Курсовая работа: Алкилирование фенола олефинами
4. Отрыв протона от ароматического ядра:
Отделившийся протон может взаимодействовать с олефином, и процесс пойдет заново или с катализатором, тогда реакция прекратиться.
В качестве катализаторов – протонных кислот – в промышленности чаще всего применяют серную кислоту. Она является наиболее активной среди других доступных и дешевых кислот, но в то же время катализирует и побочные реакции, приводя дополнительно к сульфированию фенола и сульфированию олефина и образуя фенолсульфокислоты HOC6 H4 SO2 OH и моноалкилсульфаты ROSO2 OH, которые также участвуют в катализе процесса. С серной кислотой алкилирование н-олифинами происходит при 100-120ºС. Другим катализатором, не вызывающим побочных реакций сульфирования и более мягким по своему действию, является п-толуолсульфокислота CH3 C6 H4 SO2 OH. Однако она имеет меньшую активность и большую стоимость, чем H2 SO4 .
С этими катализаторами алкилирование фенола протекает как гомогенная реакция по следующему уравнению:
=
Из уравнения видно, что при увеличении концентрации одного из веществ скорость реакции линейно возрастет. В производстве работают при сравнительно небольшом избытке фенола по отношению к олефину и даже при их эквимольном количестве. Если в качестве катализатора берут H2 SO4 , то она применяется в количестве 3-10%(масс.). Увеличение температуры положительно скажется на скорости реакции, т.к. процесс эндотермический.
4. Технология процесса
Для алкилирования фенолов применяют периодический процесс. Реакцию проводят в аппарате с мешалкой и рубашкой для обогрева паром или охлаждения водой. В него загружают фенол и катализатор, нагревают их до 90 ºС, после чего при перемешивании и охлаждении подают жидкий тетрадецен-1 при температуре 25 ºС(температура плавления -12,7 ºС). Делают именно так потому что, если загрузить сначала катализатор с олефином, то там могут пойти реакции олиго- и полимеризации. Во второй половине реакции, наоборот, необходимо подогревать реакционную массу. Общая продолжительность операции составляет 2-4 часа. После этого реакционную массу нейтрализуют в смесителе 5%-ной щелочью, взятой в эквивалентном количестве к кислоте-катализатору, нагревая смесь острым паром. Нейтрализованный органический слой сырых алкилфенолов отделяют от водяного раствора солей и направляют на вакуум перегонку, когда отгоняется вода, остатки олефина и не превращенный фенол.
Задание №1
При окислительном аммонолизе пропилена получена реакционная масса следующего состава (% масс.): - пропилен – 18,94, нитрил акриловой кислоты – 54,85, ацетонитрил – 13,00, ацетальдегид – 1,15, пропионовый альдегид – 5,07, синильная кислота – 4,99, формальдегид – 0,80, СО2 – 1,20. Вычислить степень конверсии реагентов, селективность процесса по каждому из продуктов реакции в расчете на каждый реагент и выход на пропущенное сырье каждого из продуктов реакции в расчете на один реагент.
Решение: наиболее вероятная схема превращений при окислительном аммонолизе:
Составим таблицу распределения мол. долей исх. вещества:
| Компонент | % масс. | М | G | Кол-во мол. исх. в-ва | ||
| пропилен | аммиак | кислород | ||||
| пропилен | 18.94 | 42.08 | 0.4501 | b1 = 0.4501 | 0 | 0 |
| акрилонитрил | 54.85 | 53.06 | 1.0337 | b2 =1.0337 | d1 =1.0337 | 0 |
| ацетонитрил | 13.00 | 41.05 | 0.3167 | b3 =0.3167 | d2 =0.3167 | 0 |
| ацетальдегид | 1.15 | 44.05 | 0.0261 | b4 =0.0261 | 0 | e1 =0.0261 |
| пропионовый альдегид | 5.07 | 58.08 | 0.0873 | b5 =0.0873 | 0 | e2 =0.0873 |
| синильная кислота | 4.99 | 27.03 | 0.1846 | b6 =0.1846 | d3 =0.1846 | |
| формальдегид | 0.80 | 30.03 | 0.0266 | b7 =0.0266 | 0 | e3 =0.0266 |
| углекислый газ | 1.20 | 44.01 | 0.0273 | b8 =0.0273 | 0 | e4 =0.0273 |
Степень конверсии пропилена определяется по формуле:
Степень конверсии аммиака: 
и кислорода 
.
Селективность по пропилену рассчитывается по формуле: 
, по аммиаку: 
, по кислороду: 
. Результаты расчетов приведены в табл. 1.
Таблица 1
| Компонент | Селективность | ||
| по пропилену | по аммиаку | по О2 | |
| акрилонитрил | 0.6072 | 0.6734 | 0 |
| ацетонитрил | 0.1860 | 0.2063 | 0 |
| ацетальдегид | 0.0153 | 0 | 0.1560 |
| пропионовый альдегид | 0.0513 | 0 | 0.5218 |
| синильная кислота | 0.1085 | 0.1203 | 0 |
| формальдегид | 0.0157 | 0 | 0.1592 |
| углекислый газ | 0.0160 | 0 | 0.1630 |
Проверка: 
, 
.
Выход на пропущенное сырье в расчете на пропилен рассчитывается по формуле: 
. Результаты представлены в табл. 2:
Таблица 2
| Компонент | ηi |
| акрилонитрил | 0.4802 |
| ацетонитрил | 0.1471 |
| ацетальдегид | 0.0121 |
| пропионовый альдегид | 0.0406 |
| синильная кислота | 0.0858 |
| формальдегид | 0.0124 |
| углекислый газ | 0.0127 |
Задание 2.
Для изомеризации н-пентана в изопентан вычислить перепад температур в зоне реакции при адиабатическом ведении процесса. Процесс протекает при давлении 1 атм. В реактор подается 10 т/час н-пентана при 650К и 25 молей водорода на 1 моль пентана при 900К. Степень конверсии н-пентана 10, 20, 50, 70%. Селективность процесса 100%. Потери тепла в окружающую среду составляют 3% от прихода тепла в реактор. Провести графическую и аналитическую зависимости адиабатического перепада температур от степени конверсии н-пентана. Аргументировать технологические приемы, используемые при осуществлении промышленной изомеризации углеводородов.
Решение: Схема реакции представлена на рис. 1:
Рис. 1. Изомеризация н-пентана.
Схема реактора представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема теплового баланса реактора.
Тепло, входящее в реактор, определяется по формуле:
, (1) здесь:
,