Разработка энергосберегающих технологий процесса ректификации продуктов синтеза хлорбензола
1 — емкость; 2, 3 — подогреватели; 4 — колонна азеотропной осушки;
5 — конденсатор; 6 — напорный бачок; 7 — хлоратор; 8, 9 — насадочные колонны;
10 — сепаратор; 11— конденсатор смешения; 12 — сборник; 13 — холодильник;
14 — кипятильник; 15 — вакуум.
/ — бензол; // — хлор; III — вода; IV — полихлориды; V — НС1; VI — хлорбензол; VII — рассол; VIII—в аппарат 8
Бензол проходит к
олонну азеотропной осушки 4, сверху которой выходит азеотроп (91,2% бензола и 8,8% воды), после конденсации и охлаждения (5) расслаивающийся на бензол и воду в сепараторе 10, откуда водный бензол направляют на орошение колонны 4, а другая его часть возвращается на осушку (1), Снизу колонны 4 уходит осушенный бензол [0,001—0,003% (масс.) воды] и собирается в напорный бачок 6. Предварительная очистка бензола от сернистых соединений (CS2, тиофен) и тщательная осушка его обеспечивают повышенную активность катализатора. Осушка хлора до 0,04% влаги достигается пропусканием хлора через серную кислоту. Хлор в реактор подают через газовый затвор, исключающий попадание бензола в линию хлора при возможных прекращениях его подачи.
Таблица 3.1.2.
Высота затвора ,м |
11 (от верхнего уровня реакционной массы в реактор). |
Катализатор ( в процессе генерируется) В реакционной массе не более 0,015%. |
FeCI3 |
Давление хлора, поступающего в реактор, МПа |
0,1h*+0,02 (h*. — высота реакционной массы в реакторе, м). |
Стальние и керамические кольца ,мм |
25х25 или 50x50 |
Температура в хлораторе ,оС |
76—83 |
Унос паров бензола (т/1т НСl) |
1,4-1,5 |
Тепло реакции, (кДж/1моль Сl) |
92,11 |
Оптимальное время пребывания, с |
9-10 |
Соотношение бензол : хлор, (мол.). |
3,5:1 |
Производительность реактора ,кг/м3 |
250—300 |
Разработана математическая модель промышленного реактора хлорирования бензола, что позволило оптимизировать процесс.
Реакция развивается по схеме:
С6Н6 —> С6Н5С1 —> С6Н4С12 и т. д. (3.1.1.)
Поскольку хлорбензол хлорируется в 8 раз медленнее, чем бензол (за счет дезактивации ароматического кольца под влиянием атома хлора), нет необходимости вводить в реакцию чрезмерный избыток бензола по отношению к хлору.
Для повышения селективности процесса ограничиваются невысокой степенью превращения бензола. Реакционная смесь, выходящая из расширенной части реактора, содержащая 64—65% бензола, 33,5— 34% хлорбензола, 1,5% полихлоридов, немного растворенных НС1 и FeCl3, вместе с раствором, отбираемым из конденсатора 11, направляется на разделение в секцию ректификации (8, 9). Дистилляции предшествует промывка продуктов реакции от FeCl3 и НС1 обработкой в смесителях водным раствором NaOH (20—25 кг на 1 т хлорбензола) и сепарация от водной неорганической фазы (на схеме не показана). Колонны 8 и 9—насадочные; в первой (8) отделяют бензол и воду, после чего бензол возвращается на азеотропную осушку (99,5%—бензол, 0,5%—хлорбензол); во второй (9) выделяют хлорбензол (температура верха 80±2°С при 27 кПа, низа 138—142 °С). Перегонка под вакуумом позволяет уменьшить расход водяного пара в кипятильнике колонны 9. Товарный продукт содержит не более 0,25% бензола и 0,3—1,1% полихлоридов.
Выделение бензола из газов, покидающих реактор, осуществляют двухступенчатым охлаждением (12, 13). Вначале газы охлаждают до 30 °С (конденсируется до 90% бензола), а затем при —2 °С (выделяется дополнительно 9% бензола).
Таблица 3.1.3.
Расход на 1 т хлорбензола. | |
Бензол |
0,798 т |
Хлор |
0,715 т |
Электроэнергия |
58 кВт-ч |
Таблица 3.1.4.
США |
ФРГ |
Япония | |
Производство хлорбензола, (тыс.тонн) |
130 |
97 |
34 |
Мощности, (тыс.тонн) |
168 |
- |
- |
Общая потребность, (тыс.тонн) |
100 |
- |
- |
Структура потребления, % : | |||
-растворитель |
42 |
- |
- |
-переработка в нитрохлорбензол |
32 |
- |
- |
- в дифенилоксид и фенилфенолы |
15 |
- |
-- |
-другие продукты |
11 |
- |
- |
Гидролизом хлорбензола при 400—420 ºС без давления в присутствии фосфатов кальция и меди получают фенол (по Рашигу):
С6Н5С1 + Н2О —> С6Н5ОН + НС1 (3.1.2.)
Формально образующийся НС1 может быть использован повторно для получения хлорбензола окислительным хлорированием бензола.
Недостатки метода — большая энергоемкость процесса, а также необходимость применять специальное коррозионно-устойчивое оборудование. В прошлом метод Рашига преобладал среди промышленных методов получения фенола, например в США. В дальнейшем метод потерял конкурентоспособность в связи с появлением эффективного способа получения фенола из кумола через стадию образования гидропероксида кумола. Переработка хлорбензола в фенол в целом утратила свое значение, и тем более потерял практическую ценность некаталитический щелочной гидролиз хлорбензола (400 °С, давление более 30 МПа) или гидролиз его в присутствии меди, как катализатора: