Лабораторна робота "Дослідження процесів синтезу капролактаму" - Хімія та технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу

Найважливішим прикладом промислового застосування реакцій конденсації циклічних кетонів з азотутримуючими основами, є виробництво оксимів, які далі перегруповують у лактами:

Полімеризація лактамів, що йде з розкриттям циклу, дає гетероланцюгові лінійні полімери.

Полімер капролактаму має високу молекулярну масу порядку (8...25)103. Завдяки цінним властивостям полімер дуже широко використовується у виробництві волокон, деталей у машинобудуванні, різних виробів народного споживання.

Оксимування циклогексану

Процес ведуть при атмосферному тиску у водяних розчинах і тому зручно використовувати розчинні у воді солі основ (його сульфат і гідрохлорид).

Реакція є зворотною, екзотермичною (118 кДж/моль). Вона має другий порядок і реакція середовища істотно впливає на ступінь оксимування:

Таблиця 7

РН

2

3

5

6.4

Х, %

65.0

88.0

97.8

99.5

Спочатку утворюється сіль оксиму. Для його виділення потрібно зв'язати сильну кислоту. При її нейтралізації відбувається також виділення теплоти.

Через високу швидкість хімічної реакції і гетерофазність процесу на нього сильно впливають дифузійні фактори. Це потребує інтенсивного перемішування суміші. Завжди використовують підвищену температуру і надлишок гідроксиламіну. У промисловості використовують протиточний принцип двохступінчатої взаємодії.

У трьохгорлий реактор поміщають 0.6 моля солянокислого гідроксиламіну (або сірчанокислого), розчиненого в 100 мл води, потім добавляють 0.5 моля циклогексанону. Суміш нагрівають на водяній бані до 80 0С. Потім підігрів виключають і з краплинної лійки повільно додають 15%-ний розчин аміаку. Температура при цьому збільшується до 90-95 0С за рахунок тепла реакції. Швидкість подачі аміаку регулює швидкість реакції. Його подачу припиняють, коли реакція середовища стає слабко лужною. Перемішують ще 1 годину.

Перед стадією нейтралізації варто розрахувати об'єм використаної луги, щоб почати визначення середовища в районі точки еквівалентності. При охолодженні нейтралізованої маси верхній шар кристалізується. Кристали можуть утворитися й у нижньому шарі.

Відділену на лійці Бюхнера тверду фазу треба обов'язково промити холодною водою. Циклогексаноноксим являє собою тверду речовину білого кольору, що утворюється з добрим виходом. Характеризує його чистоту температура плавлення. Його попередньо треба добре просушити у ексикаторі (ТПл=88.6 0С).

Необхідно розрахувати мольний вихід продукту на кетон, %.

Для синтезу достатньо брати 0.15 моля циклогексанону.

Бекманівське перегрупування

Для процесу використовують увесь оксим, отриманий у першій стадії. Він повинен бути сухим і мілко здрібненим.

Процес проводять в міцній сірчаній кислоті, що є реагентом, каталізатором і середовищем. Реакція сильно екзотермічна (235 кДж/моль), а її швидкість росте з підвищенням кислотності середовища і температури.

Масове відношення моногідрату до оксиму повинно дорівнювати 2...3. Використання розведеної (до 75%) Н2SO4 дозволяє проводити реакцію в більш м'яких умовах. Кількість кислоти при цьому відповідно зростає. Послідовність перетворень описують рівняннями:

Температура процесу повинна бути в межах 90...1300 С. Добре перемішування і відвід теплоти (банею) істотно важливі, тому що можливі викиди реакційної маси, вибухи. Працювати необхідно в захисних окулярах!

Загальний час взаємодії при середній температурі 110 0С дорівнює 1 годині.

Потім суміш обережно прохолоджують до 20 0С і розраховують кількість нейтралізатора (30%-ного розчину NaOH або концентрованої аміачної води). Починають виділяти капролактам із сильно кислої суміші за допомогою луги, яку обережно добавляють з крапельної лійки. Ця проста стадія потребує особливої уваги: виділяється велика кількість теплоти, а температура реакційної суміші не повинна перевищувати 20 0С при доброму перемішуванні. Інакше якість капролактаму буде погана. При необхідності використовують лід. Нейтралізацію проводять до слабко лужної реакції по лакмусу

Виділення й очищення капролактаму.

З нейтралізованої суміші виділяють на лійці Бюхнера кристали солі. Їх промивають 25 мл розчинника. З фільтрату розчинником екстрагують капролактам 3 рази по 30 мл у ділильні лійці. Як розчинник можна використовувати трихлоретилен, чотирьоххлористий вуглець, толуол, хлороформ.

Потім із всього органічного екстракту капролактам можна бути виділити відгоном розчинника (спочатку при атмосферному тиску до 100 0С), а потім - під вакуумом.

Таблиця 8

Р, кПа

101.3

43.3

15.6

4.0

1.6

0.66

T, 0С

262

230

200

160

140

122

Більш чистий продукт утворюється при реекстракції капролактаму з органічного розчинника водою. Використовують три витяжки по 35 мл води. Їх об'єднують і упарюють на киплячій водяній бані. Випарка значно пришвидшується під вакуумом. Отриманий твердий капролактам зважують, визначають мольний вихід на використаний циклогексаноноксим і температуру плавлення. Він являє собою безбарвну кристалічну речовину жирну при торканні.

Вдалий вибір методу виділення капролактаму і старанність роботи багато в чому визначають успіх другої стадії синтезу.

Похожие статьи




Лабораторна робота "Дослідження процесів синтезу капролактаму" - Хімія та технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу

Предыдущая | Следующая