессов галогенирования – заместительное и присоединительное галогенирование, реакции распада хлорпроизводных. Термодинамика реакций галогенирования. Галогенирующие агенты. Правило безопасной работы с галогенирующими агентами.

 

Тема 2.1. Хлорирование парафинов

Технология газофазного хлорирования. Получаемые продукты.

Характерные особенности хлорметанов. Условия и технология производства хлорметанов. Типы реакторов. Мероприятия, исключающие вредные выбросы в окружающую среду.

 

Методические указания

 

Галогенированием называют все процессы, в результате которых в органические соединения вводятся атомы галогена.

Галогенопроизводные получают тремя основными путями: замещением, присоединением и расщеплением. Заместительное галогенирование состоит в замещении на атомы галогена атомов водорода, НО- группы или одного атома галогена на другой. Присоединительное галогенирование – присоединение галогенов или галогеноводородов по двойной или тройной связям.  Реакции расщепления хлорпроизводных – дехлорирование, дегидрохлорирование, хлоролиз, пиролиз.

При разработке технологии галогенирования углеводородов необходимо учитывать: тепловые эффекты реакций, которые существенно различаются в зависимости от галогена, характеристики галогенирующих агентов – содержание примесей, температуры кипения, растворимость в органических жидкостях, токсичность, коррозирующее действие.

Студенты должны знать свойства и применение хлорпроизводных метана, способы их получения, факторы, влияющие на технологию и качество продукта, мероприятия по защите окружающей среды. Рекомендуется изучить тепловой расчет хлоратора по учебнику /5.81/

/3.236с., 5.81с.-84с., 6.93с.-114с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Сравнительная характеристика галогенирующих агентов.

2. Техника безопасности в процессе галогенирования.

3. Свойства и применение хлорпроизводных углеводородов.

4. Факторы, определяющие технологию производства хлорметанов.

 

Тема 2.2. Хлорирование ненасыщенных углеводородов

Технология жидкофазного хлорирования. Получаемые продукты.

Получение 1,2-дихлорэтана. Техническая характеристика и применение. Условия процесса получения и типы реакторов. Технологическая схема получения 1,2-дихлорэтана.

 

Тема 2.3. Гидрохлорирование ненасыщенных углеводородов

Теоретические основы процесса. Получаемые продукты. Производство хлорвинила. Теоретические основы и технология получения хлорвинила хлорированием ацетилена.

Методические указания

 

При изучении хлорирования ненасыщенных углеводородов обратите внимание на то, что реакция протекает достаточно быстро даже при низких температурах, но ее ускоряют катализаторы типа апротонных кислот (например FeCl₃). Механизм процесса состоит в электрофильном присоединении с промежуточным образованием П и δ – комплексов.

Реакционная способность олефинов зависит от стабильности промежуточного катиона. Наряду с основной реакцией протекают побочные реакции замещения водорода, в результате образуются высшие хлориды. Реакция хлорирования протекает по радикально-цепному механизму.

Студенты должны изучить конструкцию реакционных узлов и технологическую схему получения 1,2-дихлорэтана.

Наибольшее значение имеют процессы присоединения хлорводорода по двойной и тройной связям. Реакции гидрохлорирования, экзотермические и обратимые, протекают в присутствии катализаторов – кислот Льюиса (AlCl₃, FeCl₃), являющихся переносчиками галогена. Эти факторы учитывают при разработке технологии гидрохлорирования ацетилена с целью получения хлорвинила. /3.248с.-256с., 6.116с.-120с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Химизм и условия процесса получения 1,2-дихлорэтана.

2. Сравнительная характеристика реакционных узлов синтеза 1,2-дихлорэтана.

3. Выполните технологическую схему получения 1,2-дихлорэтана по ГОСТу.

4. Особенности процессов гидрохлорирования олефинов и ацетиленовых углеводородов.

 

 

Тема 2.4. Окислительное хлорирование углеводородов

Теоретические основы процесса.

Технология сбалансированного по хлору синтеза хлорвинила из этилена. Особенности протекания химических реакций, стадии, параметры процесса, технологическая схема комбинированного метода получения хлорвинила.

Технико-экономические показатели, оценки способов получения хлорвинила.

 

Практические занятия к темам 2.2.-2.4.:

Обоснование параметров ведения технологического процесса и экономической целесообразности.

Материальный и тепловой расчеты реактора.

Расчет элементов реактора.

