Лабораторная работа №1 Вариант №13 Евтеев Дмитрий Романович

1.4 Комплекс для производства ЛАБ, ЛАБС

Одно из главнейших направлений использования нормальных парафинов является производство линейных алкилбензолов и алкилбензосульфонатов (ЛАБ-ЛАБС), то есть веществ, которые являются одним из основных компонентов при производстве синтетических моющих веществ или поверхностно-активных веществ (ПАВ). Сравнительно недавно для производства моющих веществ использовалось значительное количество жиров природного характера (растительных масел и животных жиров). С использованием жидких нормальных парафинов для этих целей жиры высвобождаются, увеличивая тем самым ресурсы для обеспечения потребностей человека.
Необходимо отметить, что в послевоенное время, особенно с 60-х годов 20-го столетия, в мире резко возросли потребности в различных моющих веществах, которые используются для бытовых нужд и в промышленности. Потребность в них будет расти и в третьем тысячелетии, поэтому будет увеличиваться и производство основного компонента синтетических моющих веществ (СМС) — ЛАБ и ЛАБС.
В мире из общего потребления нормальных парафинов 75% используется для производства ЛАБ. В Азии и в странах тихоокеанского региона (Китай, Индия) наблюдается устойчивый рост спроса.
Широко известными моющими средствами являются мыла - натриевые соли жирных кислот. Однако они обладают существенными недостатками, а именно: в жесткой воде образуют кальциевые и магниевые соли жирных кислот, не растворимые в воде, которые при стирке оседают в виде клейких хлопьев на стенках оборудования для стирки и тем самым затрудняют ее. Кроме того, эти хлопья оседают и на тканях, делают их хрупкими, ломкими, в результате чего происходит их ускоренный износ и ухудшается качество стирки. Мыло в водных растворах гидролизуется, образуется щелочная среда, в которой нельзя стирать шелковые и шерстяные ткани. Оно не может применяться и в кислых средах, так как это приводит к его разложению и образованию жирных кислот.
Синтетические моющие средства лишены этих недостатков. Они производятся на основе продуктов нефтехимической и нефте­перерабатывающей промышленностей и позволяют заменить пищевые жиры, которые используются для изготовления мыла.
СМС, в состав которого в качестве основного компонента вхо­дят линейные алкилбензолсульфонаты, обладают хорошей рас­творимостью в воде любого качества, отличными моющими свой­ствами, технологичностью изготовления, экологической безопасностью за счет хорошей биоразлагаемости. В последние 30 лет СМС получили широкое распространение в мире. Моющие средства обладают свойствами поверхностно-активных веществ, обус­ловленные строением их молекул, в которых присутствуют гидро­фильная и гидрофобная (полярная и неполярная) группы. Гидрофильность обуславливается наличием в составе моющего вещест­ва полярных групп OSO₃∙SO^-₃ или групп, содержащих азот, напри­мер NH^-₂, NН-СО^- и др. Наличие этих групп придает поверхностно-активным веществам хорошую растворимость, Гидрофобность — свойство, присущее всем углеводородам жирного и жирноароматического ряда.
Важнейшими характеристиками моющего вещества являют­ся: хорошая смачиваемость тканей, способность вызывать диспергирование загрязнений, хорошее эмульгирование и пенообразование, способность удерживать загрязнения, не допуская их повтор­ного оседания на поверхность.
Для производства СМС используются различные химические вещества, каждое из которых выполняет свою функцию в товар­ных продуктах — стиральных порошках, шампунях, средствах для мытья посуды и чистки, предлагаемых потребителям в мага­зинах. Одним из компонентов любого СМС является вещество, ко­торое выполняет собственно моющую функцию, так называемое поверхностно-активное вещество. Эти вещества, в зависимости от того, какой главный компонент является активным действую­щим агентом в водном растворе, подразделяются, в порядке убы­вания объема их производства, на анионоактивные, неионогенные, катионоактивные и амфотерные.
Другими компонентами СМС, в частности стиральных порош­ков, являются вещества, улучшающие среду для стирки (триполифосфат натрия связывает и удерживает в растворе ионы щелочноземельных металлов Са и Мg, а также железо, что предотвращает ухудшение моющего действия ПАВ), препятствующие обратному осаждению загрязнений на ткань (карбоксиметилцеллюлоза — КМЦ), отбеливающие (химические — пербораты и перкарбонаты, оптические — белофоры и др.), облегчающие стирку в холодной воде и способствующие разложению загрязнений органической природы (энзимы), улучшающие запах (отдушки) и др.
ЛАБ является сырьем для производства анионоактивного ПАВ — сульфонола и некоторых других. Основными методами производства ЛАБ, используемыми в настоящее время в промышленности, являются:

