Фенол

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1.ПРОИЗВОДСТВО ФЕНОЛА  ЧЕРЕЗ БЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТУ

2.ПРОИЗВОДСТВО ФЕНОЛА  ЧЕРЕЗ ХЛОРБЕНЗОЛ

3.ПРОИЗВОДСТВО ФЕНОЛА  ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ ХЛОРИРОВАНИЕМ БЕНЗОЛА

4.ПРОИЗВОДСТВО ФЕНОЛА  ЧЕРЕЗ ИЗОПРОПИЛБЕНЗОЛ

ЛИТЕРАТУРА

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Фенол С₆Н₅ОН—бесцветное кристаллическое вещество со специфическим запахом, температурой плавления 43°С, температурой кипения 181°С, удельным весом 1,071.

Фенол применяется в производстве красителей, пластмасс, синтетического волокна—капрона. Поэтому получение  фенола только из каменноугольной смолы  не могло бы покрыть всех потребностей его в промышленности.

Известны следующие методы получения синтетического фенола.

Метод щелочного плавления  наиболее старый, требующий большого расхода серной кислоты на сульфирование  бензола и каустика для последующего сплавления бензолсульфонатриевой  соли.

Метод получения фенола путем  хлорирования бензола и последующего омыления хлорбензола раствором  едкого натра возможно осуществить при достаточном количестве дешевой электроэнергии для производства хлора и каустика. Недостатками метода являются применение высокого давления (около 300 атм.) и значительная коррозия аппаратуры.

Метод Рашига не требует расхода других видов сырья, кроме бензола и медно-железного катализатора, но конверсия бензола за проход не превышает 20%. Коррозия аппаратуры значительна.

Разложение гидроперекиси  изопропилбензола является более новым  методом получения фенола. Схема  производства его довольно сложная, так как состоит из производства гидроперекиси путем алкилирования бензола пропиленом с последующим окислением изопропилбензола воздухом и образованием гидроперекиси его. Положительным фактором этого метода является получение одновременно с фенолом другого важного продукта— ацетона.

 

1. ПРОИЗВОДСТВО  ФЕНОЛА ЧЕРЕЗ БЕНЗОЛСУЛЬФОКИСЛОТУ

 

(Схема 1)

Процесс получения фенола слагается из следующих стадий:

1) сульфирования бензола  с получением бензолмоносульфокислоты,

2) нейтрализации сульфурационной массы,

3) щелочного плавления, 

4) выделения фенола.

Сырьем для получения  бензолмоносульфокислоты является 95%-ный бензол и 96%-ная серная кислота. Серная кислота из мерника 18 поступает в реактор-сульфуратор 3, который нагревается до 150—160°С; бензол из мерника 1—в испаритель-подогреватель 2. Образующиеся в нем пары бензола с температурой 120—125°С направляются в сульфуратор, барботируя через слой кислоты. В сульфураторе протекают реакции:

основная — получение бензолмоносульфокислоты

 

C₆H₆+H₂S0₄ → C₆H₅SO₃H + H₂O;

 

побочные реакции:

1) образование сульфонов

 

С₆Н₅SО₃Н+С₆Н₆ → C₆H₅SO₂C₆H₆+H₂O;

 

2) образование метадисульфокислоты бензола

 

C₆H₅S0₃H+H₂S0₄ → C₆H₄(SO₃H)₂+H₂O.

 

Бензол для сульфирования  берется в пятикратном избытке. Пары не-прореагировавшего бензола проходят через брызгоуловитель 19, охлаждаются в холодильнике 20. Конденсат из холодильника 20 поступает в отстойник 21 для отделения бензола от воды, которая уносится из сульфуратора вместе с парами бензола. Бензол обрабатывается в нейтрализаторе 22 едким натром для удаления остатков серной кислоты и из сборника обратного бензола 24 передавливается в мерник для бензола 1. Продукты реакции из сульфуратора 3 периодически спускаются в нейтрализатор 4. Нейтрализация производится 25%-ным раствором сульфита натрия по реакции

 

2C₆H₅S03H+Na₂S0₃ → 2C₆H₅S0₃Na + S0₂+H₂0.