 

Тема 2.5. Хлорирование ароматических углеводородов

Основные закономерности процессов хлорирования. Получаемые продукты.

Производство хлорбензола. Условия, аппаратурное оформление и технологическая схема получения хлорбензола.

 

Тема 2.6. Фторирование углеводородов

Теоретические основы процесса фторирования.

Получение перфторуглеводородов.

Производство фреонов, их номенклатура, применение.

 

Методические указания

 

Важнейшим из процессов, включающих окислительное хлорирование, является сбалансированный метод производства винилхлорида из этилена. Он является комбинацией трех процессов: прямого аддитивного хлорирования этилена в 1,2-дихлорэтан, термического дегидрохлорирования 1,2-дихлорэтана в винилхлорид и окислительного хлорирования этилена в 1,2-дихлорэтан.

Этот метод сейчас является самым экономическим для синтеза винилхлорида. При изучении технологической схемы производства винилхлорида обратите внимание на компоновку узлов, на конструкцию применяемого оборудования.

Хлорбензол получают в промышленности прямым хлорированием бензола сухим газообразным хлором в жидкой фазе.

Реакция хлорирования бензола является экзотермической, хлораторы имеют высокую производительность. Технологическая схема производства хлорбензола включает четыре стадии.

Фторирование – процесс введения атомов фтора в органические соединения. Особенности процессов фторирования, условия. Каталитическое фторирование, металлофторидное фторирование, электрохимическое фторирование.

Фреоны – малотоксичные и негорючие газообразные вещества или низкокипящие жидкости со слабым запахом. Условия и технология производства фреонов. /3.255с.-265с., 6.146с.-148с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Химизм и условия процесса сбалансированного метода производства винилхлорида из этилена.

2. Технологическая схема синтеза винилхлорида по комбинированному методу.

3. Химизм и условия процесса хлорирования бензола.

4. Четырехстадийный способ получения хлорбензола, показатели процесса.

5. Химизм процессов получения фреонов, условия.

6. Свойство и применение фреонов.

 

Раздел 3. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

 ГИДРОЛИЗА, ГИДРАТАЦИИ, ЭТЕРИФИКАЦИИ И

  АМИДИРОВАНИЯ

Студент должен:

знать:

- общие сведения о процессах гидролиза, гидратации, этерификации, амидирования;

- теоретические основы, параметры и технологию получения продуктов;

 

уметь:

- обосновывать параметры изученных процессов;

- сравнивать различные способы получения продукта и выбирать наиболее эффективные, экологически чистые производства;

- определять причины нарушения технологического процесса.

 

ВВЕДЕНИЕ

Значение процессов гидролиза, гидратации, этерификации, амидирования. Продукты процессов, их применение.

Тема 3.1. Гидролиз

Теоретические основы гидролиза.

Способы получения глицерина. Утилизация отходов производства глицерина.

 

Методические указания

 

Изучая данный раздел, студенты должны знать, что процессы гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации и амидирования имеют очень важное значение в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза.

В области органического синтеза рассматриваемые процессы используют главным образом для производства спиртов С₂-С₅, фенолов, простых эфиров, a-оксидов, многих ненасыщенных соединений, карбоновых кислот, сложных эфиров, ангидридов, нитрилов, амидов и других соединений.

Реакциями гидролиза называют процессы замещения или двойного обмена, протекающие под действием воды или щелочей. Их можно классифицировать на реакции гидролиза, идущие с расщеплением связей С-Сl, C-O, C-N и др. Обратите внимание на особенности гидролиза хлорпроизводных углеводородов, при этом кроме замещения хлора может происходить щелочное дегидрохлорирование с образованием ненасыщенных соединений или a-оксидов. В отличие от гидролиза, реакции гидратации сводятся к присоединению воды по ненасыщенным С-С-связям, по тройной СºN связи нитрилов и т.д. Некоторые реакции гидратации равновесны; обратный процесс расщепления воды называют дегидратацией, которая может быть не только внутри-, но и межмолекулярной.

Процесс этерификации – реакции взаимодействия спиртов с органическими кислотами, их ангидридами или хлорангидридами с образованием сложных эфиров.

Процесс амидирования – реакции взаимодействия аммиака, первичных или вторичных аминов с карбоновыми кислотами получают амиды кислот. Эти реакции обратимы и во многом сходны с реакциями этерификации, но отличаются от последних тем, что равновесие сильно смещено вправо.

