Оптимизация процесса получения фталевого ангидрида окислением нафталина

Фталевый ангидрид: [-- Image: Рисунок 25 --]Применяется в производстве красителей, глифталевых смол, пластификаторов, инсектицидов, лекарственных препаратов. Он является реагентом для обнаружения и титриметрического определения низших первичных и вторичных алифатических спиртов, а также для идентификации фенолов и фенольных смол. Фталевый ангидрид является крупнотоннажным продуктом. Его мировое производство превышает 2 млн. тонн, а ежегодный прирост продукции составляет 10 %. В США, Японии, западной Европе около половины производимого фталевого ангидрида расходуется на производство пластификаторов.

Любая курсовая работа нипочём для наших авторов.

. В производстве различных видов пластмасс также нашли применение эфиры фталевой кислоты (бутилоктилфталат, диизодецилфталати др.)[7]. Следующим по значению потребителем фталевого ангидрида является производство алкидных смол, используемых для покрытий и красок. В последние годы увеличивается производство полиэфирных смол на основе фталевого ангидрида. Более мелкими областями применения фталевого ангидрида является производство фталоцианиновых и антрахиноновыхкрасителей,тетрахлорфталевогоангидрида, используемого в качестве мономера для огнестойких алкидных смол. С участием фталевого ангидридапроизводятполимеры поликонденсацией его с глицерином, пентаэритритом и другими многоатомными спиртами.Метиловые и этиловые эфиры фталевой кислоты применяют как препараты для отпугивания кровососущих насекомых[6]. В настоящее время существует два основных способа синтеза фталевого ангидрида: 1) окисление нафталина и 2) окисление о-ксилола. Экспериментально метод окисления нафталина был выработан Волемв Германии и Гиббсом в США в 1916 г. Уже в 1919 г. в США производили фталевый ангидрид каталитическим окислением нафталина. А в 1929 г. годовое производство фталевого ангидрида в США составило 4155 тонн. До 50-х годов XX в. фталевый ангидрид получали только газофазнымкаталитическим окислением нафталина. Затем наряду с нафталином стали использоватьо-ксилол, относительная доля которого в сырьевой базе резко возросла. Таким образом, в Японии к 1970 г. второй способ синтеза фталевого ангидрида составил около 70 %. Синтез фталевого ангидрида из нафталина сталкивается с такими проблемами как недостаток сырья: ресурсы коксохимического нафталина недостаточны для обеспечения растущего производства, получение же нафталина из нефтяного сырья только начинает разрабатываться и внедряться[9]. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СИНТЕЗА ФТАЛЕВОГО АНГИДРИДА Фталевый ангидрид представляет собойтвёрдоекристаллическое вещество. Его температура плавления 130,8°С, температура кипения 284,5 °C, температура самовоспламенения 595 °C. Растворимость в холодной воде на уровне 0,6 %, в горячей воде гидролизуетсядо фталевой кислоты, легко растворим в спиртах, умеренно – в других органических растворителях. Как было отмечено выше, фталевый ангидрид можно получать неполным парофазнымокислением нафталина, а также на основе менее дорогого о-ксилола[5]: [-- Image: Рисунок 10 --] [-- Image: Рисунок 46 --] При производстве фталевого ангидрида из о-ксилоласхема превращений имеет вид: [-- Image: Рисунок 37 --] В данном случае при практически полной конверсии о-ксилоласелективность по фталевому ангидриду оказывается более низкой, чем приокислении нафталина, а выход малеинового ангидрида возрастает до 5 – 8 %, и на крупных установках становится экономически целесообразно выделять его из полученных смесей как второй товарный продукт. Наиболее подходящим катализатором окисления о-ксилолаявляется оксидныйванадийтитановыйконтакт, на котором выход фталевого ангидрида достигает 7- - 75 % при температуре 370 – 400 °C[6]. По технологии окисление нафталина и окисление о-ксилолааналогичны, и существуют установки, на которых можно перерабатывать оба вида сырья. Процесс ведут при атмосферном давлении и большом избытке воздуха (концентрация реагента 0,7 – 0,9 %). Превращение исходных продуктов во фталевый ангидрид сопровождается полным окислением углеводорода (нафталина или о-ксилола) с образованием побочных продуктов. При полном окислении нафталина в двуокись углерода и воду выделяется большое количество тепла (в производственных условиях 10 % от общего количества нафталина полностью окисляется): [-- Image: Рисунок 55 --] При неполном окислении нафталина происходит образование побочных продуктов. До 5 % из них приходится на долю малеинового ангидрида: [-- Image: Рисунок 58 --] В меньшей степени образуется 1,4 – нафтохинон: [-- Image: Рисунок 64 --] Кроме того, в реакционной смеси могут содержаться окись углерода и бензойная кислота. Эффективным катализатором для окисления нафталина является пятиокисьванадияV2O5. Она применяется либо в сплавленном виде, либо на инертном носителе, а также в смесях:10 % V2O5, 20 – 30 % K2SO4и 60 – 70 %SiO2. По Ворожцову Н.Н. и Гуревичу Д.А. роль катализатора заключается в переносе кислорода: окисляя углеводород, катализатор восстанавливается, а затем вновь окисляется и т.д[6]. В немецком патенте (1932) упоминались такие оптимальные условия окисления нафталина: 170 г нафталина (в смеси с воздухом) на 1 л контактного пространства в час. Марек приводит оптимальное соотношение воздуха к нафталину 6,5-кратный избыток его сравнительно с теоретически необходимым количеством для полного окисления нафталина в углекислый газ и воду.

