Курсовая работа: Алкилирование изобутана изобутиленом до изооктана
Получившийся ион карбония склонен к внутримолекулярным перегруппировкам, сопровождающимся миграцией водорода и метильных групп:
)СН(СН3 )2
-
С(СН3 )2 СН2 (СН3 )
Эти ионы карбония взаимодействуют с изобутаном, в результате чего получаются углеводороды С8 Н18 и трет-бутилкатион обеспечивающий протекание ионно-цепного процесса. Состав изомеров зависит как от стабильности промежуточных ионов карбония, так и от скорости их обменной реакции с изобутаном.
Очевидно, что промежуточно образующиеся изооктилкатионы также способны к реакции с олефииами:
Так происходят последовательно-параллельные реакции алкилиро-вания.
В получаемых алкилатах обнаружены низшие и высшие парафины с числом углеродных атомов, не кратным исходным реагентам. При алкилировании изобутана бутиленами алкилат содержит 6—10% углеводородов С5 — С7 и 5—10% углеводородов С9 и высших. Очевидно, что они могут появиться только в результате деструктивных процессов, которым способствует повышение температуры.
Исходными веществами при сернокислотном алкилировании изооктана служат изобутан и бутилены, продуктом является смесь изооктанов. Реакция экзотермическая, тепловой эффект ее составляет приблизительно 22500 кал/г-мол. Выход изооктанов из бутиленов растет с увеличением избытка изобутана по отношению к бутиленам в реакционной смеси; одновременно повышается октановое число продукта и уменьшается расход катализатора. Реакцию проводят под давлением 2 — 4 атмосфер при температуре около 0°С При этих условиях необходимое время контактирования составляет около получаса.
Позднее в качестве катализатора алкилирования стали применять безводный жидкий фтористый водород. Оптимальная температура реакции 25—40°, давление — до 10 атмосфер. Чтобы избежать полимеризации олефинов и образования фтористых алкилов, берут пяти - семикратный избыток изобутана. Продукт содержит около 65% углеводородов, выкипающих в пределах температур кипения изооктанов; из них 50% составляет 2,2,4-триметилпентан (изооктан). По мере течения процесса активность катализатора падает в связи с образованием фтористых алкилов. Отработанный катализатор регенерируют.
Алкилирование в отсутствие катализаторов требует применения давлений 200—300 атмосфер.
В результате алкилирования получают технически чистый изооктан с октановым числом 92 – 97.
3. Применение изооктана
Расширение производства изооктана до крупных промышленных масштабов связано с необходимостью обеспечения карбюраторных авиационных двигателей, работающих по циклу Отто, бензином с высокими антидетонационными свойствами.
В процессе химической подготовки паровоздушной смеси (топлива и воздуха) в двигателе внутреннего сгорания накапливаются взрывчатые пероксиды, которые могут детонировать раньше, чем наступит необходимый момент для воспламенения смеси, т. е. раньше, чем поршень двигателя дойдет до нужного положения. Это вызывает порчу мотора (двигатель «стучит»). Необходимое для повышения мощности двигателя увеличение степени сжатия паровоздушной смеси в цилиндре двигателя усиливает детонацию. Поэтому от моторного топлива требуется, чтобы оно было максимально устойчиво к детонации.
Наиболее легко детонируют углеводороды с нормальным строением. Для того чтобы сравнить способность к детонации различных горючих материалов, построили специальную шкалу. За нуль в этой шкале принят н-гептан, за 100 — изооктан. Если исследуемое топливо детонирует так же, как смесь 76% изооктана и 24% н-гептана, то топливу присваивают октановое число 76. В настоящее время в качестве топлива для легковых автомобилей используется бензин с октановыми числами 72, 76, 93, 95.
4. Техника безопасности и экология
1. При работе с техническим изооктаном необходимо применять индивидуальные средства защиты в соответствии с типовыми отраслевыми нормами.
2. Необходима герметизация оборудования, аппаратов процессов слива и налива с целью исключения попадания паров технического изооктана в воздушную среду помещения.
3. В помещениях для хранения и эксплуатации технического изооктана запрещается обращение с открытым огнем; искусственное освещение должно быть во взрывопожаробезопасном исполнении.
4. Температура самовоспламенения технического изооктана составляет 425 °С, температура вспышки - минус 9 °С, температурные пределы воспламенения составляют: нижний предел - минус 9 °С, верхний предел - 24 °С.
5. Технический изооктан представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость. Область воспламенения технического изооктана 0,95-6,0 % (по объему). Предельно допустимая концентрация паров технического изооктана, определяемая на приборе УГ-2, составляет 300 мг/м3, взрывоопасная концентрация его паров в смеси с воздухом (по объему) составляет: нижний предел - 1,0 %, верхний - 6,0 %.
6. При разливе необходимо собрать технический изооктан в отдельную тару, место разлива протереть сухой тряпкой, при разливе на открытой площадке место разлива засыпать песком с последующим его удалением. В случае аварийного разлива изооктана применяют противогазы марок А и БКФ.
7. При работе с техническим изооктаном не допускается использование инструментов, дающих при ударах искру. При загорании изооктана применимы все средства пожаротушения, кроме воды.
8. Технический изооктан раздражает слизистые оболочки и кожу. Необходимыми мерами предосторожности является соблюдение правил техники безопасности при работе с растворителями. Помещение, в котором проводятся работы с техническим изооктаном, должно быть снабжено приточно-вытяжной вентиляцией.
9. При отборе проб, проведении анализа и обращении в процессе товаротранспортных и производственных операций с техническим изооктаном необходимо соблюдать общие правила техники безопасности, утвержденные Министерством нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, Гостехнадзором и Президиумом ЦК профсоюза рабочих нефтяной, химической и газовой промышленности.
5. Технологическая схема и краткое описание процесса производства по заданию проекта
В промышленности алкнлирование н-бутиленов (смесь 1- и 2-изомеров) с изобутаном дают алкилат, богатый углеводородами С8 и часто называемый просто изооктаном. Нередко в качестве сырья берут бутан-бутилеповую фракцию крекинг-газов, содержащую все необходимые реагенты и очищенную от бутадиена.