Фенол

При окислительном хлорировании с катализатором, состоящим из окиси  алюминия, пропитанной раствором  хлорной меди, в контактном аппарате протекают реакции образования  хлорбензола:

 

4НС1+0₂ →2С1₂+2Н₂0,

С₆Н₆ + С1₂ → С₆Н₅С1+НС1

 

В результате побочных реакций  образуется также некоторое количество полихлорбензолов, окиси углерода и углекислого газа.

Реакционная смесь орошается  в парциальном конденсаторе 4 бензолом и водой из сборника 39. Сконденсировавшиеся хлорбензол, бензол, полихлориды, хлористый водород и вода спускаются в сепаратор 40. Верхний слой жидкости, состоящий в основном из хлорбензола, подается центробежным насосом вниз нейтрализационной колонны 35, орошаемой 10-12%-ным раствором щелочи из напорного бака 3. Нейтрализованный хлорбензол промывается водой в колонне 6 и стекает в сборник 41. Пары, поднимающиеся из нейтрализационной колонны 35, конденсируются в конденсаторе 5. Газовая фаза сбрасывается через фазоразделитель 7. Отслоившийся бензол уходит сверху сепаратора 8, снизу его вытекает в сборник 39 вода с небольшой примесью бензола.

Из сборника 41 хлорбензол центробежным насосом подается в дистилляционную колонну 9, предварительно нагреваясь в конденсаторе 12. Выходящие из верхней части пары бензола конденсируются в конденсаторе 10, конденсат направляется в сборник обратного бензола. Кубовая жидкость колонны 10 центробежным насосом подается в дистилляционную колонну 11 для отделения от полихлорбензолов. Пары хлорбензола конденсируются в конденсаторе 12. Окончательная конденсация и охлаждение конденсата происходит в конденсаторе-холодильнике 13. Конденсат собирается в сборнике 44, откуда частично подается на орошение колонны 11. Кубовый остаток из колонны 11, состоящий в основном из полихлорбензолов, перекачивается центробежным насосом в колонну 15 для окончательной отгонки хлорбензола от полихлорбензолов. Пары хлорбензола конденсируются в конденсаторе-холодильнике 13; образовавшийся конденсат поступает в сборник 44. Полихлорбензолы выпускаются из кубовой части колонны 15 в сборник 45 и выводятся из системы. Дистилляционные колонны 9, 11 и 15 обогреваются кипятильниками 42, 43 и 46.

Хлорбензол из сборника 44 и кислая вода из сепаратора 40 центробежными насосами подаются на орошение конденсационной башни 18, в которой происходит отмывка хлористого водорода от продуктов пиролиза. Вода и хлорбензол испаряются и вместе с парами, проходящими через башню, поступают для нейтрализации следов соляной кислоты в колонну 32, орошаемую горячим раствором едкого натра. Циркуляция щелочи в колонне идет через сборник 52.

Азеотропная смесь паров воды, хлорбензола, фенола и инертные газы направляются в фенольный скруббер 21, орошаемый горячей водой. Вытекающая из скруббера вода с некоторым содержанием фенола собирается в сборнике 53 и центробежным насосом через холодильник 54 подается в экстракционную колонну 22. Паровая фаза с температурой 90—95°С выходит из скруббера 21 сверху, подогревается в подогревателе 20 и циркуляционным турбокомпрессором через теплообменник 30 нагнетается в перегреватель 36. В перегревателе паровая фаза, представляющая собой азеотропную смесь паров воды и хлорбензола, нагревается до температуры 420°С и поступает на вторую стадию процесса—каталитический гидролиз- Контактный аппарат для гидролиза—трубчатый. Катализатор—комплексная соль диаммоний фосфата и хлорной меди—помещается между перфорированными трубками двух диаметров. В контактном аппарате 28 протекает основная реакция

 

С₆Н₅С1+Н₂0 → С₆Н₅ОН+НС1.

 

