7.6.3. Синтезы на основе оксида углерода. Производство метанола. Теоретические основы процесса.

Метанол – бесцветная жидкость (t_кип = 65С) с запахом, подобным запаху этанола. Смешивается в любых соотношениях с водой и многими органическими жидкостями. Он горюч, дает с воздухом взрывоопасные смеси (6,0-34,7%) и представляет большую опасность в связи с высокой токсичностью. Является сырьем для получения формальдегида и полимеров на его основе, используется для получения сложных эфиров (метилметакрилат, диметилфталат, диметилсульфат) и применяется как метилирующий агент (синтез метиламинов), используется как растворитель, компонент моторных топлив и экстрагент.

Теоретические основы процесса.

Реакция получения метанола

экзотермична и обратима.

В качестве катализаторов используют оксидные цинк-хромовые (ZnO Cr₂O₃), медь-хромовые (CuO Cr₂O₃) и цинк-медь-хромовые катализаторы. Механизм образования метанола представляют схемой

Побочными реакциями, осложняющими процессы, являются реакции образования диметилового эфира

высших спиртов

метана

и диоксида углерода

Обоснование выбора параметров процесса.

Температура является фактором увеличения производительности процесса, однако с ее ростом равновесие основной реакции смещается в нежелательную левую сторону. Это обусловливает экстремальный характер зависимости производительности от температуры. Кроме того, с ростом температуры возрастает удельный вес реакций метанообразования. Это особенно нежелательно, т.к. накопление метана в реакционном потоке в результате многократной рециркуляции приводит к снижению производительности процесса из-за разбавления реагентов и смещения равновесия в левую сторону. Учет всех приведенных факторов обусловливает необходимость выбора оптимальной температуры, сочетающей высокую производительность процесса с благоприятными условиями для равновесия и минимальным образованием побочных продуктов. На практике при использовании активных катализаторов на основе CuO Cr₂O₃ и ZnO CuO Cr₂O₃ с добавками промоторов работают в диапазоне температур 250 - 300С.

Давление является фактором смещения равновесия в сторону целевого продукта и фактором увеличения производительности процесса. Однако с ростом давления увеличиваются энергозатраты на компримирование. Поэтому используются оптимальные давления, сочетающие высокую производительность процесса при относительно невысоких энергозатратах. При использовании указанных катализаторов диапазон оптимальных давлений составляет 5-10 МПа. Следует при этом учитывать, что давление является фактором, взаимозаменяемым с температурой. Так, увеличение температуры и вызываемое этим смещение равновесия в сторону реагентов требует одновременно и повышение давления.

7.6.4. Производства фенола. Кумольный способ получения фенола и ацетона. Сравнительная характеристика методов получения фенола. Теоретические основы процесса, выбор параметров и реакционных узлов. Технологическая схема процесса.

Фенол С₆Н₅ОН представляет собой кристаллическое вещество (t_пл=42⁰С, t_кип=181,4⁰С) В свежеперегнанном виде он бесцветен,. Но при хранении приобретает глубокий оранжевый или красный цвет.

Основные направления его применения – производство фенолоальдегидных полимеров, синтетических волокон капрон и нейлон, эпоксидных полимеров и поликарбонатов. Его используют также в качестве промежуточного продукта в производстве красителей, лекарственных и взрывчатых веществ, гербицидов. Алкилированием фенола получают антиокислительные присадки и промежуточные продукты для синтеза неионогенных ПАВ.

Наиболее прогрессивным способом получения фенола является кумольный, основанный на реализации следующих стадий:

1. Окисление изопропилбензола (кумола) в гидропероксид

2. Разложение получаемого гидропероксида на фенол и ацетон

Суммируя уравнения (1) и (2) получаем результирующее уравнение процесса

Можно видеть, что в правой части суммарного уравнения (3) фигурируют только фенол и ацетон, которые являются ценными товарными продуктами. С другой стороны, в этом процессе требуется дешёвое и доступное сырьё (изопропилбензол и воздух). Это и делает кумольный способ получения наиболее экономичным среди всех известных способов получения фенола.

Рассмотрим основные закономерности протекания стадий окисления и разложения гидропероксида изопропилбензола.