Синтез глицерина

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1.Схема методов синтеза глицерина

2. Получение глицерина через хлористый аллил и эпихлоргидрин

3. Производство глицерина окислением аллилового спирта

Литература

Введение

Тема реферата «Синтез глицерина» по дисциплине «Органический синтез».

Глицерин (пропантриол (1, 2, 3) СН₂ОН -- СНОН -- СН₂ОН является простейшим трехатомным спиртом. При обычных условиях глицерин-- сиропообразная бесцветная жидкость сладкого вкуса, застывающая при температуре ниже 0° в стекловидное тело: температура кипения 290° С(с частичным разложением), удельный вес 1,26 (при 15°С). Глицерин хорошо растворяет многие органические вещества, сам растворяется в органических растворителях и воде, с которой образует растворы, замерзающие при низких температурах (до -- 46,5°С) и применяющиеся как антифризы.

Глицерин употребляется дли изготовления взрывчатых веществ, глифталевых и других смол, как средство против высыхания веществ в текстильной и полиграфической промышленности, для изготовления фармацевтических, косметических препаратов, ликеров и пр_:

Методы получения глицерина из животных и растительных жиров путем омыления их водой (и присутствии катализаторов) с одновременным полученном высших жирных кислот и получение глицерина в качестве побочного продукта мыловарения теряют свое значение в связи с развитием производства синтетических моющих средств.

Большая потребность в глицерине послужила толчком к развитию синтетических методов его получения.

1. Схема методов синтеза глицерина

Практическое значение имеют технологически разработанные синтетические методы:

1) получение глицерина через хлораллил и эпихлоргидрин;

2) получение глицерина прямым окислением пропилена в акролеин, с последующим гидрированием его в аллиловый спирт и окислением в глицерин.

Как видно из прилагаемой схемы синтезов, первый метод требует затраты хлора, элемента, не входящего в состав глицерипа, и едкого натра для последующего процесса омыления продуктов хлорирования. Из образующейся при этом поваренной соли извлечение хлора связано с значительными затратами энергии на электролиз.

Второй метод является бесхлорным, но требует затрат кислорода, водорода и перекиси водорода. Технологическое оформление обоих методов не является сложным. Вопросы коррозии имеют более важное значение в первом методе. Возможно варьирование методов производства. Экономических показателей различных методов производства глицерина в литературе почти не приводится.

Схема 1. Схема методов синтеза глицерина

2. Получение глицерина через хлористый аллил и эпихлоргидрин

Процесс получения глицерина по описываемой схеме слагается из 3-х последовательных стадий:

1) высокотемпературное хлорирование пропилена;

2) гипохлорпрование хлористого аллила, полученного на первой стадии;

3) омыление эпихлоргидрина, полученного на второй стадии процесса.

Сырьем для производства глицерина по описываемой схеме (схема 2) служат сжиженный пропилен с содержанием не менее 98% С₃Н₆ и жидкий хлор, обеспечивающий содержание С1₂ в хлоргазе не менее 99% по объему.

Жидкий пропилен из емкости 2 смешивается в смесителе 3 с рецир кулирующим пропиленом и через брызгоуловитель 4 поступает в подогреватель 5, где нагревается топочными газами до 340--370°С. Хлор-газ, полученный испарением жидкого хлора, из буфера 1 поступает вместе с нагретым пропиленом в реактор 6 через смеситель, смонтированный над реактором.

В реакторе протекает основная реакция получения хлористого аллила

СН₂=СН - СН₃+С1₂ >СН₂ = СН-СН₂С1+НС1

и побочные реакции:

образования 1,3 -- дихлорпропилена

СН₂ = СН - СН₃ + 2С1₂ > СНС1= СН - СН₂С1,

2 -- хлориропилена

СН₂ = СН - СН₃ + С1₂ - СН₂ = ССl - СН₃ + НСl

в реакции образования 1--хлорпропилена; 3,3--дихлорпропилена, полихлорпдов, смолы и кокса. Наличие в системе нескольких реакторов позволяет периодически очищать их без нарушения непрерывности работы всей установки.

Быстрое охлаждение реакционных газов в холодильнике 31 увеличивает выход хлористого аллила, подавляя побочные реакции, и способствует выделению смолы и кокса. В ректификационной колонне 7, орошаемой охлажденным до 25°С жидким пропиленом, отделяют пропилен и хлористый водород, которые поступают в абсорбер 8, орошаемый водой. Образующаяся при этом соляная кислота стекает в сборник 33 и выводится из системы. Окончательное улавливание хлористого водорода производится в скруббере 9 циркулирующим раствором едкого натра. Пропилен, выходящий сверху скруббера 9, нагнетается компрессором 38 в смеситель 3, пройдя предварительно холодильник 30. Продукты хлорирования пропилена, вытекающие из ректификационной колонны 7, подаются центробежным насосом в колонну для отгонки низкокипящих функций 12, которые через дефлегматор-холодильник 10 и фазоразделитель 11 выводятся из системы. В ректификационной колонне 13 происходит отделение хлористого аллила от дихлорпропана и полихлоридов, затем они выводятся снизу колонны. Хлористый аллил, пройдя дефлегматор 14 и холодильник 15, собирается в сборнике 19.