 

В реакционную жидкость добавляют  еще твердого сульфита натрия для  повышения концентрации раствора. Образовавшийся раствор бензолсульфоната стекает в сборник 5. Оттуда он подается в плавильный котел 6, в который из котла для плавки каустика 7 направляется расплавленный едкий натр. В плавильном котле при температуре 300°С протекает реакция

 

C₆H₅S0₃Na + 2NaOH → C₆H₅ONa + Na₂SO₃ +H₂0

 

Образовавшийся плав выпускают в гаситель 9, залитый холодной водой, для растворения фенолята. Сульфит натрия, вследствие меньшей растворимости, остается большей частью в осадке. Масса из гасителя выдавливается на центрифугу 10. Раствор фенолята поступает в сборник фенолята 11, затем передавливается в кристаллизатор для сульфита 12 , после чего сливается в подкислитель—котел для разложения фенолята 13. Расположение его производится сернистым газом, который поступает из аппарата 4, по реакции:

 

2C₆H₅ONa + S0₂ + Н₂0 → 2С₆Н₅ОН + Na₂S0₃

 

Образующийся сульфит  натрия передавливается в сборник раствора сульфита натрия 15, из которого поступает на нейтрализацию сульфурационной массы в нейтрализатор 4.

Фенол передавливается в отстойник для фенола-сырца 16, оттуда стекает в сборник фенола 17 и уходит на перегонку (на схеме не указано).

Основные параметры  производства

Температура в сульфураторе 150-160°С

Соотношение серной кислоты  и бензола при сульфировании 1:5

Температура в нейтрализаторе 100°С

Температура щелочного плавления 350°С

Температура в конце гашения (в апп. 9) 70-80°С

Температура подкисления 40-45°С

 

Схема 1. Технологическая  схема производства фенола через сульфокислоту

 

Обозначения на схеме 1:

1 — мерник для бензола,

2—испаритель-перегреватель,

3—сульфуратор,

4—нейтрализатор,

5—сборник для бензолсульфоната,

6—плавильный котел,

7— котель для плавления каустика,

8-печь,

9-гаситель,

10—центрифуга,

11—сборник фенолята,

12—кристаллизатор для сульфата,

13—котел для разложения фенолята,

14—ловушка для отходящих газов,

15-сборник для раствора сульфита,

16—отстойник для фенола-сырца,

17—сборник для фенола,

18—мерник для серной кислоты,

19—брызгоуловитель ,

20—холодильник,

21—отстойник,

22—нейтрализатор,

23—мерник для щелочи,

24—сборник обратного бензола.

 

2.ПРОИЗВОДСТВО  ФЕНОЛА ЧЕРЕЗ ХЛОРБЕНЗОЛ

(Схема 2)

 

Метод производства фенола хлорированием бензола в последующим  омылением образовавшегося при  этом хлорбензола щелочью достаточно хорошо освоен в области получения хлорбензола. Но омыление хлорбензола вызывает затруднения в аппаратурном оформлении процесса, вследствие применения высокого давлення и коррозии аппаратуры.

Сырьем для производства фенола по описываемой схеме являются хлорбензол, едкий натр, углекислый газ и гидрат окиси кальция.

Необходимый для процесса 15—20%-ный раствор едкого натра  готовится и смесителе 2, куда из напорных баков 3 в 7 подается свежий и циркуляционный растворы едкого натра. Хлорбензол в дифенилоксид, поступающие из напорных баков 4 и 6, смешиваются в смесителе 5. Каждый из этих растворов подается насосами высокого давления в подогреватель 7. Поступая в него по одному трубопроводу, растворы при этом хорошо смешиваются. Обогрев трубчатки подогревателя производится дымовыми газами, полученными при сгорании топливного газа. Смесь, нагретая в подогревателе до 350°С, поступает затем в трубчатый реактор 8 с омедненными внутри трубами во избежание коррозии.

В реакторе протекает основная реакция получения фенола

 

C₆H₅Cl+2NaOH → C₆H₅ONa + NaCl+H₂0

 

и побочные реакции образовании  дифенилоксида п оксидифенила:

 

C₆H₅ONa+C₆H₅Cl → (C₆H₅)₂O+NaCl;

2C₆H₅Cl+2NaOH →С₆Н₅С₆Н₄ОН+2NaCl+H₂0

 

Выход дифенилоксида в равновесном состоянии составляет около 10% от веса исходного хлорбензола. С целью уменьшения расхода хлорбензола на образование дифенилоксида в него добавляют некоторое количество дифенилоксида. Избыток дифенилоксида будет гидролизоваться в фенол по реакции:

 NaOН

 

(С₆Н₅)₂О + Н₂0 → 2С₆Н₅ОН

 

Поэтому вводимый в реакцию  хлорбензол более полно будет  превращаться в фенолят натрия и  расход его на побочные реакции уменьшится.

Реакция хлорбензола с  едким натром экзотермична. Тепла, выделяющегося при реакции, достаточно для поддержания необходимой температуры и, при хорошей теплоизоляции, компенсации потерь в окружающее пространство.