При изучении темы «Гидролиз» студенты должны обратить внимание на свойства и применение глицерина, условиями получения глицерина из не пищевого сырья:

- гипохлорирование аллилхлорида в дихлоргидрин с последующим его омылением в эпихлоргидрин и щелочным гидролизом;

- гидролиз аллилхлорида в аллиловый спирт с последующим его эпоксидированием пероксидом водорода в глицидный спирт и гидролизом с образованием глицерина;

- изомеризация пропиленоксида в аллиловый спирт и последующей обработкой как во втором методе. /3.211с.-214с., 6.159с.-161с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Какое применение имеют вещества, получаемые при гидролизе, гидратации, дегидратации, этерификации, амидирования.

2. Напишите уравнения реакций гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации, амидирования.

3. Сравнительная характеристика способов получения глицерина.

 

Тема 3.2. Гидратация

Теоретические основы гидратации. Продукты гидратации.

Получение этилового спирта. Техническая характеристика, свойства, применение. Прямая и сернокислотная гидратация.

Получение этилового спирта прямой гидратацией этилена. Условия ведения процесса, технологическая схема процесса, типы реакторов.

Получение изопропилового спирта различными способами. Реактор-абсорбер сернокислотной гидратации пропилена. Условия проведения процесса.

Техника безопасности и охрана окружающей среды при производстве низших спиртов.

 

Практическое занятие:

Сравнение способов получения этилового спирта, определение причин нарушения технологического процесса.

 

 

Тема 3.3. Этерификация

Теоретические основы этерификации. Условия ведения процесса, катализаторы и технологическая схема процесса производства этилацетата.

 

Тема 3.4. Амидирование

Теоретические основы амидирования. Важнейшие продукты амидирования.

 

Методические указания

 

Спирты из олефинов можно получать прямой гидратацией или косвенно - через несколько последовательных реакций. Прямая гидратация олефинов приводит к образованию вторичных или третичных спиртов (кроме этилена, из которого получается этиловый спирт). Из косвенных методов получения спиртов наиболее известен метод, основанный на присоединении серной кислоты к олефинам. Вначале образуются моно- или диэфиры серной кислоты, которые затем гидролизуют в соответствующие спирты.

При изучении способов получения этилового спирта обратите внимание на факторы, определяющие выбор способа гидратации этилена. Кроме того, известны два технологических способа прямой гидратации этилена, различающиеся подачей пара и методом подогрева парогазовой смеси.

Для получения изопропилового спирта в промышленности применяют метод прямой гидратации пропилена. Способы прямой гидратации пропилена более разнообразны, чем для этилена, в чем сходство и различие этих методов. Чем объясняется повышенное внимание к безопасности производства спиртов.

При изучении производства этилацетата обратите внимание на суммарный выход эфира, который составляет 95% от теоретического, чем это можно объяснить?

Процессы амидирования имеют большое значение для промышленности основного органического и нефтехимического синтеза, так как дают возможность получать весьма ценные продукты и полупродукты для дальнейших синтезов. К числу наиболее важных следует отнести: производства диметилформамида, диметилацетамида, этаноламидов, пластификаторов, гербицидов, маномеров для синтетического волокна. /3.214с.-236с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Химизм процессов прямой и сернокислотной гидратации олефинов, факторы, влияющие на равновесие реакции гидратации.

2. Достоинства и недостатки способов получения этилового спирта, изопропилового спирта.

3. Обоснование конструкции реактора гидратации этилена.

4. Обоснование выбора метода прямой гидратации пропилена, условия, аппаратурное оформление процесса.

5. Вычертите технологическую схему производства этилацетата, какие факторы влияют на выход продукта.

6. Химизм процессов и условия получения вышеуказанных амидов.

 

Раздел 4. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

 АЛКИЛИРОВАНИЯ

Студент должен:

знать:

- теоретические основы и технологию алкилирования парафиновых и ароматических углеводородов;

- анализировать технологические процессы алкилирования, предлагать целесообразные меры по устранению причин нарушения технологического процесса.

 

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика реакций алкилирования. Способы алкилирования. Алкилирующие агенты и катализаторы. Алкилирование по атому углерода, кислорода, серы, азота.

 

Тема 4.1. Алкилирование парафинов

Общая характеристика процессов алкилирования парафиновых углеводородов.

Условия проведения процесса каталитического алкилирования изобутана бутеном. Технологическая схема процесса.