Для проведения процесса гипохлорирования хлористый аллил спускается в реактор 26, в который подается раствор хлорноватистой кислоты, приготовленной взаимодействием хлора и воды в хлораторе 16.

Основной реакцией, протекающей в реакторе 26, является получение 1,3 -- дихлоргидрина по уравнению

СН₂ = СН - СН₂Сl + НОСl > СН₂С1 -- СНОН--СН₂С1,

происходит также образование 2,3--дихлоргидрина

СН₂ = СН -- СН₂С1 + НОС1 > СН₂ОН - СНС1+СН₂С1,

трихлорпропана

СН₂ = СН - СН₂С1 + С1₂ > СН₂С1 - СНС1 - СН₂С1,

благодаря присутствию растворенного хлора в растворе хлорноватистой кислоты и других побочных продуктов.

Реакционная масса из реактора 26 сливается в разделительный сосуд 27, откуда верхний водный слой поступает па орошение хлоратора 16, а нижний слой спускается в реактор 37. Взаимодействием с гидратом окиси кальция в реакторе при температуре но выше 60°С образуется эпихлоргидрин по уравнению:

2СН₂С1 - СНОН -- СН₂С1 + Са(ОН)₂ >2^сн2-сн - СН₂С1+СаС1₂

О

Продукты реакции поступают в отпарную колонну 39, из которой острым паром отгоняется водно-эпихлоргидриновая азеотропная смесь, поступающая затем через дефлегматор 20, сборник 21 в ректификационную колонну 28 для получения 98% эпихлоргидрина, который через дефлегматор 22 собирается в сборник 29.

В реакторе 40 эпихлоргидрин гндролизуется 10%-пым раствором едкого натра, поступающим из напорного бака 23. Основная реакция гидролиза

CH₂ - CH - CH₂Сl + NaOH + H₂0 > СН₂ОН -- CHOH - CH₂OH + NaCl.

О

Реакционная масса из сборника 41 поступает в систему вакуум-выпарных аппаратов 24, обогреваемых паром через выносные кипятильники 43. Вакуум в системе выпарных аппаратов создается работой барометрического конденсатора 25 и ротационного вакуум-компрессора, сообщенного с буфером и водоотделителем 17. Образующаяся в результате реакции поваренная соль периодически выводится снизу выпарных аппаратов. Товарный глицерин из сборника 44, планированного никелем, выпускается потребителю.

Основные параметры производства

Отношение свежего пропилена к рециркулирующему перед входом в смеситель 3 равно 1 :3

Температура в подогревателе 5 340--370°С

Отношение пропилена к хлору перед входом в реактор 6 4--5 : 1 по объему

Температура в реакторе 490--510°С

Содержание хлористого аллила в реакционных газах около 80%

Концентрация образующейся в абсорбере 8 соляной кислоты около 30%

Продукт, поступающий в сборник 19, содержит хлористого аллила 99,5%

Температура в реакторе 26 30--38°С

Реакционная смесь из реактора 26 содержит 1-3 -- дихлоргидрина 9192%

Температура в реакторе 37 не выше 60°С

Концентрация эпихлоргидрина в сборнике 29 не менее 98%

Содержание глицерина в товарном продукте 99,5% (сборник 44) не менее 99%

Выход глицерина на израсходованные пропилен и хлор 75--80%

Схема 2. Технологическая схема производства глицерина через хлористый аллил и эпихлоргидрин

Обозначения на схеме 2: 1, 18 - буферы; 2 -- емкость, 3 -- смеситель, 4 -- брызгоуловитель, 5 -- подогреватель, 6, 26, 37, 40 -- ректификаторы, 7, 13, 28 -- ректификационные колонны, 8 -- абсорбер, 9 -- скруббер, 10, 14, 20, 22 --холодильники дефлегматоры, 11 -- фазоразделитель, 12--колонна отгона низкокипящих фракций, 15,30, 31--холодильники, 16--хлоратор, 17--водоотделитель, 19, 21, 29, 33, 34, 41, 42--сборники, 23 -- напорный бак, 24 -- выпарные аппараты, 25 -- барометрический конденсатор, 27 -- разделительный сосуд. 32, 35, 36, 42, 43 --выносные кипятильники, 38 -- компрессор, 39 -- отпарная колонна

3. Производство глицерина окислением аллилового спирта

Получение глицерина прямым окислением пропилена в акролеин с последующим гидрированием его в аллиловый спирт, затем окислением этого спирта перекисью водорода осуществимо по описываемой ниже схеме (Схема 3).

Пропиленовая фракция из цеха получения нагнетается в буфер 20, из которого компрессором подается в смеситель 1. Здесь она смешивается с водяным паром и поступает в контактный аппарат 2. В него же вводится кислород, подаваемый компрессором из цеха его получения.

