Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634558)
Контекстум
.

Мономеры промышленного производства каучуков. Ч. 1 (110,00 руб.)

0   0
Первый авторШаталов Геннадий Валентинович
АвторыШестаков Александр Станиславович
ИздательствоИздательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
Страниц22
ID656197
АннотацияУчебно-методическое пособие подготовлено на кафедре высокомолекулярных соединений и коллоидов химического факультета Воронежского государственного университета.
Кому рекомендованоРекомендуется для студентов 5-го курса очного отделенияи 6-го курса очно-заочного отделения химического факультета.
Шаталов, Г.В. Мономеры промышленного производства каучуков. Ч. 1 / А.С. Шестаков; Г.В. Шаталов .— Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2012 .— 22 с. — 22 c. — URL: https://rucont.ru/efd/656197 (дата обращения: 19.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Мономеры_промышленного_производства_каучуков._Ч._1_.pdf
Стр.1
Стр.3
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Мономеры_промышленного_производства_каучуков._Ч._1_.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Г.В. Шаталов, А.С. Шестаков МОНОМЕРЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА КАУЧУКОВ Часть I Учебно-методическое пособие для вузов Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2012 1
Стр.1
Содержание Введение ............................................................................................................... 4 1. Олефиновые мономеры .................................................................................. 5 1.1. Этилен ....................................................................................................... 5 1.2. Пропилен ................................................................................................... 7 1.3. Изобутилен ............................................................................................... 8 2. Диеновые мономеры ....................................................................................... 9 2.1. Дивинил ..................................................................................................... 9 2.2. Изопрен ................................................................................................... 13 2.3. Хлоропрен ............................................................................................... 16 3. Виниловые мономеры с ароматическими и гетероциклическими заместителями ................................................................................................... 18 3.1. Стирол ..................................................................................................... 18 3.2. α-Метилстирол ....................................................................................... 19 3.3. Винилпиридины ..................................................................................... 20 Литература ......................................................................................................... 21 3
Стр.3
Синтез этилена из метана. В последнее время в нефтехимической промышленности наблюдается снижение добываемой нефти, используемой в качестве сырья. В связи с этим большое внимание уделяется поиску альтернативных видов сырья для производства мономеров. Одним из таких источников является природный газ. Получение этилена можно осуществить прямой димеризацией метана в олефин, а также дегидратацией метанола. Синтез этилена из метана с хорошим выходом достигается только в случае применения окислителей. В то же время использование окислителей затрудняет подбор катализаторов. В связи с этим процесс можно проводить в две стадии. На первой стадии чистый метан димеризуется с использованием кислорода в качестве катализатора; на второй стадии катализатор реокисляют кислородсодержащим газом. Окислительную димеризацию чистого метана проводят при 700–800 оС в присутствии твердых оксидов с нанесенными на них благородными металлами. Разработан способ получения смеси этилена и пропилена из метанола в присутствии селективных цеолитсодержащих катализаторов. Выход смеси этилена и пропилена составляет 70–80 %, где этилена может быть 30–60 %. Следует отметить: эти показатели выше по сравнению с теми, что имеют место в случае пиролиза нефти. Дегидратация этанола. Промышленное получение этилена дегидратацией этанола было осуществлено ранее, чем его производство в процессе крекинга. Дегидратация отвечает схеме СН3–СН2–ОН Такой процесс рассматривается как экономически эффективный для