1. 
   хлорирование н-парафинов с последующим алкилированием бензола хлорпарафином в присутствии хлористого алюминия по реакциям:
   

н-парафин + С1₂ = хлорпарафин + НСl,
хлорпарафип + бензол = алкилбензол + НС1;

2. 
   хлорирование н-парафинов с последующим дегидрохлорированием и алкилированием бензола полученными олефинами в присутствии катализатора — хлористого алюминия;
   
3. 
   дегидрование н-парафинов в олефины с последующим алкилированием ими бензола в присутствии катализатора — фтористого водорода.
   

Первые два метода являются более старыми и требующими больших затрат. Третий метод, разработанный фирмой UOP в 60-х годах на базе имеющегося процесса производства высокооктанового компонента бензинов, является экономически более выгодным, Поэтому, начиная с конца 60-х годов, строились установки, работающие только по этому методу. До середины 60-х годов для производства алкилбензола в качестве сырья использовался бензол и тетрамеры пропилена. В результате алкилирования получали изододецилбензол, который имел низкую биохимическую разлагаемость (т.е. способность разлагаться в естественных водоемах под действием имеющихся там микроорганизмов на простейшие химические соединения — углекислый газ, воду и сульфаты), что привело со временем к накоплению в природных водах ПАВ, произведенных на его основе, и необходимости принятия экстренных мер по его замене в композициях СМС. Фирма UOP предложила для производства моющих средств использовать α-олефины нормального строения, поскольку полученные из них алкилбензолсульфонаты обладают удовлетворительной скоростью биохимического разложения в сточных водах, вследствие чего при их использовании не загрязняются водоемы и не нарушается работа очистных сооружений.
С 1996 г. в промышленности освоен новый метод производства ЛАБ, так называемый процесс Детол, разработанный совместно фирмами Petpesa (Испания) и UOP, основанный на алкилировании бензола олефинами нормального строения при использовании вместо вредного катализатора НF нового твердого катализатора.
ЛАБ сам по себе не является поверхностно-активным веществом, поэтому его подвергают сульфированию — присоединению молекулы серного ангидрида SO₃, в результате чего получается АБСК — алкилбензолсульфокислота:
RArH+ НОSO₃Н = RАгS0зН + Н₂О, (2)
RArH + S0з = RАгS0зН (3)
где R — углеводородный радикал от С₁₀ до С₁₄, АгН — бензол.
АБСК может использоваться как компонент СМС только после ее нейтрализации различными щелочами или другими основаниями, например, триэтаноламином, с целью получения нейтрального или слегка щелочного продукта:
RАгS0зН + NаОН = RАгS0зNa + Н₂О, (4)
RАгS0зН + N(С₂Н₅ОН)₃ = RАгS0зNН(С₂Н₅ОН)₃ (5)
Присоединение серного ангидрида может осуществляться различными способами. Раньше в промышленности был распространен метод сульфирования олеумом — серной кислотой с растворенным в ней серным ангидридом. В результате получался продукт невысокого качества, в котором присутствовало большое количество продуктов побочных реакций. Для получения стиральных порошков с хорошим цветом приходилось подвергать данный продукт дополнительной обработке.
Более прогрессивным стал метод сульфирования ЛАБ газообразным серным ангидридом в, так называемых, реакторах пленочного типа, которые были разработаны и внедрены в промышленность чуть более 30 лет назад фирмами Bollestra, Chemithon и другими. В таких реакторах получается продукт высокого качества, и данный метод производства в настоящее время является основным в промышленности.