О-хлорстирол

2

О-хлорстирол

• Введение. 2
• 1. Свойства о-хлорстирола. 3
• 2. Стадии синтеза о-хлорстирола: 6
• 3. Установки для проведения синтеза о-хлорстирола и его промежуточных продуктов. 11
• 4. Очистка и идентификация полученного вещества. 17
• 5. Техника безопасности при получении и хранении о-хлорстирола. 19
• Выводы. 22
• Список использованной литературы. 23
• Введение.
• В настоящее время существующие в различных химических производствах, антикоррозионной технике, машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности прокладочно-уплотнительные, конструкционные и защитные коррозионно-, озоно-, и термостойкие резины, пла-стмассы, парониты, эбониты, асборезины, пентапласты и т.п. материалы уже не отвечают возросшим требованиям промышленности.
• Эти материалы обладают низкой коррозионной и термической стойкостью, быстро набухают и разрушаются а агрессивных средах, загрязняют эти среды, меняют их цвет и рассчитаны на длительную эксплуатацию не выше 70 - 90°С, в то время как многие современные химические процессы уже проводятся при 100 - 200°С и выше.
• Поэтому одним из заданий химической промышленности и науки было создание новых коррозионностойких материалов. Эти материалы получают сополимеризацией этилена или пропилена с бромированными и хлорированными производными бензола. Поэтому и вызывает интерес методика получения о-хлорстирола, который может быть использован к качестве сополимера для производства таких коррозионностойких материалов. О-хлорстирол также находит применение как растворитель органических веществ, красок и лаков.
• Главной задачей данной работы будет рассмотреть процесс получения о-хлорстирола из наиболее легкодоступного на данный момент сырья - природного газа (метана). В работе мы рассмотрим последовательность химического синтеза данного вещества, условия его получения.
• Свойства о-хлорстирола.
• О-хлорстирол является производным ароматических веществ. В соей молекуле он содержит бензольное кольцо. К бензольному кольцу присоединен атом хлора в ортоположение.
• О-хлорсирол также называют: 2-хлорстирол, 2- хлорвинилбензол.
• Химическая формула вещества: C8H7Cl
• Молекулярная масса: 138.6
• Структурная формула вещества приведена ниже:
• По физическим свойствам о-хлорстирол - это желтая жидкость, довольно вязкая, с резким неприятным запахом. При сгорании образует токсичные газы , включая хлористый водород, фосген. Вещество при определенных условиях образует перекиси, приводящие к началу взрывной полимеризации. Вещество может полимеризоваться.
• Рассмотрим физические свойства о-хлорстирола.
• Таб.1. физические свойства о-хлорстирола.

Свойства	Величина
Температура кипения	188.7°C
Температура плавления	-63.2°C
Относительная плотность (вода = 1)	1.1
Растворимость в воде	очень плохая
Давление паров, кПа при 25°C	0.13
Относительная плотность пара (воздух = 1)	4.8
Относительная плотность смеси пар/воздух при 20°C (воздух = 1)	1.01
Температура вспышки	58°C

