|
|
| Химия и технология производства 2–нафтола щелочным плавлением |
|
тносительная легкость проведения процесса сплавления со щелочами зависит в значительной степени от большей или меньшей подвижности сульфогруппы в том или ином соединении и характеризуется температурой, при которой скорость замещения сульфогруппы гидроксигруппой становится наибольшей. Так, в бензолсульфокислоте и ее гомологах сульфогруппа сравнительно мало подвижна и поэтому плавка протекает в жестких условиях (300--340 °С). В нафталин-1-сульфокислотах сульфогруппа более подвижна, и щелочное плавление в этих случаях ведут при более низких температурах (160--250 °С).При проведении щелочного плавления аминосульфокислот необходимо учитывать возможность побочных реакций -- гидролиз аминогруппы с выделением аммиака и замещение аминогруппы гидроксигруппой. К нитросульфокислотам метод щелочного плавления не применяется. В этом случае при высоких температурах возможно протекание окислительно-восстановительных процессов из-за наличия в молекуле нитрогруппы.Как указано ранее, введение электроноакцепторной группы приводит к увеличению подвижности сульфогруппы, а введение электронодонорной группы -- к уменьшению ее подвижности, поэтому в полисульфокислотах сульфогруппа более подвижна, чем в моносульфокислотах (8). Введение в молекулу нафталинсульфокислоты второй сульфогруппы, как, например, в соединении (9), значительно (в 10--20 раз) увеличивает скорость замещения сульфогруппы. Гидроксинафталинсульфокислоты (10), образующиеся в реакции щелочного плавления, реагируют значительно медленнее не только дисульфокислот, но и соответствующих моносульфокислот.Так, в нафталин- 1,5-дисульфокислоте (158) за счет электроно-акцепторного действия сульфогруппы уменьшена электронная плотность у атома углерода, у которого находится вторая сульфогруппа, что облегчает взаимодействие с гидроксид-ионом. Ионизированная гидроксигруппа, наоборот, увеличивает электронную плотность в ароматическом кольце, что затрудняет присоединение гидроксид-иона к атому углерода кольца. Вследствие этого подбором условий щелочной плавки в нафталинполисуль-фокислотах можно заместить только одну гидроксигруппу. При плавлении, например, нафталин-1,5- и нафталин-2,7-дисульфокислот в качестве основных продуктов реакции можно получить соответственно 6-гидроксинафталин-1-сульфокислоту (азуриновую кислоту) и 7-гидроксинафталин-2-сульфокислоту. Таким образом, регулируя температуру проведения реакции, а также концентрацию щелочи можно управлять ходом реакции щелочного плавления.Введение достаточного количества воды в плав позволяет поддерживать реакционную массу в жидком состоянии при относительно низких температурах. Однако добавление воды в реакционную массу хотя не меняет основного направления реакции щелочного плавления, но резко снижает ее скорость. Поэтому водные растворы щелочи более удобно применять для частичной замены сульфогруппы в полисульфокислотах. Так получают из нафтплин-1,5-дисульфокислоты 5-гидроксинафталин-1-сульфокислоту (схема 11). Методом щелочного плавления в автоклаве с высокими выходами можно получать гидроксисоединения (например, фенол, -нафтол) из моносульфокислот. Процесс проводят в жестких условиях (>300°С, 10 МПа). Получение фенола может быть осуществлено непрерывным способом; в этом случае водный раствор щелочи и соль бензолсульфокислоты под давлением при 350--370 °С пропускают через аппарат трубчатого типа.Аппараты для щелочного плавленияВ зависимости от метода в процессах щелочного плавления перерабатываются жидкие или твердые (сыпучие) вещества.Консистенция реакционной массы в этих процессах различна, в зависимости от характера обрабатываемых веществ и условий процессов. В процессах щелочного плавления при атмосферном давлении реакционная масса может представлять собой жидкость или суспензию различной консистенции достаточно подвижную, вязкую или тестообразную массу в зависимости от свойств, сплавляемых веществ. Так, при плавлении бензолсульфоната натрия образуется жидкая подвижная реакционная масса, которую можно размешивать мешалкой любого типа. В процессе плавления ? - нафталинсульфоната натрия получается довольно вязкая жидкая реакционная масса, размешивание которой возможно лишь мощными лопастными или якорными мешалками.