Синтез и анализ ХТС в производстве ацетона

5.3 Изучение свойств и эффективности функционирования ХТС

Изопропилбензол (кумол) С₆Н₅СН(СН₃)₂, молекулярная масса 120,20; бесцветная жидкость с запахом бензола; Т_пл. - 96 °С, т. кип. 152,4°С, 38,2°С/10 мм рт. ст.; d₄²⁰ 0,8618; n_D²⁰ 1,4915; давление пара (в кПа): 1 (33,22 °С), 20 (99,08 °С), 80 (143,5 °С); h 0,791 мПа?с (20°С), 0,612 мПа?с (40°С); ? 28,2 мН/м (20°С); t_крит 351,4°С, р_крит 3220 кПа; С_0р 197 Дж/(моль.К); DH0исп 367 кДж/кг (25 °С), ?H⁰_обр -41,3 кДж/моль (25 °С); смешивается с этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, бензолом, хлороформом; р-римость в воде менее 0,01% (20 oC). Изопропилбензол - типичное ароматическое соединение (легко алкилируется, хлорируется, сульфируется, нитруется в ядро). В промышленности изопропилбензол получают каталитическим алкилированием бензола пропиленом; реакция осложняется последовательным введением алкильных радикалов в образовавшийся И. вплоть до получения гексаизопропилбензола. В способе производства изопропилбензол, осуществленном в РФ, катализатором алкилирования служит хлоралюминиевый каталитический комплекс (АlСl₃ с НСl и алкилароматическим углеводородом). Процесс осуществляют при 100-130°С (давление определяется т-рой), мольное соотношение бензол : пропилен (с учетом возвращаемых в реакцию полиалкилбензолов) составляет 3:3,5. Полученный изопропилбензол отмывают от катализатора последовательно 17-25%-ным раствором АlСl3, 3-5%-ным раствором NaOH и водой, подвергают ректификации. Расход бензола и пропилена на производство 1 т И. составляет 0,692 и 0,372 т соотв., АlСl3 - 5,5кг. Недостаток метода - необходимость использования коррозионностойкого оборудования. Все большее промышленное использование находит гомофазное алкилирование в присутвии растворимых количеств хлоралюминиевого каталитического комплекса. В этом методе упрощается технологическая схема процесса, возрастает скорость реакции, уменьшается коррозионная активность реакции среды и снижается выход побочных продуктов. За рубежом для производства И. используют фосфорнокислотные катализаторы на твердом носителе - глине, кизельгуре, силикагеле или алюмосиликате. Процесс осуществляют при температуре около 200 °С и давлении 2,8-4,2 МПа. Чтобы предотвратить дезактивацию катализатора, в реакционную зону вводят воду (0,06-0,08% по массе от массы сырья). С целью сокращения образования полиалкилбензолов процесс ведут при мольном соотношении бензол: пропилен, равном 10:1. Выход изопропилбензола 96-97% в расчете на бензол и 91-92% в расчете на пропилен. Применяют изопропилбензол для производства главным образом фенола и ацетона (через кумилгидропероксид) и ?-метилстирола, а также как добавку к авиационным бензинам, повышающую октановое число, Т_всп. 38 °С, КПВ 0,88-6,5%. При ингаляции вызывает острые и хронические поражения кроветворных органов (костного мозга, селезенки).

Ацетон (от латинского acetum - уксус) (2-пропанон, диметилкетон) СН₃СОСН₃, мол. м. 58,079; летучая бесцветная жидкость с характерным запахом; Т_пл. - 94,6°С, Т_кип. 56,1 °С; d₄²⁰ 0,7920, n_D²⁰ 1,3588; ? 0,36 мПа?с (10°С), 0,30 мПа?с (30 С); ? 0,0237 Н/м (20°С); t_крит 235,5°С, p_крит 4,75 МПа; С°_р 749,3 Дж/(кмоль?К); ?H°_исп 29,1 кДж/моль (56,1 °С), ?Н°_сгор -1787кДж/моль, ?Н°обр - 216,5 кДж/моль (газ; 25°С) и - 248 кДж/моль (жидкость). Смешивается с водой и органическими растворителями, например эфиром, метанолом, этанолом, сложными эфирами. Ацетон обладает всеми химическими свойствами, характерными для алифатических кетонов. Образует кристаллические соединения с гидросульфитами щелочных металлов, напр. с NaHSO₃ - (CH₃)₂C(OH)SO₃Na. Только сильные окислители, например щелочной раствор КМnО₄ и хромовая кислота, окисляют ацетон до уксусной и муравьиной кислот и далее - до СО₂ и воды. Каталитически восстанавливается до изопропанола, амальгамами Mg или Zn, а также Zn с СН₃СООН - до пинакона (СН₃)₂С(ОН)С(ОН)(СН₃)₂. Атомы водорода легко замещаются при галогенировании, нитрозировании и т.п. Действием хлора и щелочи ацетон превращается в хлороформ, который взаимодействуя с ацетоном с образованием хлорэтона (СН₃)₂С(ОН)СС1₃, применяемого как антисептик. Ацетон окисляет вторичные спирты в присутствии алкоголятов А1 до кетонов (реакция Оппенауэра):