В результате побочных реакций  на катализаторе отлагается углерод  в виде сажи с примесью смолы, активность катализатора при этом понижается, поэтому требуется его регенерация, заключающаяся в выжигании углерода горячим воздухом. Чтобы избежать периодичности в работе всей стадии гидролиза, устанавливается несколько контактных аппаратов 28 (на схеме показан один аппарат). Реакционная масса из контактного аппарата 28 проходит через теплообменник 30 и поступает в скруббер 31 для улавливания хлористого водорода. Орошается скруббер 5%-ной соляной кислотой из сборника 50, в который она поступает из конденсационной башни 18 после охлаждения в холодильнике 51. Образовавшаяся в скруббере 31 соляная кислота, содержащая некоторое количество фенола, охлаждается в холодильнике 49, стекает в сборник 48 и подается центробежным насосом в напорный бак 14. Из него соляная кислота стекает в экстракционную колонну 16, вниз которой поступает бензол из напорного бака 17. Обесфеноленная соляная кислота собирается в сборник 47. Бензол с содержанием фенола выходит сверху экстрактора и направляется на промывку. Вниз экстракционной колонны 22 поступает бензол из напорного бака 19. Бензольный раствор фенола собирается в сборник 55, из которого центробежным насосом подается в напорный бак 23. Обесфеноленная вода после удаления из нее бензола (на схеме не показано) направляется на орошение скруббера 21. Из напорного бака 23 бензольный раствор фенола поступает в кипятильник 33. Бензол отгоняется в ректификационную колонну 24, орошаемую бензолом, идущим со склада; пары бензола уходят в перегреватель 36. Кубовый остаток из кипятильника и колонны 24, состоящий из сырого бензола, собирается в сборник 56, откуда центробежным насосом направляется в колонну 60 на дистилляцию. В этой колонне пары бензола отбираются сверху, конденсируются в конденсаторе 25, конденсат частично возвращается на колонну в виде флегмы, частично выводится из системы после барометрического затвора. Кубовая жидкость из колонны 60 подается в колонну 26. Пары фенола конденсируются в конденсаторе 29. Через барометрический затвор товарный фенол поступает в сборник 59 и выводится из системы. Орошение дистилляционной колонны 26 производится фенолом, поступающим со склада. Обогрев колонны 60 и 26 осуществляется паром через кипятильники 57 и 58.

Основные параметры  производства

Температура паро-газовой смеси перед поступлением

в контактный аппарат 37 около 210°С

Температура в контактном аппарате 250°С

Катализатор—хлорная медь на окиси алюминия.

За проход около 7% бензола превращается в хлорбензол.

Температура в парционном конденсаторе 105°С

Температура в контактном аппарате 28 420°С

Катализатор—комплексная соль диаммоний фосфата и хлорной меди.

Цикл работы контактного  аппарата 28 4 часа

1) рабочий цикл 3 часа,

2) продувка паром в  цикл 10 мин,

3) продувка воздухом 40 мин,

4) продувка паром в  атмосферу 10мин.

Концентрация возвратной соляной кислоты 17—18%

Температура паров в аппаратах 3, 8, 21 не менее 90—95°С

 

 

Схема 3. Технологическая  схема производства фенола окислительным  хлорированием бензола

Обозначения на схеме 3:

1—смеситель паров,

2, 3, 14, 17, 19, 23—напорные баки,

4—парциальный конденсатор,

5, 10, 12, 25, 29—конденсаторы,

6—промывная колонна,

7—фазоразделитель,

8, 40—сепараторы,

9, 11, 15, 26, 60—дистилляционные колонны,

13— конденсатор-холодильник,

16, 29— экстракционные колонны,

18— конденсационная башня,

20—подогреватель,

21—фенольный скруббер,

24 —ректификационная колонна,

27—испаритель,

28, 57—контактные аппараты,

30— теплообменник,

31,35—скрубберы,

32-нейтрализационная колонна,

33, 42, 43, 46, 57, 58— кипятильники,

36— перегреватель,

35—фильтр, 

39, 41, 44, 45, 47, 48, 50, 52, 53, 55, 56, 59- сборники,

34, 61 —барометрические затворы,

49, 51, 54—холодильники.

 

4.ПРОИЗВОДСТВО  ФЕНОЛА ЧЕРЕЗ ИЗОПРОПИЛБЕНЗОЛ

 

(Схема 4)

Описываемый метод производства используется для одновременного получения  двух важных технических продуктов: фенола и ацетона. Это производство, состоящее из двух фаз,

1) окисления изопропилбензола,

2) разложения гидроперекиси  изопропилбензола осуществляется  следующим образом.

Изопропилбензол из сборника 18 вместе с катализатором, идущим во всасывающую линию центробежного насоса, подается через подогреватель 13 в колонну окисления 2. В ней протекает основная реакция получения гидроперекиси изопропилбензола. Реакция окисления изопропилбензола имеет цепной характер.

Суммарно это выражается уравнением:

 

С₆Н₅-С₃Н₇+0₂ → С₆Н₆С(СН₃)₂- О – ОН

 

В реакционной массе, кроме  образовавшейся перекиси изопрепилбензола и непрореагировавшего изопропилбензола, присутствуют продукты побочных реакций—дпметилфенилкарбинол, ацетофенон α —метилстирол, метиловый спирт, диметилдифенилбутан и др.