В процессе сплавления с сульфидирующими агентами (растворы сернистого натрия или полисульфидов натрия) реакционная масса имеет консистенцию достаточно подвижной жидкости или суспензии, с небольшим содержанием твердых частиц. В этих случаях для размешивания пригодны мешалки любого типа. Процессы сульфидирования, проводимые под давлением, также приводят к образованию достаточно подвижной реакционной массы. При сульфидированин методом запекания, которое проводится с участием молекулярной серы, как и в процессах щелочного плавления, проводимого методом запекания, получаются твердые продукты реакции или жидкие, но настолько вязкие, что размешивание реакционной массы иногда становится невозможным. Следует отметить, что в процессах щелочного плавления не требуется Интенсивное перемешивание; так как в данном случае оно не является фактором, способствующим взаимодействию ингредиентов. Перемешивание используется в этих процессах для некоторого улучшения условий их проведения, т. е. для очистки стенок аппарата от налипающей на них массы и суспендирования незначительного количества твердых взвешенных частиц, что позволяет предотвратить местные перегревы и пригорание реакционной массы. Поэтому реакционную аппаратуру в ряде случаев снабжают мешалками, обеспечивающими неэнергичное перемешивание массы.Температура процессов щелочного плавления колеблется в пределах 150--450° и в реакционной массе часто присутствует значительное количество воды. Это обусловливает возможность проведения указанных процессов различными методами. В процессе, проводимом при атмосферном давлении, из реакционной массы испаряется значительное количество воды; следовательно, требуемая температура в аппарате может быть достигнута лишь после окончания испарения, т. е. в результате подвода больших количеств тепла. Если же процесс проводится под давлением, требуемая температура достигается гораздо быстрее и с меньшей затратой тепла.Необходимо подчеркнуть, что методы щелочного плавления под давлением имеют ряд существенных достоинств. Щелочное плавление малоконцентрированных растворов под давлением протекает более гладко вследствие большей подвижности реакционной массы и с большим выходом, поскольку в закрытых аппаратах продукты плавления не окисляются на поверхности реакционной массы, соприкасающейся с воздухом. Процессы щелочного плавления протекают с выделением довольно большого количества тепла, однако если они проводятся при атмосферном давлении, необходимо не охлаждение, а нагревание реакционной массы для испарения воды, требующего большого расхода тепла.Рассматриваемые процессы при достаточно высокой температуре протекают с очень большой скоростью. Время, необходимое для завершения процесса, практически зависит от скорости подвода к реакционной массе тепла, которое расходуется на испарение воды и нагревание ингредиентов до требуемой температуры. Поэтому аппаратура должна иметь развитую поверхность нагрева и конструировать эти аппараты следует с учетом возможности максимальной интенсификации теплообмена. С этой точки зрения процессы под давлением (переработка безводных ингредиентов) имеют большие преимущества по сравнению с прочими методами щелочного плавления, потому что при щелочном плавлении под давлением не происходит испарения воды и, следовательно, расход тепла при проведении процесса минимален.Реакционная масса, перерабатываемая в аппаратах для щелочного плавления, имеет щелочной характер. К. воздействию щелочных сред устойчивы сталь и чугун, особенно легированные. Вследствие высокой температуры процессов щелочного плавления износ чугунных и стальных аппаратов увеличивается. Присадка хрома повышает жаростойкость и прочность чугунных отливок, присадка никеля увеличивает их щелочеустойчивость.Реакционная масса, образующаяся в процессах сульфидирования, по химическим свойствам соответствует растворам щелочи, сернистого натрия или полисульфидов натрия. Органические соединения, содержащиеся в реакционной массе, при выборе материала аппаратуры можно не принимать во внимание, так как воздействие их на металлические детали аппаратов весьма незначительно. Как показывает опыт действующих заводов, аппараты из черных металлов в большинстве случаев достаточно стойки к действию растворов щелочей, сульфидов и полисульфидов натрия и могут служить в течение 2--7 лет при условии более частой замены некоторых быстроизнашивающихся деталей.Более сильному коррозионному воздействию подвергаются части аппаратов, непосредственно соприкасающиеся с газовой фазой. Газовая фаза реакционной массы содержит SО2. В этих условиях наиболее быстро разрушаются те части аппаратуры, которые также соприкасаются с газовой фазой.Резюмируя изложенное, можно сделать вывод, что для процессов щелочного плавления наиболее пригодны реакционные аппараты следующих типов:1) аппараты, работающие при атмосферном давлений, в виде котлов с мешалками соответствующей конструкции (эти аппараты называются в технике плавильными и варочными котлами);2) аппараты, работающие при атмосферном давлении и применяемые при обработке твердых ингредиентов;3) аппараты, работающие под давлением.