 

Тема 4.2. Алкилирование ароматических углеводородов

Теоретические основы алкилирования ароматических соединений. Факторы, влияющие на выход и состав продуктов. Условия ведения процесса, устройство и принцип действия алкилатора, технологическая схема получения этилбензола.

 

Практические занятия:

Анализ технологических процессов алкилирования, обоснование мер по устранению причин нарушений технологического процесса.

Расчет материального баланса стадий алкилирования (по индивидуальным заданиям).

 

Методические указания

 

Реакции алкилирования занимают одно из важнейших мест в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза, так как позволяют получать и продукты топливного назначения (например, изооктан), и сырье для дальнейших синтезов (этилбензол, изопропилбензол, высшие алкилароматические углеводороды и др.)

Олефины, реагируя с парафинами или ароматическими углеводородами, образуют соответственно парафины изостроения или алкилбензолы.

Студенты должны знать, что реакции алкилирования парафинов олефинами осуществляют при нагревании и высоком давлении (термическое алкилирование) или с использованием катализаторов (каталитическое алкилирование). Алкилирование ароматических углеводородов проводят только в присутствии катализаторов. Как можно объяснить различие процессов алкилирования парафинов и ароматических углеводородов?

Обратите внимание на особенности процессов термического и каталитического процессов алкилирования парафинов. Важным показателем термического алкилирования является отсутствие побочных процессов изомеризации. При каталитическом алкилировании парафинов образуется сложная смесь углеводородов с широким интервалом температур кипения. Изучите конструкцию алкилаторов, сравнительную характеристику.

При изучении процесса алкилирования бензола этиленом обратите внимание на химизм процесса алкилирования, состав алкилата, роль катализатора и как эти характеристики процесса учитываются в технологической схеме. /1.113с.-115с., 3.129с.-135с., 4.93с.-97с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Напишите уравнения реакций алкилирования парафинов, ароматических углеводородов олефинами.

2. Виды алкилирования парафинов, условия процессов.

3. Механизм реакций термического алкилирования алифатических углеводородов.

4. Определите, какие факторы влияют на получение качественного алкилата при алкилировании изобутана бутеном.

5. Обоснование конструкции алкилатора алкилирования изобутана.

6.  Выполните технологическую схему алкилирования изобутана бутеном.

7. Выполните технологическую схему получения этилбензола.

 

Раздел 5. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

                СУЛЬФИРОВАНИЯ

Студент должен:

знать:

- теоретические основы сульфирования;

- технологические основы сульфирования парафинов.

 

Теоретические основы процесса сульфирования парафинов, олефинов, ароматических углеводородов. Условия ведения процессов.

Сульфохлорирование и сульфоокисление.

 

Методические указания

 

При изучении процесса сульфирования, студент должен знать что под сульфированием понимают введение в органические соединения сульфогруппы – SO₃H. При этом образуются сульфокислоты – R-SO₃H, в которых сульфогруппа связана с первичным, вторичным или третичным атомом углерода или с каким-нибудь циклом.

Наибольшее промышленное применение нашли реакции сульфирования алкилароматических углеводородов, высших жирных спиртов и a-олефинов.

Основные технологические трудности – обеспечение оптимальной температуры и минимальной концентрации сульфирующего агента, разделения сульфокислот и предотвращения потерь (вследствие вторичных реакций, растворимости сульфокислот в остаточной кислоте и т.д.)

Сульфохлорирование – это процесс совместного действия диоксида серы и хлора на парафины при облучении ультрафиолетовыми лучами.

Сульфоокисление – это процесс совместного действия диоксида серы и кислорода на насыщенные парафины или циклопарафины при ультрафиолетовом облучении. /3.287с.-296с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Характеристика сульфирующих агентов.

2. Основные технологические приемы, обеспечивающие получение качественной продукции.

3. Продукты сульфирования углеводородов, их применение.

4. Теоретические основы процесса сульфохлорирования, продукты, применение.

5. Теоретические основы процесса сульфоокисления, продукты, применение.

 

Раздел 6. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

             НИТРОВАНИЯ

Студент должен:

знать:

- теоретические основы и технологию нитрования парафиновых и ароматических углеводородов;

- условия выбора нитрующего агента.

 

Агенты нитрования. Теоретические основы процесса. Нитрование парафиновых углеводородов. Способы нитрования. Условия ведения процессов, аппаратурное оформление газофазного и жидкофазного нитрования парафинов. Нитрование циклопарафинов. Условия ведения процесса.

