Установки для проведення синтезу о-хлорстиролу та його проміжних продуктів
О-хлорстирол
У реакції використовують теплоту часткового згоряння ацетилену. Але в цій реакції ми отримуємо більше продуктів і виділення ацетилену з них складніше, ніж у випадку електрокрекінгу.
б) синтез бензолу;
ацетилен при температурі червоного розжарювання входить у реакцію тримеризації й у результаті отримаємо бензол. Цю реакцію відкрив ще у ХІХ столітті М. Бертло.
Н. Д. Зелінський та Б. А. Казанський показали, що Дана реакція значно краще проходить за більш низьких температур і каталітичного впливу активованого вугілля:
Дана реакція одержання бензолу ще не має великого поширення через існування більш дешевих методів одержання його, наприклад, з відходів коксування вугілля та нафтопереробки.
в) синтез етилену з ацетилену;
Для отримання стиролу необхідний етилен, який можна легко отримати, виходячи з ацетилену і водню. Ацетилен як ненасичений вуглеводень легко входить у реакцію приєднання водню. Реакція каталітична, каталізатором може бути платина чи свинець. При використанні платини і велику кількість водню в суміші, можливо, отримання не тільки етилену, а й етану, тоді як при застосуванні свинцевого каталізатора реакція триватиме лише до отримання етилену.
Реакція проводиться за нормальної температури близько 300°С.
г) синтез стиролу з бензолу та етилену;
Розглянемо процес синтезу етилбензолу із бензолу. Продуктами цього синтезу будуть бензол та етилен, отримання яких ми розглянули вище. Реакція відбувається за рівнянням:
Синтез етилбензолу алкілуванням бензолу етиленом здійснюють, застосовуючи каталізатори на основі хлориду алюмінію, фториду бору, фосфорної кислоти або цеолітів. Використання низьких концентрацій каталізаторадозволяє проводити процес у рідкій фазі (каталізатор суспензований або розчинений). Процес проводять при тиску 0,3-1,0 МПа. В оптимальних умовах проведення процесу селективність одержання етилбензолу 99%. При проведенні процесу дуже важливо не допускати надлишку етилену в реакторі, оскільки це призводить до утворення діетил- та поліетилбензолів. Витрата АІСІ3 становить 0,25 г на тонну етилбензолу. Алкілювання бензолу олефінами – типова реакція електрофільного заміщення.
У сучасній хімічній технології використовують також процес виробництва стиролу виходячи з пропілену та етилбензолу:
В результаті цієї реакції, окрім стиролу, отримують і досить цінний оксид пропілену, який використовують в інших хімічних виробництвах. Розглядаються також можливості отримання стиролу в одностадійному процесі шляхом окислювального алкілування бензолу в присутності ацетату паладію при 80°С і тиску 2,15 МПа:
д) синтез стиролу з етилбензолу.
Для отримання стиролу проводять дегідратацію етилбензолу. Вона проходить відповідно до рівняння реакції:
Процес проводять у присутності каталізатора. Найбільшого застосування знайшли каталізатори на основі оксиду заліза. Оптимальна температура при цих каталізаторах - , рівноважний вихід стиролу вбирається у 40-50 %. Для повнішого перетворення етилбензолу в стирол знижують парціальний тиск парів етилбензолу, розбавляючи його водяною парою (масове відношення водяна пара : етилбензол 2,5 – 3 : 1).
е) хлорування стиролу.
Групу -СН = СН2 в молекулі стиролу можна віднести до заступників першого роду. Вони мають електронодонорні властивості.
При хлоруванні стиролу без каталізаторів галоген приєднається до бічного ланцюга згідно правила Бельштейна.
Якщо треба ввести галоген у ароматичне ядро, то використовують каталізатори. Каталізаторами виступають: FeCl3, AlCl3, SbCl3, SbCl5. роль каталізатора полягає у створенні позитивного іона галогену, який здійснює електрофільне заміщення у бензольному ядрі. У присутності FeCl3 хлорування йде за схемою:
FeCl3 + СІ2 =
У цій реакції ми отримаємо не тільки о-хлорстирол, а й п-хлорстирол, який ізомерований першому. Вихід даних продуктів реакції дорівнює між собою і складе 50%.
Установки для проведення синтезу о-хлорстиролу та його проміжних продуктів.
Розглянемо процес алкілування бензолу та отримання етилбензолу.
Мал. 2. Принципова схема алкілування бензолу на твердих каталізаторах:
5, 6, 7 - ректифікатори,
б – оборотний бензол;
г -суміш бензолу та олефіну;
д - неконденсуються гази;
в - рідкий алкілат;
та - кубовий залишок.
Технологічна схема алкілування бензолу на твердому гетерогенному каталізаторі, наприклад, цеоліті, досить нескладна (рис. 2) [4, 5]. За цією схемою непрореагували бензол і діетилбензол повертаються на алкілування, а кубовий залишок може служити паливом і разом з газами, що відходять, забезпечує потреби установки в паливі (на 60%). У процесі відходи відсутні, каталізатор не викликає корозії і не забруднює навколишнього середовища.
Однак, поки що в усьому світі найбільш широко як каталізатори застосовують комплексні сполуки хлориду алюмінію з ароматичними вуглеводнями, незважаючи на такі їх суттєві недоліки, як необхідність осушення сировини, утворення хлористого водню і хлориду натрію при промиванні та нейтралізації алкілату, корозія апаратури і необхідністьочищення стічних вод. Використання більшою мірою хлориду алюмінію викликане і тим, що він є каталізатором не тільки алкілування, але і диспропорціонування, що знижує вихід неминуче ди- і поліалкілпохідних, що утворюються при алкілуванні. На практиці використовують рідкий каталізаторний комплекс – хлорид алюмінію в діетилбензолі або поліалкілбензольних фракціях, одержуваних при алкілюванні. Дія хлориду алюмінію посилюється сокаталізаторами, як яких використовують хлороводень або невеликі кількості води. Однак, щоб уникнути розкладання каталізатора, бензол ретельно сушать перед подачею на алкілування.