Примеры методов увеличения селективности химических процессов - Разработка технологической схемы получения анизола и крезола

Один из способов повысить селективность - это правильно подобрать катализатор. Рассмотрим этот метод, на примере получения анизола и крезола. Анизол и крезол активно используется в промышленности и сельском хозяйстве. Анизол (метоксибензол) используют, как растворитель для полиграфической и лакокрасочной промышленности, для производства катализаторов, продуктов полимеризации, синтеза присадок к маслам и топливам, пластификаторов и медицинских препаратов. Например, инсектицид метоксихлор (4,4-диметоксидифенилтрихлорметилметан), получаемый конденсацией анизола с хлоралем, является малотоксичным и высокоэффективным препаратом. Кроме того это один из немногих эффективных препаратов для борьбы с колорадским жуком.

При разработке промышленной технологии получения анизола возникает ряд проблем, кроме подбора наиболее селективного катализатора, нужно использовать дорогостоящие и токсичные соединения, исследовать влияния основных параметров на показатели процесса, определить оптимальный технологический режим, изучить механизм реакции. Поэтому широкое применение анизола ограничивается недостаточным объемом промышленного производства. Преобладающая часть известных способов получения анизола имеет препаративное значение.

Наибольший практический интерес представляет процесс алкилирования фенола метанолом, который в зависимости от условий метилирования может быть осуществлен в жидкой или паровой фазе. Предпочтение отдается второму варианту как экономически выгодному и простому в аппаратурном оформлении. Как оказалось самое непростое здесь, это подбор катализатора. Результаты исследований каталитической активности различных образцов оксидных и фосфатных катализаторов в реакции синтеза анизола алкилированием фенола метанолом приведены в таблице 1.1:

К первой группе относится активированный цеолит NaX, на котором наблюдается наиболее высокий выход анизола. Ко второй - оксид алюминия, фосфаты циркония и титана, однако последние два катализатора менее активны и дезактивируются в процессе работы. Наконец, на оксидах магния, железа и ванадия в рассмотренных условиях анизол практически не образуется.

Из всех исследованных катализаторов наибольшую активность в реакции синтеза анизола проявляет активированный NaX катализатор, поэтому он и был выбран для разработки процесса.

Исследование закономерностей процесса алкилирования фенола метанолом на активированном цеолите NaX проводили при температуре 220 - 380 0С, объемной скорости 0,1 - 2,0 ч-1 и молярном отношении фенол : метанол в сырье 1: (1 - 8). Катализатор начинает проявлять активность в реакции метилирования фенола при 220 - 240 0С. Повышение температуры до 320 0С приводит к увеличению конверсии фенола, селективность образования эфира при этом сохраняется на уровне 96% (мол.), т. е. анизол является практически единственным продуктом реакции.

Так же изменение соотношения реагентов, может случить методом повышения селективности. Рассмотрим в качестве примера получение диэтиленгликоля.

Диэтиленгликоль реже используется в качестве антифриза по сравнению с этиленгликолем. Однако скорее это связано не с тем, что он имеет менее подходящие для этой цели свойства (температура замерзания водных растворов и другие характеристики различаются не столь значительно) а с тем, что этиленгликоль является более привычным и доступным продуктом для объема его производства больше. При этом в некоторых случаях применение диэтиленгликоля в смеси этиленгликолем позволяет получать антифризы с более высокими эксплуатационными свойствами.

Диэтиленгликоль используется в качестве избирательного (селективного) растворителя с целью экстракции различных веществ из нефти и нефтепродуктов, таких как ксилол, толуол, бензол, т. к. хорошо растворяет ароматические углеводороды и не способен к растворению парафиновых и нафтеновых углеводородов. Благодаря более высокой растворимости диэтиленгликоль предпочтительней этиленгликоля для этих целей. При этом получаются продукты высокой степени чистоты.

Благодаря высокой гигроскопичности диэтиленгликоль широко используется для удаления водяных паров из газов, прокачиваемых по трубопроводам. Удалять водяные пары необходимо с целью предотвращения образования в трубопроводах конденсата и ледяных пробок. Также с помощью диэтиленгликоля можно очищать газы и от других примесей, например сероводорода и углекислого газа.

Диэтиленгликоль (дигликоль) применяется в качестве сырья при синтезе различных полимерных материалов: ненасыщенных полиэфирных смол, щелочестойких алкидных смол, термостойких и огнестойких полиуретанов, а также используется при синтезе различных модифицирующих компонентов для полимерных материалов: пластификаторов, стабилизаторов, антиоксидантов, активаторов полимеризации, отвердителей эпоксидных смол.

Наиболее распространенной технологией производства дигликоля являются: совместный его синтез с этиленгликолем. В качестве исходных реагентов используются окись этилена и вода.

Технология представляет собой не что иное, как обычную технологию получения этиленгликоля по реакции гидратации окиси этилена, в которой всегда вместе с этиленгликолем получается и дигликоль. При этом варьируя соотношение исходных реагентов можно получать различный выход этих продуктов. Так, например, при мольном соотношении воды и окиси этилена 17:1 соотношение получаемых этиленгликоля и диэтиленгликоля составляет 10:1. А при соотношении воды и окиси этилена 14:1 выход диэтиленгликоля составляет уже 20%. Дальнейшее уменьшение доли воды в реакционной смеси не приводит к увеличению выхода диэтиленгликоля, так как в этих условиях наряду с ним в заметных количествах образуются триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль и другие более высокомолекулярные гликоли [10].

Анализ литературы показал, что существуют различные методы повышения селективности. В основном они все связаны с подбором катализатора или изменением условий проведения процесса в реакционном узле. В литературе практически отсутствует информация о возможном использовании рециркуляции для повышения селективности. В связи с этим целью данной работы является использование рециркуляции для повышения селективности процессов на примере получения анизола и крезола.

Похожие статьи




Примеры методов увеличения селективности химических процессов - Разработка технологической схемы получения анизола и крезола

Предыдущая | Следующая