Нитрование ароматических углеводородов. Условия ведения процесса, реакционный узел нитрования ароматических соединений.

Получение аминопроизводных углеводородов и спиртов, их значение.

Получение аминов гидрированием азотсодержащих соединений. Гидрирование нитрилов и амидов кислот.

Методические указания

 

Нитрование – это введение в молекулу органического соединения нитрогруппы – NO₂.

Студенты должны знать: характеристику агентов нитрования, обоснование, применение их для конкретных условий, термодинамику реакций нитрования, как учитывается теплота реакции нитрования в технологии, кинетику и механизм нитрования. Сходство и различие процессов нитрования парафинов, циклопарафинов, ароматических углеводородов.

Амины – продукты замещения атомов водорода аммиака на органические радикалы. По числу замещенных атомов водорода (1,2 или 3) различают соответственно первичные, вторичные или третичные амины. По числу NН₂ – групп в молекуле амины делят на моно-, ди-, триамины и т.д. Алифатические амины – основания, по силе близкие к аммиаку, а ароматические – более слабые.

Изучите получение аминов гидрированием азотсодержащих соединений, нитрилов и амидов кислот, применение аминов. /3.265с.-286с., 6.329с.-332с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Теоретические основы нитрования парафинов.

2. Теоретические основы нитрования циклопарафинов.

3. Теоретические основы нитрования ароматических углеводородов.

4. Характерные особенности процесса гидрирования азотсодержащих соединений.

5. Особенности процессов гидрирования нитрилов и амидов кислот.

 

Раздел 7. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

            ГИДРИРОВАНИЯ И ДЕГИДРИРОВАНИЯ

Студент должен:

знать:

- физико-химические закономерности процессов гидрирования и дегидрирования;

- типы реакторов и технологию проведения процессов;

 

уметь:

- определять влияние различных параметров на ход процесса;

- рассчитывать материальные и тепловые балансы процессов дегидрирования.

ВВЕДЕНИЕ

 

Значение процессов гидрирования и дегидрирования. Теоретические основы процессов гидрирования и дегидрирования.

 

Тема 7.1. Гидрирование бензола и функциональных производных

            углеводородов

Гидрирование бензола в циклогексан. Условия ведения и технологическая схема процесса.

Гидрирование ненасыщенных спиртов до бутандиола-1,4, технологическая схема процесса.

Гидрирование алифатических кислот и их эфиров с целью получения алифатических спиртов. Условия и катализаторы процесса.

 

Методические указания

 

Значение процессов дегидрирования и гидрирования для промышленности очень велико. Дегидрированием получают ненасыщенные соединения, представляющие большую ценность в качестве мономеров для производства синтетических каучуков и пластических масс (бутадиен-1,3, изопрен, стирол и т.д.), а также некоторые альдегиды и кетоны (формальдегид, ацетон, метилэтилкетон).

Реакциями гидрирования синтезируют циклогексан и его производные, многие амины (анилин, гексаметилендиамин), спирты (н-пропанол, н-бутанол и высшие). Процессы гидрирования применяют также при гидрогенизации жиров и получении искусственного жидкого топлива (гидрокрекинг, риформинг, гидрогенизация и т.д.).

Под дегидрированием понимают химические процессы, связанные с отщеплением атомов водорода от органического соединения. Гидрирование (или гидрогенизация) заключается в превращениях органических соединений под действием молекулярного водорода. В ряде случаев гидрирование приводит к восстановлению кислородсодержащих веществ, а дегидрирование – к их окислению.

Реакции гидрирование можно разделить на три группы:

1. Присоединение водорода по ненасыщенным связям.

2. Действие водорода, сопровождающееся отщеплением воды или других веществ, не содержащих углерода.

3. Реакции с водородом, сопровождающиеся расщеплением углерод-углеродных связей (деструктивное гидрирование).

Реакции первой группы противоположны дегидрированию – происходит присоединение водорода по связям СºС, С=С, Сар-Сар; по С=О-связи альдегидов и кетонов, по С=N и СºN-связям азотсодержащих соединений и т.д.

Ко второй группе относятся реакции гидрирования карбоновых кислот в спирты, спиртов – в углеводороды, амидов кислот и нитросоединений – в амины и т.д.