В контактном аппарате трубчатого типа с водяным охлаждением расположен катализатор -- закись меди, нанесенная на носитель с высокой теплопроводностью. Основная реакция, протекающая в контактном аппарате, соответствует уравнению

Н

С₃Н₆ + 0₂ > СН₂ = СН - С = 0 + Н₂0.

Продукты реакции охлаждаются в холодильнике 15. Непрореагировавший пропилен и инертные газы отделяются в газосепараторе 17 и циркуляционным компрессором подаются в линию нагнетания свежего пропилена в смеситель 1. Часть пропилена для избегания накопления инертов в циркуляционном газе сбрасывается через огнепреградитель в атмосферу.

Жидкая фаза из газосепаратора 17 стекает в сборник 21, откуда центробежным насосом подается в ректификационную колонну 3. Из кубовой части этой колонны выпускаются смолообразные продукты окисления, которые выводятся из системы как отход. Пары акролеина, выходящие из колонны, конденсируются в дефлегматоре 4. Часть образовавшегося конденсата является флегмой и возвращается в колонну.

Остальная часть проходит через газосепаратор 5, откуда газовая фаза сбрасывается в атмосферу после соответствующего выделения из нее акролеина (на схеме но указано). Акролеин охлаждается в холодильнике 6 и собирается в сборнике 22. Из этого сборника дозировочным насосом акролеин подается через теплообменник 16 в реактор гидрирования 7. В него же подается газодувной водород.

В этом реакторе акролеин гидрируется в аллиловый спирт по реакции

Н

СН₂ = СН - С = 0 + Н₂ > СН₂ = СН -- СН₂ОН.

Продукты реакции, выходящие из реактора гидрирования, проходят теплообменник 16 и поступают в газосепаратор 18. Газовая фаза, содержащая, в основном, избыточный непрореагировавший водород, направляется на очистку водорода, после чего он возвращается в цикл. Аллиловый спирт собирается в сборнике 23. Окисление аллилового спирта протекает в трубчатых контактных аппаратах 9 и 12 в жидкой фазе. Из сборника 23 аллиловый спирт подается в контактный аппарат 9, куда из мерника 8 подается катализатор -- раствор вольфрамата натрия и из мерника 10 -- раствор перекиси водорода. Продукты реакции насосом частично возвращаются через расширитель 11 в аппарат 9, остальное количество поступает в контактный аппарат 12, в котором также происходит циркуляция реакционной жидкости.

В контактных аппаратах протекает реакция образования глицерина

СН₂ = СН - СН₂ОН + Н₂0₂ > СН₂ОН - СНОН - СН₂ОН

Для извлечения катализатора WO₃ продукты реакции пропускаются через фильтр 24, заполненный ионообменной смолой, которая периодически отправляется на регенерацию с целью извлечения катализатора. Водный раствор глицерина из сборника 25 подается в выпарной аппарат 13, работающий под вакуумом, создаваемым барометрическим конденсатором 14 и вакуум-насосом. Полученный в выпарном аппарате глицерин поступает в сборник 26 и направляется па дистилляцию. Обогрев выпарного аппарата 13 производится с помощью кипятильника 19.

Основные параметры производства

В контактный аппарат поступает водяного пара немного больше, чем пропилена

Отношение пропилена к кислороду по весу 4: 1

Температура в контактном аппарате 300 -- 400°С

Давление 1 -- 10 атм.

Катализатор -- закись меди на карборунде

Выход акролеина по пропилену 86%

Температура верха ректификационной колонны 52--54°С

Катализатор окисления -- раствор 0,2% первольфрамовой кислоты в двунормальном растворе перекиси водорода.

Общее количество катализатора в реакционной массе около 2%

Температура в контактных аппаратах 60 -- 70°С

Выход глицерина на аллиловый спирт 80 -- 90%

Выход глицерина на пропилен 50 -- 60%

глицерин синтез спирт

Обозначения на схеме 3:1 -- смеситель, 2 -- контактный аппарат, 3 -- ректификационная колонна, 4 -- дефлегматор, 5, 17, 18 -- газосепараторы, 6, 15 -- холодильники, 7 -- реактор гидрирования, 8, 10 -- мерники, 11 -- расширитель, 9, 12 -- контактные аппараты окисления, 13 -- выпарной аппарат, 14 -- барометрический конденсатор, 16 теплообменник, 19 -- кипятильник, 20--буфер,21, 22. 23, 25, 26 -- сборники, 24 -- фильтр.

Литература

1. Гольдштейн Р., Химическая переработка нефти, Иниздат, 1952.

2. Фейгин А. Л. Нефтехимическая промышленность капиталистических стран ,ЦНИИТЭНЕФТЬ, 1957.

3. Юкельсон И. И., Технология основного органического синтеза, ГХИ, 1958.

4. Эстль М., Продукты химической переработки нефти, Гостоптехиздат, 1959.

5. Сергеев П. Г., Виноградов А. А., Букреева Л. М., Химическая наука и промышленность, т. I, № 3, 281, 1956.

Размещено на Allbest.ru