Контрольная работа по "Технология химических производств"

     Вариант 6 

     

1. Опишите устройство и назначение гиперсорберов.

 

     Непрерывный процесс разделения газовых смесей путем селективной адсорбции  в аппарате с непрерывно движущимся слоем адсорбента получил название гиперсорбции. Гиперсорберы во много раз производительней, чем аппараты с неподвижным слоем адсорбента. Извлечение компонентов из газа методом гиперсорбции значительно выше, а удельный расход пара на десорбцию гораздо меньше. В особенности необходимо отметить, что гиперсорбция дает возможность получать из сложных смесей индивидуальные углеводороды высокой концентрации, чего при периодической адсорбции осуществить нельзя.

     Аппарат представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд Н³30 м, в котором гранулированный активированный уголь непрерывно опускается сверху, навстречу подаваемой снизу газоном смеси, и поглощает из нее более тяжелые углеводороды. Не поглощенные газы выводятся из верхней части аппарата. Поглощенные углеводороды отгоняются из адсорбента в нижнюю трубчатую часть аппарата (десорбционная секция). В межтрубное пространство десорбционной секции подают водяной пар или пары высококипящего органического теплоносителя, а по трубам через уголь пропускают перегретый водяной пар. Чтобы продукты десорбции не смешивались с поступающими в гиперсорбер исходными газами, разделяемую смесь необходимо вводить в аппарат на 5—6 м выше места отвода десорбированного газа.

     Регенерированный  уголь из зоны десорбции поступает  снова в верхнюю часть адсорбера. Для сохранения достаточной активности угля часть его непрерывно отводится  из бункера в реактиватор, обогреваемый топочными газами. Здесь уголь при высокой температуре продувается острым водяным паром и затем поступает в аппарат.

     Недостатком всех адсорбционных методов является необходимость предварительного выделения  из газовой смеси тяжелых углеводородов, так как при десорбции они  плохо удаляются из сорбента. 
 

     

2. Опишите технологию жидкофазного хлорирования.

 

     Жидкофазное хлорирование. Процесс жидкофазного хлорирования в принципе состоит в том, что газообразный хлор пропускают через реакционную массу. Барботируя через жидкость, хлор растворяется в ней, и химическая реакция протекает в растворе. Образующийся хлористый водород десорбируется и удаляется в виде газа, а жидкие продукты хлорирования постепенно накапливаются в реакционной массе.

     Из  всех методов жидкофазного радикально-цепного  хлорирования наибольшее распространение  получил фотохимический. Его преимущества состоят в следующем: процесс можно вести при любой температуре; продукты реакции не загрязняются веществами, образующимися при распаде инициатора; исключены затраты на довольно дорогие инициаторы. Однако фотохимическое хлорирование связано со значительным усложнением конструкции и обслуживания реактора, а также с повышением расхода электроэнергии. Выбор метода в каждом случае следует обосновывать экономическим расчетом.

     Для жидкофазных процессов характерно применение умеренных температур от 70 до 80° при фотохимическом хлорировании и от 70 до 120° в присутствии  инициаторов. При выборе температуры  реакции нужно учитывать возможность  использования наиболее дешевого охлаждающего агента (воды) и вязкость реакционной  массы. Давление в реакторе в большинстве  случаев атмосферное.

     Жидкофазное хлорирование осуществляют:

     1) если получаемые хлорпроизводные термически не стабильны;

     2) когда желают в молекулу ввести  более двух атомов Сl.

     Процесс разбит на 3 основные стадии: подготовка исходных веществ (очистка, осушка, испарение, приготовление исходной смеси),  проведение реакции, обработка отходящих  газов (выделение летучих органических соединений и НСl), переработка реакционной массы (нейтрализация от остатков растворенного хлористого водорода разбавленным раствором щелочи и очистка). 

     

3. Механизм  реакций дегидрирования и гидрирования. Основные типы катализаторов.