• Мы рассмотрели основные физические свойства о-хлорстирола. Коснемся также его основных химических свойств. Его химические свойства обусловлены наличием в молекуле о-хлорстирола ароматического ядра и ненасыщенной группы. Как представитель ароматических соединений о-хлорстирол будет вступать во все реакции присущие ароматическим соединениям. Он будет реагировать с водородом, галогенами, галогеноводородами с получением циклических насыщенных соединений.
• С водородом о-хлорстирол реагирует, вступая в еракцию присоединения водорода:
• Но в молекуле о-хлорстирола есть также ненасыщенная группа, которая является высокореакционной и может вступать в реакции окисления до галогенокислот, вступать в реакции присоединения водорода, галогенов и галогеноводородов, но такая реакция будет конкурировать с реакцией присоединения водорода бензольным ядром. Реакция окисления легко проходит при действии окислителей:
• Также возможна полимеризация о-хлорстирола:
• В результате реакции мы получим полихлорстирол. Как полимер он не имеет большого значения и используется только как сополимер для получения бутадиенхлорстирольных и других каучуков.
Стадии синтеза о-хлорстирола:
Синтез о-хлорстирола состоит из нескольких последовательных стадий, в процессе синтеза мы получим ацетилен, бензол, стирол и другие органические вещества. Сам процесс синтеза схематически изображен на рисунке (рис. 1).
рис. 1.
Как видно из рисунка 1 синтез о-хлорстирола включат в себя такие последовательные синтезы:
а. Синтез ацетилена из метана;
б. Синтез бензола из ацетилена;
в. Синтез этилбензола из бензола и этилена;
г. Синтез стирола из этилбензола;
д. Синтез о-хлорстирола.
Этапы г) и д) могут быть различными для разных видов производств, их можно менять в зависимости от условий.
В дальнейшем мы рассмотрим последовательно каждый из указанных процессов, условия его проведения, используемые катализаторы, температуры реакции.
а) синтез ацетилена из метана, его условия;
Наиболее распространенным видом углеводородного сырья есть природный газ, который на 95 - 98 % состоит из метана. Современная органическая химия должна выходить из того, что в будущем именно природный газ (метан) станет основным сырьем для органического синтеза.
Уже сейчас широко применяются методы получения ацетилена из природного газа - метана. Для этого применяют электрокрекинг, который проходит по уравнению:
Струю метана пропускают между электродами при температуре 1600° С и быстро охлаждают, чтобы предотвратить разложение ацетилена. Также разработан термоокислительный крекинг (неполное окисление метана кислородом воздуха)
В реакции используют теплоту частичного сгорания ацетилена. Но в данной реакции мы получаем больше продуктов и выделение ацетилена из них более сложно, чем в случае электрокрекинга.
б) синтез бензола;
ацетилен при температуре красного каления вступает в реакцию тримеризации и в результате мы получим бензол. Эту реакцию открил еще в ХІХ веке М. Бертло.
Н. Д. Зелинский и Б. А. Казанский показали, что Даная реакция значительно лучше проходит при более низких температурах и каталитическом воздействии активированного угля:
Даная реакция получения бензола еще не имеет большого распространения из-за существования более дешевых методов получения его, например из отходов коксирования угля и нефтепеработки.
в) синтез этилена из ацетилена;
Для получения стирола необходим этилен, который можно довольно легко получить, выходя из ацетилена и водорода. Ацетилен как ненасыщенный углеводород легко вступает в реакцию присоединения водорода. Реакция каталитическая, катализатором может быть платина или свинец. При использовании платины и большом количестве водорода в смеси, возможно, получение не только этилена, но и этана, тогда как при применении свинцового катализатора реакция будет продолжаться только до получения этилена.
Реакция проводится при температуре около 300°С.
г) синтез стирола из бензола и этилена;
Рассмотрим процесс синтеза этилбензола из бензола. Продуктами этого синтеза будут бензол и этилен, получение которых мы рассмотрели выше. Реакция проходит за уравнением:
Синтез этилбензола алкилированием бензола этиленом осуществляют, применяя катализаторы на основе хлорида алюминия, фторида бора, фосфорной кислоты или цеолитов. Использование низких концентраций катализатора позволяет проводить процесс в жидкой фазе (катализатор суспензирован или растворен). Процесс проводят при и давлении 0,3-1,0 МПа. В оптимальных условиях проведения процесса селективность получения этилбензола 99%. При проведении процесса очень важно не допускать избытка этилена в реакторе, так как это приводит к образованию диэтил- и полиэтилбензолов. Расход АІСІ3 составляет 0,25 г на тонну этилбензола. Алкилирование бензола олефинами - типичная реакция электрофильного замещения.