Продукты реакции охлаждаются  в змеевике испарителя 11, отдавая свое тепло на испарение воды и дифенилоксида, и дросселируются до атмосферного давления, поступая в полость испарителя. Отогнанный дифенилоксид с парами воды конденсируется в конденсаторе 9 в собирается в сборнике 14. После отделения от воды (на схеме не показано) дифенилоксид частично возвращается в напорный бак 6. Остальное количество идет на очистку и выпускается как готовый продукт, используемый в качестве составной части высокотемпературного органического теплоносителя.

Фенолят натрия стекает из испарителя в сборник 15, из которого центробежным насосом подается в скруббер 10.

Вниз этого скруббера  вводится углекислый газ для нейтрализации  фенолята по реакции:

 

2C₆H₅ONa+C0₂+H₂0 → 2C₆H₅OH+Na₂C0₃

 

Вытекающие из скруббера 10 продукты реакции расслаиваются в разделительном сосуде 12. Фенольный слой нейтрализуется серной кислотой в нейтрализаторе 16 и отбирается на разгонку с целью выделения товарного фенола. Нижний слой, из разделительного сосуда, подфенольная вода, обрабатывается в каустификаторе 17 гидратом окиси кальция. Образующийся при этом по реакции

 

Na₂C0₃+Ca(OH)₂ → CaCO₃+2NaOH

 

углекислый кальций отфильтровывается  на фильтрпрессе 18. Фильтрат упаривается в выпарном аппарате 13.

Выпавшая из раствора поваренная соль отфильтровывается на путч-фильтре 19.

Фильтрат, содержащий едкий  натр и некоторое количество фенола, перекачивается в напорный бак 1 для регенерированного едкого натра.

Основные параметры  производства

Концентрация едкого натра  в растворе перед смешением 15—20%

Отношение едкого натра и  хлорбензола в молях от 2,3: 1 до 2,5:1

Содержание дифенилоксида в смеси, поступающей в реактор 0—8%

Давление в подогревателе  и реакторе 8 200 атм.

Температура в подогревателе  и реакторе 350°С

Температура реакционной  массы перед дроссельным

вентилем у испарителя 150—200°С

Давление в испарителе около атмосферного

На 1 г фенола расходуется:

хлорбензола 1,5 т

едкого натра 0,61 г

углекислого газа (30%) 1690 м³

серной кислоты 0,07 т

 

Схема 2. Технологическая  схема производства фенола через  хлорбензол

 

Обозначения на схеме 2:

1, 3, 4, 6 – напорные баки,

2,5 – смесители,

7 – подогреватель,

8 – реактор,

9 – конденсатор,

10 – скруббер,

11 – испаритель,

12 – разделительный сосуд,

13 – выпарной аппарат,

14, 15, 19 – сборники,

16 – нейтрализатор,

17 – каустификатор,

18 – фильтр-пресс.

фенол химический вещество бензол

 

3. ПРОИЗВОДСТВО  ФЕНОЛА ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ ХЛОРИРОВАНИЕМ  БЕНЗОЛА

 

(Схема 3)

По описываемой схеме  производство синтетического фенола состоит  из 2-х стадий:

1) окислительного каталитического  хлорирования бензола хлористым  водородом;

2) каталитического гидролиза,  получающегося на первой стадии  хлорбензола водяным паром.

Обе стадии процесса проводятся непрерывно в паровой фазе. Химизм получения фенола на первой стадии процесса выражается уравнениями:

 

С₆Н₆+0,5О₂+НС1 → C₆H₅Cl+H₂O,

С₆Н₅С1+Н₂0 → С₆Н₅ОН+НС1

 

Образовавшийся по реакции (2) хлористый водород возвращается на первую стадию процесса; расход его  определяется потерями в производстве, тогда как бензол и кислород непосредственно  расходуются на получение фенола по суммарной реакции:

 

С₆Н₆+0,5О₂ → С₆Н₅ОН

 

Для приготовления исходной реакционной смеси пары бензола, идущие из аппарата 24, поступают в перегреватель паров 36, обогреваемый путем сжигания газообразного топлива. Перегретые пары бензола поступают в среднюю часть смесителя паров 1.

Свежая и обратная соляная  кислота из напорного бака 2 поступает в испаритель 27. Образовавшиеся в нем пары соляной кислоты смешиваются в верхней части смесителя 1 с воздухом и в средней части с парами бензола. Получившаяся при этом паро-газовая смесь с температурой около 210°С поступает на хлорирование в трубчатый контактный аппарат 37, в межтрубном пространстве которого циркулирует высокотемпературный теплоноситель.