 

           Все реакции гидрирования и дегидрирования являются каталитическими. Применение катализаторов позволяет  достигнуть высокой скорости процессов  при сравнительно низкой температуре, когда еще получают очень малое  развитие побочные реакции. Ввиду обратимости  реакций дегидрирования – гидрирования и способности любых катализаторов  одинаково ускорять как прямой, так  и обратный процесс, обе эти реакции  должны катализироваться одними и теми же веществами.

     Основные  типы катализаторов:

1. Металлы VIII группы Fe, Co, Ni, Pt, и 1 группы Cu, Ag периодической системы элементов;
2. Окислы некоторых металлов (MgO, Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZnO, MoO_3, WO₃);
3. Сульфаты кобальта, никеля, молибдена, вольфрама
4. Сложные катализаторы, состоящие из двух и более металлов из оксидов разных металлов.

     Процессы  дегидрирования и гидрирования относятся  к типу гомолитических превращений. Важную роль играет хемосорбция реагентов на активных центрах, при которой за счет электронных переходов с участием катализатора ослабляются или полностью разрываются химические связи в адсорбированной молекуле. 

     

4. Методы  синтеза полимеров.

 

     Существует  три основных химических превращения, приводящих к получению синтетических  полимеров: полимеризация (сополимеризация), поликонденсация и функциональные превращения (реже последний метод называют методом полимераналогичных превращений).

     Полимеризация - реакция соединения нескольких молекул мономера, протекающая без изменения элементного состава и не сопровождающаяся выделением побочных продуктов. Например: nCH₂ = CH₂     [-CH₂ - CH₂-]_n  Полимеризация является частным случаем общей химической реакции присоединения.  Как и всякая химическая реакция, процесс полимеризации протекает с разрывом одних валентных связей и с возникновением новых. В зависимости от условий реакций и природы мономеров может происходить гетеролитический разрыв  с образованием ионов или гомолитическое расщепление, приводящее к возникновению свободных радикалов. В соответствии с этим различают ионную (катионную и анионную) полимеризацию и радикальную. Кроме того, полимеризационные процессы делятся на цепные и ступенчатые. Ступенчатая полимеризация отличается от цепной тем, что растущие цепи являются стабильными соединениями, которые могут быть выделены на любой стадии процесса.

     Технические методы проведения полимеризации:

• полимеризация в массе (полимеризация в отсутствии растворителя)
• полимеризация в растворе
• эмульсионная полимеризация
• суспензионная полимеризация

     Поликонденсация представляет процесс получения высокомолекулярных соединений, сопровождающийся выделением простейших низкомолекулярных веществ (воды, спиртов и т.д.).  В общем виде реакцию поликонденсации можно представить следующим образом:   

     _na – A – a + _nbBb            a[-A-B-]_n-b+(2n-1) ab 

     Поликонденсация представляет собой частный случай реакции замещения и является обратимым равновесным процессом. В связи с тем, что при поликонденсации выделяются низкомолекулярные продукты, образующийся полимер имеет иной состав, чем исходные мономеры, в то время как элементарный состав сополимера, получаемого при полимеризации, не отличается от исходного мономера. Некоторые полимеры могут быть получены по обеим выше отмеченным реакциям.

     Как и всякий процесс образования  полимеров, процесс поликонденсации  состоит из трех основных стадий: образование  реакционных центров; рост макромолекулы; прекращение роста цепи и обрыв  цепи макромолекулы.

     Поликонденсацию проводят в массе (расплаве), в растворе и на границе раздела фаз (межфазная поликонденсация).

     И, наконец, третий метод синтеза полимеров  базируется на химических реакциях функциональных групп полимеров. Высокомолекулярные соединения как синтетические, так и природные могут содержать в макромолекулах различные функциональные группы. Все эти группы способны вступать в различные химические реакции, свойственные обычным низкомолекулярным органическим соединениям. В результате таких превращений образуются новые полимеры с новыми химическими и физическими свойствами. Наиболее широко процессы функциональных превращений используются при переработке природных полимеров. Если имеют дело с синтетическим функциональным полимером, то его получают путем реакций полимеризации или поликонденсации. 
 