Газовая фаза, содержащая пары изопропилбензола, выводится из колонны 2 сверху. В конденсаторе 1 и холодильнике 7 происходит конденсация паров и охлаждение сконденсировавшегося изопропилбензола, увлеченного газовой фазой. Реакционная масса, выходящая снизу колонны окисления, отдает свое тепло в подогревателе изопропилбензола 13 и поступает в дистилляционную колонну 14, где происходит отделение части непрореагировавшего изопропилбензола, пары которого конденсируются в холодильнике 3. В дистилляционной колонне 15 окончательно отделяется непрореагировавший изопропилбензол, пары его конденсируются в холодильнике 4. Изопропилбензол после холодильников 3 и 4 снова возвращается на окисление, поступая в сборник изопропилбензола 18. Дистилляционные колонны 14 и 15 работают под вакуумом. Гидроперекись изопропилбензола после охлаждения в холодильнике 16 собирается в сборнике 19. Разложение ее осуществляется в реакторе 8 по реакции:

 Н₂SO₄

 

С₆Н₅С(СН₃)₂—О—ОН → C₆H₆OH + CH₃-CO-CH,

 

Катализатором разложения служит серная кислота, которая подается во всасывающую линию циркуляционного  насоса и вместе с циркуляционной жидкостью поступает в реактор. Реакционная масса из реактора 8 проходит в холодильник 9, так как все тепло реакции в реакторе снять не удается. Охлажденная реакционная масса частично с помощью центробежного насоса снова направляется в реактор, а частично поступает в нейтрализатор 20, где нейтрализуется 15%-ным раствором щелочи. Нейтрализованная реакционная масса из сборника 21 центробежным насосом подается в колонну ректификации реакционной массы 5 для отделения ацетона, пары которого конденсируются в дефлегматоре 6. Конденсат частично возвращается в колонну в виде флегмы, частично собирается в сборнике ацетона 10. Из кубовой части колонны 5 вытекает жидкость, состоящая из фенола и продуктов побочных реакций процесса, в собирается в сборнике 22. Центробежным насосом жидкость из него подается на ректификационную колонну 11. Пары α —метилстирола, воды и небольшого количества фенола конденсируются в дефлегматоре 6 и направляются на отделение α —метилстирола (на схеме не показано). Из кубовой части колонны 11 вытекает фенол-сырец, который собирается в сборнике 23. Получение товарного фенола производится в ректификационной колонне 12. Пары фенола отбираются сверху колонны. Полученный в конденсаторе 6 конденсат частью отбирается в сборник 24 как готовый продукт—товарный фенол, частью идет на орошение колонны 12. Кубовый остаток, состоящий из смеси дпметилфенилкарбинола, ацетофенона и других примесей, выводится из системы и направляется на дальнейшее разделение. Обогрев ректификационных колонн 5, 11, 12, работающих под вакуумом, осуществляется с помощью кипятильников 17.

Основные параметры  производства

Температура в колонне  окисления изопропилбензола 120^°С

Окисление производится воздухом.

Температура в колонне 14 вверху 38—60°С

Температура в колонне 14 в кубе 82 —85°С

Температура в колонне  дистилляции 15 92—95°С

Остаточное давление в  колонне дистилляции 10 мм рт. ст.

Катализатор разложения гидроперекиси  серная кислота

Выход фенола и ацетона—в  соотношении 3 : 2 (по весу)

 

 

Схема 4. Технологическая  схема производства фенола через  изопропилбензол

 

На схеме 4 обозначено:

1—конденсатор,

2—колонна окисления,

3, 4, 7, 9, 16 – холодильники,

5—колонна ректификации реакционной массы,

6—дефлегматор,

8—реактор,

10—сборник ацетона,

11- ректификационная колонна,

12 – колонна ректификации фенола,

13- подогреватель,

14,15 – дистилляционные колонны

17— кипятильник,

18—сборник изопропилбензола,

19-сборник гидроперекиси изопропилбензола,

20-нейтрализатор,

21- сборник нейтрализованной реакционной массы,

22- сборник кубовой жидкости,

23—сборник сырца-фенола.

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Грибов А.А. и Касаткин Н.М., Основные процессы в производстве полупродуктов, ОНТИ, 1936.

2. Амиантов Н.И., Химия и технология полупродуктов и красителей, ГХИ, 1947

3. Вольфкович С.И., Роговин 3 А., Общая химическая технология, т. 2, ГХИ, 1959.

4. Frank-Vogel, Die Herslellung von Zwischenprodukten und Farbstoffen, Halle. 1955.

5. Воронноп H.H., Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей, ГХИ, 1955

6. Кружалов Б.Д., Сергеев П.С, Производство фенола и ацетона, Химическая наука и промышленность, 3, том 1, 1956.

7. Основы технологии нефтехимического синтеза под редакцией А.И. Динцесан, Л.А. Потоловского, Гостоптехиздат, 1960.