Третья группа реакций гидрирования – с расщеплением углерод-углеродных связей – носит название деструктивного гидрирования или гидрогенолиза (по аналогии с гидролизом, алкоголизом и т.д.). к ним способны углеводороды с открытой цепью, нафтены, ароматические соединения с боковой цепью.

Наиболее типичные реакции дегидрирования можно классифицировать по виду связей между атомами, от которых отщепляется водород (С-С-, С-О-, С-N-дегидрирование).

Укажите, какие углеводороды являются сырьем для различных реакций дегидрирования.

Реакции дегидрирования и гидрирования имеют много общего в своих физико-химических закономерностях, поскольку они являются системой обратимых превращений. Поэтому их термодинамику, кинетику, катализ и вопросы выбора оптимальных условий лучше изучать при сопоставлении процессов дегидрирования и гидрирования. Обратите внимание на термохимические данные реакций гидрирования, дегидрирования, факторы, характеризующие равновесие реакций гидрирования и дегидрирования, катализаторы, механизм и кинетику реакций.

При изучении гидрирования бензола и функциональных производных обратите внимание на факторы, обеспечивающие высокий выход продуктов. /3.86с.-91с., 6.438с.-453с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Напишите типичные реакции гидрирования и дегидрирования.

2. Какие факторы влияют на качество процессов гидрирования и дегидрирования?

3. Выполните технологические схемы процессов гидрирования бензола, ненасыщенных спиртов.

 

Тема 7.2. Термическое дегидрирование

Термическое дегидрирование н-парафинов. Условия протекания процесса. Печь градиентного типа.

 

Тема 7.3. Каталитическое дегидрирование

Дегидрирование парафинов и олефинов. Производство бутадиена и изопрена. Дегидрирование н-парафинов и моноолефинов. Получение бутенов дегидрированием бутана. Факторы, влияющие на выбор оптимальных условий процесса, катализаторы. Типы реакторов. Технологическая схема дегидрирования н-бутана. Условия протекания процесса. Дегидрирование изобутана. Условия протекания процесса.

Дегидрирование олефинов. Значение производства бутадиена и изопрена. Краткая характеристика промышленных методов получения. Дегидрирование н-бутенов. Физико-химические закономерности, катализаторы процесса. Условия протекания химического процесса и технологическая схема дегидрирования н-бутенов на катализаторе КИМ-1. Типы реакторов.

Одностадийное дегидрирование н-бутана в бутадиен. Теоретические основы процесса одностадийного дегидрирования бутана в бутадиен под вакуумом. Конструкция и принцип действия реактора. Технологическая схема одностадийного дегидрирования н-бутана в бутадиен.

Окислительное дегидрирование н-бутана и н-бутенов.

Способы получения изопрена. Условия протекания химического процесса. Технико-экономические сравнения способов получения изопрена.

Дегидрирование алкилароматических углеводородов.

Стирол и a-метилстирол. Значение и свойства продуктов. Способы получения. Технологическая схема дегидрирования этилбензола. Условия процесса. Выбор оптимальной конструкции реактора, сравнение различных типов реакторов.

Практические занятия (к темам 7.1.-7.3.):

Изучение влияния различных параметров на ход технологического процесса дегидрирования.

Расчет материального и теплового балансов  процесса дегидрирования.

 

Методические указания

 

При изучении термического дегидрирования н-парафинов студенты должны обратить внимание на химизм процесса, характер побочных реакций, радикально цепной механизм процесса, условия дегидрирования, конструкцию реакторов, достоинство и недостатки данного процесса.

Изучая каталитическое дегидрирование, студенты должны усвоить, что конструкция аппаратов, технологическое оформление производства бутадиена-1,3, изобутана, изопрена, стирола, a-метилстирола определяется свойствами сырья, химизмом процесса, из которого определяются факторы, влияющие на выбор оптимальных условий процесса, катализаторы. Проследить, как технико-экономические показатели процесса влияют на разработку перспективных методов каталитического дегидрирования углеводородов.

Студенты должны научиться выполнять материальный расчет процесса каталитического дегидрирования и технологический расчет реактора дегидрирования по учебной литературе. /5.188с.-207с./

Уметь определить состав продуктов по химизму процесса, предложить меры по повышению показателей эффективности процессов синтеза мономеров, определить возможные неполадки технологического процесса, причины и способы устранения. /1.22с.-121с., 3.93с.-129с., 4.9с.-20с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Получение изобутена дегидрированием изобутана.