ВЫВОДЫ Для парофазной гетерогенной реакции окисления нафталина с образованием фталевого ангидрида, которая протекает по параллельно-последовательному механизму, оптимальным является использование каскада реакторов РИС - РИВ. В таком случае снижается до минимума возможность образования промежуточного и побочного продукта, мешающего протеканию процесса окисления.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Бочкарев, В. В. Оптимизация технологических процессов органического синтеза: учебное пособие / В. В. Бочкарев. – Томск: Изд-воТомского политехнического университета, 2010. – 185 с. 2. Бочкарев, В.В., Ляпков А.А. Оптимизация химико-технологических процессов органического синтеза. Сборник примеров и задач. / В. В. Бочкарев, А. А. Ляпков. – Томск: Изд-во ТПУ, 2001. – 96 с. 3. Бюрель, К. Органические синтезы. Часть 2: Пер. с англ. Тетериной М.П. / К. Бюрель, Д. Пирсон. – М.: Мир, 1973. – 591 с. 4. Ворожцов, Н.Н. Основы синтеза промежуточных продуктов и красителей / Н. Н. Ворожцов. – М.: Гос. хим.-тех. изд-во, 1934. – 541 с. 5. Гитис, С. С. Практикум по органической химии: Органический синтез / С. С. Гитис, А. И. Глаз, А. В. Иванов. – М.: Высшая школа, 1991. – 308 с. 6. Гуревич, Д. А. Фталевый ангидрид. / Д.А. Гуревич. – М.: Химия, 1968. – 233 с. 7. Кери, Ф. Углубленный курс органической химии: Пер. с англ. В двух книгах / Кери Ф., Санберг Р. Под ред. В.М. Потапова. Книга вторая. Реакции и синтезы. – М.: Химия, 1981. – 456 с. 8. Лебедев, Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. / Н. Н. Лебедев. – М.: Химия, 1988. – 592 с. 9. Литвинцев, И. Ю. Процессы окисления в промышленной органической химии / И.Ю. Литвинцев // Соросовский образовательный журнал, Том 8, №1, 2004. – С. 24-31. 10. Смит, В. Органический синтез. Наука и искусство: Пер. с англ. / Смит В., Бочков А., Кейпл Р. – М.: Мир, 2001. – 573 с. 11. Соколов, В. З. Производство и использование ароматических углеводородов / В. З. Соколов, Г. Д. Харлампович. – М.: Химия, 1980. – 336 с.