В современной химической технологии используют также процесс производства стирола выходя из пропилена и этилбензола:
В результате этой реакции кроме стирола получают и довольно ценный оксид пропилена, который используют в других химических производствах. Рассматриваются также и возможности получения стирола в одностадийном процессе путем окислительного алкилирования бензола в присутствии ацетата палладия при 80°С и давлении 2,15 МПа:
д) синтез стирола из этилбензола.
Для получения стирола проводят дегидратацию этилбензола. Она проходит согласно уравнения реакции:
Процесс проводят в присутствии катализатора. Наибольшее применение нашли катализаторы на основе оксида железа. Оптимальная температура при работе на этих катализаторах - , равновесный выход стирола не превышает 40-50 %. Для более полного превращения этилбензола в стирол понижают парциальное давление паров этилбензола, разбавляя его водяным паром (массовое отношение водяной пар : этилбензол 2,5 - 3 : 1).
е) хлорирование стирола.
Группу -СН=СН2 в молекуле стирола можно отнести к заместителям первого рода. Они имеют электронодонорные свойства.
При хлорировании стирола в отсутствии катализаторов галоген присоединится к боковой цепи согласно правила Бельштейна.
Если надо ввести галоген в ароматическое ядро, то используют катализаторы. Катализаторами выступают: FeCl3, AlCl3, SbCl3, SbCl5. роль катализатора заключается в создании положительного иона галогена, который осуществляет электрофильное замещение в бензольном ядре. В присутствии FeCl3 хлорирование идет по схеме:
FeCl3 + СІ2 =
В данной реакции мы получим не только о-хлорстирол, но и п-хлорстирол, который изомерен первому. Выход данных продуктов реакции будет равен между собой и составит 50%.
Установки для проведения синтеза о-хлорстирола и его промежуточных продуктов.
Рассмотрим процесс алкилирования бензола и получение этилбензола.
Рис. 2. Принципиальная схем алкилирования бензола на твердых катализаторах:
1 - теплообменник;
2 - реактор;
3 - холодильник;
4 - газосепаратор;
5, 6, 7 - ректификаторы,
а - бензол;
б - оборотный бензол;
в - олефин;
г -смесь бензола и олефина;
д - неконденсирующиеся газы;
в - жидкий алкилат;
ж - моноалкилбензол;
з - диалкилбензолы;
и - кубовый остаток.
Технологическая схема алкилирования бензола на твердом гетерогенном катализаторе, например цеолите, довольно несложна (рис. 2) [4, 5]. По этой схеме непрореагировавшие бензол и диэтилбензол возвращаются на алкилирование, а кубовый остаток может служить топливом и вместе с отходящими газами обеспечивает потребности установки в топливе (на 60%). В процессе отсутствуют отходы, катализатор не вызывает коррозии и не загрязняет окружающей среды.
Однако, пока что во всем мире наиболее широко в качестве катализаторов применяют комплексные соединения хлорида алюминия с ароматическими углеводородами, несмотря на такие их существенные недостатки, как необходимость осушки сырья, образование хлористого водорода и хлорида натрия при промывке и нейтрализации алкилата, коррозия аппаратуры и необходимость очистки сточных вод. Использование в большей мере хлорида алюминия вызвано и тем, что он является катализатором не только алкилирования, но и диспропорционирования, что снижает выход неизбежно образующихся при алкилировании ди- и полиалкилпроизводных. На практике используют жидкий катализаторный комплекс - хлорид алюминия в диэтилбензоле или в полиалкилбензольных фракциях, получаемых при алкилировании. Действие хлорида алюминия усиливается сокатализаторами, в качестве которых используют хлороводород или небольшие количества воды. Однако, чтобы избежать разложения катализатора, бензол тщательно сушат перед подачей на алкилирование.
Принципиальная схема процесса с использование катализаторных комплексов приведена на рисунке 3.
Рис. 3. Принципиальная схема получения этилбензола при использовании катализаторного комплекса.
1 - колонна обезвоживания,
2 - сепаратор,
3 - реактор;
4 - газосепаратор,
5 - сепаратор для отделения катализаторного комплекса;
6 - блок приготовления свежего катализаторного комплекса;
7 - система промывки алкилата;
8, 9,10 - ректификационные агрегаты;
а - исходный бензол;
б - азеотропная смесь вода + бензол;
в - вода;
г - обезвоженный бензол;
д -газы;
е - циркулирующий катализаторный комплекс;

Страницы: 1, 2




---