Вступает в альдольную конденсацию с образованием диацетонового спирта (СН₃)₂С(ОН)СН₂СОСН₃, а также в кротоновую конденсацию с образованием окиси мезитила (СН₃)₂С=СНСОСН₃, форона (СН₃)₂С=СНСОСН=С(СН₃)₂ и мезитилена. В присутствии сильной минеральной кислоты ацетон алкилирует фенол с образованием дифенилолпропана (бисфенола ацетона) (НОС₆Н₄)₂С(СН₃)₂, присоединяет цианид-ион с образованием ацетонциангидрина (CH₃)₂C(OH)CN. При пиролизе (700°С) ацетон образуются кетен СН₂=С=О и метан. В промышленсти ацетон получают преимущественно так назеваемым кумольным способом одновременно с фенолом из бензола и пропилена через изопропилбензол (кумол) по схеме, рассмотренной подробнее выше:

Ацетон - широко применяемый растворитель органических веществ, в первую очередь нитратов и ацетатов целлюлозы; благодаря сравнительно малой токсичности он используется также в пищевой и фармацевтической промышленности; ацетон служит также сырьем для синтеза уксусного ангидрида, кетена, диацетонового спирта, окиси, мезитила, метилизобутилкетона, метилметакрилата, дифенилолпропана, изофорона и многих других соединений. Для ацетон Т_всп. -20°С, Т_{самовоспл.} 500°С; КПВ 2,15-13,00%. Ацетон при вдыхании накапливается в организме. Т.к. выводится из организма медленно, возможны хронические отравления. ПДК 200 мг/м3.

6. Заключение

В процессе производства применяются токсичные вещества, оказывающие вредное влияние на обслуживающий персонал и окружающую среду. Это исходные компоненты для синтеза - серная кислота и гидроперекись изопропилбензола и основные продукты синтеза - ацетон и фенол.

Серная кислота - чрезвычайно агрессивное вещество. Она поражает дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки, вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко - ларингит, трахеит, бронхит и так далее. ПДК аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты. 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности 2. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов хим. и металлургических производств, содержащих оксиды S, и выпадать в виде кислотных дождей. Изопропилбензол - при ингаляции вызывает острые и хронические поражения кроветворных органов (костного мозга, селезенки)

Фенол вызывает нарушение функций нервной системы, дыхания и кровообращения, раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, вызывает ожоги при попадании на кожу. ПДК в атмосферном воздухе 0,003 мг/м³, в воздухе рабочей зоны 0,3 мг/м³, в воде водоемов рыбохозяйственного и хозяйственно-бытового пользования 0,001 мг/л. ЛД50 427 мг/кг (мыши, внутрижелудочно). Ацетон при вдыхании накапливается в организме. Т.к. выводится из организма медленно, возможны хронические отравления. ПДК 200 мг/м³. Для снижения экологической напряжённости производства применяется регенерация серной кислоты, позволяющая снизить отходы производства. В цехах должны быть реализованы эффективные системы приточно-вытяжной вентиляции для обеспечения безопасных условий работы персонала.

Химическая наука и химическая промышленность в настоящее время являются одними из ведущих отраслей, которые обеспечивают научно технический прогресс в обществе. Интенсивный рост данной отрасли требует создания мощной производственной базы в области основных растворителей и крупнотоннажных реагентов.

В данной работе приведён критический анализ разнообразных способов получения ацетона. Выбрана оптимальная технологическая схема. Проведена оценка экологической безопасности производства.

Благодаря тому, что в рассмотренной схеме серная кислота работает в замкнутом цикле, снижается экологическая напряжённость процесса. Таким образом в курсовой работе разработана технологическая модель являющаяся прогрессивной, экономически эффективной и экологически безопасной.

7. Список использованных источников

1. Кутепов А. М., Бондарева Т. И., Беренгартен М. Г. Общая химическая технология. М.: Высшая школа, 1990. 520 с.

2. Общая химическая технология / Под ред. И. П. Мухлёнова М.: Высшая школа, т 1, 2. 1984, 419 с.

3. Расчёты химико-технологических процессов / Под ред. И. П. Мухлёнова, изд М.: Химия. 1982, 245 с.

4. Бесков С. Д. технологические расчёты. М.: Высшая школа,1966, 519 с.