Выбор мешалок и их характеристикаАппараты с перемешивающими устройствами применяют для самых различных процессов. Однако, несмотря на разнообразие технологических целей, для которых применяется перемешивание, большинство из них сводится к улучшению тепло- и маcсообмена, получению равномерных смесей нескольких жидкостей, жидкости и твердого тела, жидкости и газа. Основная задача перемешивания - равномерное распределение вещества или температуры в перемешиваемом объеме. Иногда перемешивание служит для эмульгирования одной жидкости в другую или диспергирования твердой фазы, а иногда для создания высоких скоростей среды около теплообменных поверхностей с целью интенсификации теплообмена.В нашем случае используют фаолитовую мешалку, стальной вал которой защищен фаолитом т.е. мешалка с антикоррозионном защитой.2.3 Получение -нафтолаСинтез -нафтола путем сульфирования нафталина и последующего щелочного плавления (схема 12) является единственным промышленным методом его получения.H2SO4 Na2SO3 NaOHC10Н8 C10Н7 SO3H C10Н7 SO3NaH2O SO2, H2O Na2SO3 H2OSO2, H2OC10Н7 ONaC10Н7 OH (12)Na2SO3Производство 2-нафтола включает стадии щелочного плавления ? - соли (рис.2; Приложение А), подкисления раствора нафтолята натрия (рис.3; Приложение А.1) и очистки 2-нафтола (рис.4; Приложение А.2). ? - соль для производства 2 - нафтола берут в готовом виде.Условия процессов и выбор основного оборудованияУсловия нуклеофильного замещения сульфогруппы гидроксид-ионом малоблагоприятны: вследствие ионизации сульфогруппы понижена электронная плотность в реакционном центре, и необходимо взаимодействие двух отрицательных ионов АгSОз - и.НО-; в итоге реакция характеризуется высокой энергией активации (140--200 кДж/моль) и протекает при высоких температурах (до 300--380o С).В промышленности тонкого органического синтеза реализованы два вида щелочного плавления -- открытая плавка и закрытая плавка, различающиеся по условиям проведения процесса и аппаратурному оформлению. Выбор вида (способа) щелочной плавки определяется реакционной способностью исходной ароматической сульфокислоты (подвижности сульфогруппы) и возможностью протекания побочных реакций.Открытая плавка проводится для моносульфокислот в ряду бензола и нафталина при температурах 300--350°С и концентрации щелочи 80--85%. Основной аппарат (плавильный котел) имеет связь с атмосферой, что и определило название этого вида щелочного плавления. В плавильном котле могут происходить предварительное упаривание щелочного агента до достижения его регламентированной концентрации и отгонка воды при температуре выдержки. Жесткие условия открытой плавки определяют выбор материала плавильных котлов (чугун и сталь с обязательными добавками никеля для увеличения устойчивости к концентрированной щелочи и хрома -- для повышения стойкости к перепадам температур) и периодическую организацию процесса. Срок службы плавильного котла при открытой плавке составляет 2--3 года.Высокая температура реакционной массы при щелочном плавлении, достаточно большие потери тепла при отгонке воды и теплоизлучении с поверхности аппарата даже при положительных значениях теплового эффекта процесса требуют только подвода тепла, что при открытой плавке может быть достигнуто обогревом топочными газами, парами ВОТ, электрообогревом.Одним из существенных факторов, влияющих на ход процесса и качество конечного продукта, является качество исходных солей сульфокислот и щелочей. Они должны быть по возможности свободны от примесей минеральных солей, так как последние при плавке не растворяются в расплавленной (концентрированной) щелочи, приводят к комкованию реакционной массы, что препятствует перемешиванию и способствует местным перегревам и пригоранию к стенкам плавильного котла. Полностью должно быть исключено присутствие в щелочи хлоратов, взаимодействие которых с продуктами может привести к взрыву. Этим требованиям отвечает плавленый гидроксид натрия, который поставляется на предприятия в стальных барабанах [40-- 42%-й раствор едкого натра (едкий каустик) со стадии электролиза хлорида натрия может содержать минеральные примеси, и его лучше использовать при проведении закрытой щелочной плавки].Скорость щелочного плавления чувствительна к концентрации щелочи, поэтому для каждого процесса регламентируется избыток щелочного агента (загрузка составляет 2,1--3,0 моль на 1 моль моносульфокислоты). Вторым регламентным показателем является содержание щелочи в плаве в конце процесса, что используется при аналитическом контроле. Избыток щелочи и температура выдержки при f плавке взаимосвязаны. Например, плавка натриевой соли бензолсульфокислоты дает 95%-й выход фенолята натрия при 30-минутной выдержке и температуре 320° С с применением 55%-го избытка гидрок-сида натрия. Повышение температуры до 350° С позволяет закончить плавку при выдержке в течение 15 мин и применении только 5--10%-го избытка щелочи.
Страницы: 1, 2, 3
|
|
|
|
© 2003-2013
Рефераты бесплатно, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент. |
|
|