2. Двухстадийное дегидрирование н-бутана в бутадиен-1,3.

3. Одностадийное дегидрирование н-бутана в бутадиен-1,3.

4. Окислительное дегидрирование н-бутана и н-бутенов.

5. Способы получения изопрена.

6. Способы получения стирола.

 

Раздел 8. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

 ОКИСЛЕНИЯ

Студент должен:

знать:

- теоретические основы и технологию продуктов окисления;

 

уметь:

- выбирать и обосновывать параметры окислительного процесса;

- изображать графически отдельные узлы технологических схем;

- выполнять технические расчеты аппаратов.

 

ВВЕДЕНИЕ

Значение процессов окисления. Общая характеристика процессов окисления.

 

Тема 8.1. Окисление олефинов по двойной связи

Этиленоксид: свойства, способы получения. Окисление этилена воздухом и кислородом. Условия протекания химического процесса. Технологическая схема.

Пропиленоксид: свойства, способы получения. Условия протекания химического процесса.

 

Тема 8.2. Окисление олефинов по насыщенному атому углерода

Акролеин: свойства и способы получения. Условия протекания химического процесса, технологическая схема одностадийного окисления пропилена.

Метакролеин: свойства и способы получения. Условия протекания химического процесса.

 

Тема 8.3. Окисление олефинов по ненасыщенному атому углерода

Синтез карбонильных соединений.

Ацетальдегид: свойства и способы получения. Получение ацетальдегида прямым окислением этилена. Условия протекания химического процесса. Технологическая схема.

Винилацетат: свойства и способы получения. Условия протекания химического процесса.

Получение ацетона. Технологическая характеристика продукта. Свойства, применение и способы получения. Получение метилэтилкетона.

 

Методические указания

 

Практическое значение процессов окисления в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза трудно переоценить. Их первостепенную роль обусловили следующие причины:

- большая ценность соединений, получаемых окислением различных углеводородов и являющихся промежуточными продуктами органического синтеза, растворителями, мономерами и исходными веществами для производства полимерных материалов, пластификаторов и т.д.;

- широкое многообразие реакций окисления, к которым способны многие органические вещества, в том числе углеводороды всех классов. Это позволяет использовать процессы окисления для первичной переработки углеводородного сырья и производить на их основе большое число ценных веществ;

- доступность и низкая стоимость большинства окислителей, среди которых главное место занимает кислород воздуха.

Это определяет более высокую экономичность синтеза некоторых продуктов методом окисления по сравнению с другими возможными методами их производства.

Изучая процессы окисления, студенты должны знать признаки реакций окисления в органической химии, иметь понятие полного и неполного окисления углеводородов, разделения реакций неполного окисления на три главные группы.

Студентам необходимо знать сравнительную характеристику окислительных агентов, технику безопасности в процессах окисления и энергетическую характеристику реакций окисления. /6.338с.-344с./

Изучая процессы окисления олефинов, студенты должны знать закономерности и особенности окисления олефинов по двойной связи, по насыщенному атому углерода, по ненасыщенному атому углерода.

При изучении производства этиленоксида, пропиленоксида обратите внимание на химизм процессов, как основного фактора, определяющего технологический режим синтезов, определите достоинства и недостатки технологических схем получения этиленоксида, пропиленоксида, сделайте заключение о перспективных методах.

При изучении производства акролеина, обратите внимание, что метод прямого окисления пропилена является более перспективным ввиду большей доступности и дешевизны сырья, кроме того, выбор окислителя обусловлен не только его свойствами, но и необходимостью снижения взрывоопасности производства.

При изучении процесса прямого окисления этилена в ацетальдегид обратите внимание на то, что протекают две реакции, которые проводят постадийно или в одном реакторе. Предложите условия синтеза ацетальдегида, оцените технологические схемы одно- и двухстадийного окисления этилена.

Ацетон широко применяется в качестве растворителя и промежуточного продукта органического синтеза: для получения дифенилолпропана, диацетонового спирта, метилизобутилкетона, кетена. В настоящее время способ совместного получения ацетона с фенолом является самым экономичным – небольшой расход дешевого сырья (кроме бензола – практически только воздух) и получении двух ценных продуктов. /3.144с.-167с., 5.136с.-168с., 6.408с.-431с./

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Характеристика процессов окисления.

2. Сравнительная характеристика способов получения этиленоксида.

3. Сравнительная характеристика способов получения пропиленоксида.

4. Укажи