Н2С=СН2 + Н2О. стран с большим запасом возобновляемого растительного сырья (Бразилия, Индия и ряд других). В тех странах, где развита нефтехимическая отрасль, используют обратный процесс: гидратацию этилена до этанола. Кроме того, этанол также может быть получен из метанола на родиевых или кобальтовых катализаторах: Н3С–ОН + СО + 2Н2 Дегидратация спирта может протекать как в жидкой, так и в газовой СН3–СН2–ОН + Н2О. фазе на ряде катализаторов. Ими могут быть серная и фосфорная кислоты, хлориды алюминия и цинка, оксиды алюминия и тория, фталевый ангидрид и др. Чистый этилен с выходом 90 % получают на пемзе, пропитанной полифосфорной кислотой, при 280–300 оC. Процесс характеризуется незначительным образованием побочных продуктов. 6
Стр.6
1.2. Пропилен В промышленности используют ряд способов получения пропилена. Выделение пропилена из нефтезаводских газов и крекинг-газов. Пропиленсодержащие газы образуются при получении бензина в процессе крекинга и риформинга. Выход газов составляет 4,5–5,5 % в расчете на сырую нефть. Выделение пропилена проводят следующим образом. Из компримированных газов с помощью этаноламина удаляют Н2S и СО2. Затем газ промывают щелочью, а после адсорбции на цеолитах удаляют Н2О. Фракционированием смесь делят на этан, этилен, пропан, пропилен и топливный газ. В дальнейшем этан и пропан подвергают крекингу для получения этилена и пропилена. После компрессии и охлаждения газы (пропан и пропилен) выделяют низкотемпературной дистилляцией. Выделение пропилена из продуктов синтеза Фишера – Тропша. Получение низкокипящих олефинов протекает по двум схемам в зависимости от применяемого катализатора и условий проведения процесса: nCO + 2nH2 2nCO + nH2 В случае проведения процесса в псевдоожиженном слое катализатора CnH2n + nH2O CnH2n + nCO2 CnH2n+2; CnH2n+2. основную часть продуктов синтеза составляют α-олефины. В результате вторичных превращений они могут частично перейти в β-олефины. В присутствии железомагниевых катализаторов выход составляет 85–90 %. Пропилен также выделяют из газов коксования. Как известно, коксование представляет собой промышленный метод переработки природных твердых и жидких топлив путем нагревания их без доступа воздуха. При полукоксовании каменного угля при 550–600 оC образуется ~ 10 % газа, который может содержать до 8 % пропилена. Такой газ используют для выделения пропилена. Термическое дегидрирование пропана. При дегидрировании наряду с образованием пропилена происходит получения метана и этилена: C3H8 2C3H8 C3H8 CH4 + C2H4; Кроме этих продуктов образуется метилацетилен, аллен, а также кокс и C2H6 + C3H6 + CH4; C3H6 + H2. другие продукты. С повышением температуры и понижением давления выход пропилена растет. Процесс проводят при температуре ~ 600 °C, атмосферном давлении и времени контакта 2,7 с. Выход пропилена при этих условиях составляет ~ 25 % (масс.). Каталитическое дегидрирование пропана. Дегидрирование можно проводить, используя в качестве катализаторов диоксиды металлов: Сr2O3, TiO2, V2O5 и другие. Эффективным катализатором является Сr2O3 на носи7
Стр.7
теле γ-Al2O3. При осуществлении процесса ~ 600 оC на оксидном хромовом катализаторе конверсия пропана достигает 80 %. На катализаторе происходит интенсивное отложение кокса. В связи с этим проводится периодическая регенерация путем выжигания кокса воздухом, длительность которой составляет 15–25 мин. 1.3. Изобутилен Изобутилен применяют в производстве изопрена и бутилкаучука. Широко используемый промышленный способ получения мономера основан на его выделении из бутан-бутиленовой фракции в процессе производства этилена и бензина каталитическим или термическим крекингом или пиролизом нефтяных газов и нефтепродуктов. Из фракций С4 изобутилен выделяют экстракцией 65%-й Н2SO4 при комнатной температуре. В результате взаимодействия H C3 H C3 CH2 H2SO4 + H C3 H C3 HC HC OSO3H . 2 получают трет-бутилсерную кислоту. Выделенную жидкость разбавляют водой до концентрации Н2SO4 45 %. Нагревание такого раствора при низком давлении приводит к получению практически чистого изобутилена. Полученный продукт промывают щелочью, охлаждают, а затем промывают водой и сжижают под давлением. Другой распространенный способ выделения изобутилена предусматривает гидролиз бутилсерной кислоты острым паром с образованием третбутилового спирта: H C3 H C3 CH тилена: H C3 H C3 HC OSO3H + 2 2 CO H CH 3 H O H C3 COH CH3 H C3 + H2SO4 . Полученный спирт дегидратируют 30%-й Н2SO4 до получения изобуH C3 H C3 CH2 + H O2 . Недостаток такого способа выделения – высокая стоимость процесса регенерации Н2SO4. Дегидрирование изобутана. Метод получения основан на каталитическом дегидрировании изобутана с использованием оксидов металлов VI группы Периодической системы, например Сr2O3 на Al2O3 и др., при 500–600 оC. Необходимо подчеркнуть, что наиболее активной является аморфная форма оксида трехвалентного хрома, которая содержит наибольшее количество соединений шестивалентного хрома. 8