     

5. Опишите технологию получения этилбензола.

 

     Способы  получения   этилбензола:  
1.     Алкилирование бензола:  
а) алкилирование бензола этиленом на протонных кислотах (HF > H₂SO₄ (ж.ф. 10-40⁰С, 0,1-1,0 МПа > H₃PO₄ г.ф. 200-400⁰С, 2-6 МПа);  
б) алкилирование бензола этиленом на апротонных кислотах; жидкофазное, kt – AlCl₃ – стандартное (20-40% AlCl₃) и гомогенное (2 г kt на 1 кг алкилата);  
в) алкилирование бензола этиленом на гетерогенных катализаторах – алюмосиликатах и цеолитах (парофазный процесс, 210-250⁰С, 1,4-2,8 МПа; соотношение бензол:этилен 7:1  
г) алкилирование бензола этилгалогенидами на AlCl₃;  
2.     выделение ректификацией из фракции C₈ ароматических углеводородов – продуктов каталитического риформинга;  
3.     выделение из смолы пиролиза;  
4.     окислительное метилирование толуола (700-750⁰С, радикально-цепной механизм, без катализатора)  
.  
Основное количество  этилбензола  получают алкилированием бензола этиленом в присутствии AlCl3.  
 

   Побочные реакции:  
1.    на AlCl3 протекают реакции последовательного алкилирования, а т.к. алкилирование проводится под термодинамическим контролем, то среди диэтилбензолов будут преобладать мета- и пара-изомеры, а среди триэтилбензолов – 1,3,5-триэтилбензол.  
2.    деструкция этильной группы с образованием толуола;  
3.    олигомеризация этилена  
4.    смолообразование за счет конденсации ароматических соединений (диарилалканы).  
         Механизм – карбкатионный: протон уже имеется в виде σ-комплекса. Он передается молекуле олефина, образовавшийся карбокатион атакует ароматическое соединение, причем вся реакция протекает в слое каталитического комплекса, который обменивается своими лигандами с углеводородным слоем. Далее карбокатион атакует ароматическое ядро, образуются последовательно π-комплекс и карбокатион с последующей быстрой стадией отщепления протона.  
Оптимальные условия: температура – 100-1100С (при этой температуре переалкилирование уже протекает достаточно быстро, но полициклических веществ, дезактивирующих катализатор еще мало); давление 0,1-0,2 МПа; соотношение бензол : этилен = (2-3) : 1моль/моль.  
        Технологические особенности процесса:  
1.     необходимость использовать избыток бензола по отношению к олефину – рецикл бензола;  
2.     реакция экзотермичная – необходимо предусмотреть съем тепла;  
3.     катализ осуществляется катализаторным комплексом на основе AlCl3 - его готовят отдельно;  
4.     реакция идет в слое катализаторного комплекса – необходимо активное перемешивание;  
5.     необходимость осушки бензола и, при необходимости, олефиновой фракции, т.к. наличие влаги приводит к дезактивации катализатора – осушка бензола, возможность отгонять непрореагировавший бензол с водой и возвращать его в рецикл;  
6.     на AlCl3 протекает обратимая реакции переалкилирования;  
7.     необходимость разлагать катализаторный комплекс – промывки, сточные воды;  
8.     абгазы содержат HCl – очистка абгазов.  
          Стадии, из которых состоит процесс:  
1.      гетероазеотропная осушка бензола;  
2.      блок приготовления катализатора;  
3.      реакторный узел;  
4.      очистка отходящих газов от HCl;  
5.      отделение реакционной массы от катализаторного комплекса;  
6.      разложение катализаторного комплекса и очистка продуктов алкилирования от HCl;  
7.       разделение продуктов алкилирования;  
8.       блок переалкилирования (оформленный отдельно или в возврат ди- и триалкилбензолов на переалкилирование в основной реактор).