Стр.8
Изомеризация бутена-1. В промышленных процессах изомеризацию н-бутена осуществляют на гетерогенных бифункциональных катализаторах. В качестве последних наиболее часто применяют алюмоплатиновые катализаторы, которые модифицируют соединениями хлора и фтора. Промышленный катализатор содержит ~ 0,5 % палладия. Процесс проводят в интервале температур 300–400 оС и давления 2,0–3,0 МПа. 2. ДИЕНОВЫЕ МОНОМЕРЫ Диеновые углеводороды – бутадиен, изопрен и хлоропрен – широко используются для получения синтетических каучуков. 2.1. Дивинил хом, Тпл. – 108,9 оC , Ткип. – 4,5 оC. Взрывоопасные концентрации в воздухе 1,6–1,8 % (об.). Бутадиен является одним из основных мономеров в промышленном Бутадиен-1,3 (дивинил) СН2=СН–СН=СН2 – газ с характерным запапроизводстве СК. Помимо производства каучуков этот мономер применяют в промышленном масштабе для производства ряда синтетических продуктов. Разработаны способы синтеза бутадиена, в которых используется различное сырье. Способ С.В. Лебедева. На основе этого процесса в СССР впервые в мире (начало 1930-х годов) было создано промышленное производство СК. Процесс проводят под действием полифункционального оксидного катализатора, который обладает одновременно дегидрирующим и дегидратирующим свойствами. Схема превращения такова: 2С2Н5ОН С4Н6 + 2Н2О + Н2. При 360–380 оC на неподвижном катализаторе образуется большое число продуктов различных классов органических соединений. Теоретический выход мономера составляет 58,7 %. Достоинством способа является простота аппаратурного оформления процесса. В настоящее время процесс утратил промышленное значение. Способ И. И. Остромысленского. Процесс предложен русским химиком И.И. Остромысленским в 1915 году и реализован в США в годы Второй мировой войны. Процесс протекает в две стадии: 1. С2Н5ОН 2. СН3СНО + С2Н5ОН СН3СНО + Н2; С4Н6 + 2Н2О. Дегидрирование на первой стадии проводят при 250–300 оC в присутствии медного катализатора на асбестовом волокне. Добавляют в качестве 9
Стр.9
промотора 5 % оксида кобальта и 2 % оксида хрома. Выход ацетальдегида 30–40 %. оксидом тантала на силикагеле. В настоящее время процесс в промышленности не используется. Получение бутадиена из ацетилена. Возможно осуществить синтез мономера через альдоль и через бутиндиол. Эти способы были реализованы в Германии. Синтез бутадиена через альдоль включает 4 стадии: гидратацию ацетилена до ацетальдегида, конденсацию ацетальдегида в альдоль, гидрирование альдоля до бутиленгликоля, дегидратацию последнего в бутадиен. Гидратация ацетилена в течение многих лет осуществлялась в жидкой фазе в присутствии ртутных катализаторов (реакция Кучерова): НС≡СН + Н2О СН3СНО. Процесс протекает при 175–195 оC в присутствии 10–20 % (масс.) серной кислоты и 0,5–1,0 % (масс.) ртутного катализатора (в пересчете на НgО). В связи с высокой токсичностью соединений ртути был разработан процесс парафазной гидратации ацетилена над нертутными катализаторами (кадмийкальцийфосфатным катализатором). В этом случае процесс проводят при температуре ~ 350 оC. Вторая стадия – конденсация ацетальдегида в альдоль – протекает в присутствии 8–12%-х растворов щелочи при атмосферном давлении и комнатной температуре: 2СН3СНО СН3СН(ОН)СН2СНО. Выход составляет ~ 50 % в расчете на пропущенный ацетальдегид. Третья стадия – гидрирование альдоля в бутиленгликоль, которое проводят при 155–170 оC и 30,0 МПа. В качестве катализатора применяют нанесенные на оксид алюминия или оксид кремния такие металлы, как Ni, Co, Cu и др. СН3СН(ОН)СН2СНО + Н2 атмосферном давлении по схеме СН3СН(ОН)СН2СН2ОН СН3СН(ОН)СН2СН2ОН. Процесс дегидратации (четвертая стадия) протекает при 270–280 оC и С4Н6 + 2Н2О. В качестве разбавителя применяют водяной пар. Катализатором может быть кокс или графит, пропитанный фосфорной кислотой. Выход дивинила на последней стадии за один проход достигает ~ 47 %. Бутиндиольный способ (метод Реппе). Первая стадия включает взаимодействие ацетилена и формальдегида с образованием 2-бутиндиола-1,4. 10 Вторая стадия протекает при 430–450 оC и атмосферном давлении над
Стр.10

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.
.