Tajriba qismi

II.1 Etilen ishlab chiqarish.
Ishning maqsadi. Etilen ishlab chiqarishning eng qulay va keng tarqalgan laboratoriya usuli aralashmani isitishdir etil spirti konsentrlangan sulfat kislota bilan. Biroq, dastlab spirtning kislota bilan o'zaro ta'siri ester hosil bo'lishiga olib keladi, keyin qizdirilganda etilen va sulfat kislotaga parchalanadi:
Ishning borishi. Shunday qilib, sulfat kislota reaktsiyani tark etadi, ya'ni. katalizator vazifasini bajaradi.
Etilen ishlab chiqarish reaksiya tenglamasi talabalarga faqat umumlashtirilgan shaklda beriladi:

Etilenning hosildorligini oshirish va shu bilan u bilan barcha tajribalar spirtli ichimliklarni tejamkorlik bilan o'tkazilishini ta'minlash uchun quyidagilarni hisobga olish kerak.
Etilen, yuqorida ko'rsatilganidek, sulfat kislotaning (etilsulfat kislota) kislotali etil efiridan hosil bo'ladi. Agar spirtning hammasi esterifikatsiya reaktsiyasiga kirmasa, unda aralashma qizdirilganda, u etilen bilan birga distillangan bo'ladi, ya'ni. reaktsiyaga yo'qoladi. Esterifikatsiya reaktsiyasi, ma'lumki, teskari bo'lib, spirt va sulfat kislotaning teng molekulyar nisbatida, efirga qo'shimcha ravishda, aralashmada ma'lum miqdordagi spirt va kislota bo'ladi. Muvozanatni efir hosil bo'lishiga yo'naltirish va spirtni to'liqroq ishlatish uchun sulfat kislota miqdorini oshirish kerak. Tajriba shuni ko'rsatadiki, kislota miqdori ortishi bilan boshida esterlangan spirt miqdori sezilarli darajada oshadi va kislota va spirt miqdorining nisbati taxminan 3: 1 ga etganidan keyin u biroz ortadi. Shuning uchun, agar 1 mol (46 g) spirt uchun 3 mol (3 o 98 \u003d 294 g) sulfat kislota olinsa yoki 1 hajm uchun konsentrlangan sulfat kislotaning taxminan uch baravar miqdori olinsa, amalda eng yaxshi natijalarga erishiladi. spirtli ichimliklar. Bunday holda, spirt katta darajada esterlanadi, uning yo'qotishlari juda kichik bo'ladi va etilenning unumi ortadi.
Ester parchalanganda, kislota konsentratsiyasi ortadi va ko'proq sharoitlar paydo bo'ladi to'liq foydalanish spirtli ichimliklar yaxshilanadi. Reaktsiya ko'p miqdorda ko'piksiz va kuchli zarbalarsiz davom etishi uchun aralashmaga bir xil qaynatishni ta'minlaydigan singan shisha yoki chinni chiplari qo'shiladi.
Ko'rgazmali eksperiment quyidagi tarzda amalga oshiriladi. 300-500 ml sig'imli kolbaga 20 ml etil spirti quyiladi va asta-sekin 60 ml konsentrlangan sulfat kislota qo'shiladi. Aralash chayqatiladi va suv oqimida sovutiladi. Keyin chinni bo'laklari quyiladi, kolba drenaj trubkasi bilan tiqin bilan mahkam yopiladi va konsentrlangan sulfat kislota va 10% ishqor eritmasi bilan yuvish idishlari (afzal Tishchenko idishlari) biriktiriladi. Shisha kolbaga gidroksidi bilan biriktirilgan, gazni to'plash uchun suv hammomiga tushiriladi:

Kolba asbest panjara ustidagi stendga yoki qum hammomiga o'rnatiladi va odatdagidek qurilmani oqish uchun tekshirgandan so'ng u yoki bu tarzda isitiladi. Dastlab, etil efir (140 ° C) hosil bo'lish uchun "osta" ni tezda kesib o'tish uchun isitish juda intensiv amalga oshiriladi, so'ngra etilen ajralib chiqa boshlaganda, u bir xil gaz oqimini saqlab, sekin isitiladi va, iloji bo'lsa, ko'pikni oldini olish.
Probirkadagi gaz namunasi qurilmadan havo butunlay chiqarib yuborilganligini ko‘rsatsa, etilen yuqorida ta’riflanganidek ballonlarga va gaz o‘lchagichga yig‘iladi yoki to‘g‘ridan-to‘g‘ri tajribalar uchun ishlatiladi: u chiqish trubkasida, bromda olovga qo‘yiladi. suv ham o'tadi va hokazo. Reaksiyani to'xtatish uchun vannadan gaz chiqarish trubkasini olib tashlang, yuvish idishlarini kolbadan ajratib oling va shundan keyingina isitishni to'xtating. Ko'p miqdorda etilenni olishda (masalan, bir nechta sinflarda o'tkazilgan tajribalar uchun gazometrni to'ldirishda) moddalarning dastlabki aralashmasidan ko'proq olinishi kerak.
Laboratoriya tajribasi sifatida o'rnatish uchun tajribani juda soddalashtirish mumkin. Stendga mahkamlangan probirkaga 1 ml etil spirti quyiladi va ehtiyotkorlik bilan 3 ml konsentrlangan sulfat kislota yopishtiriladi. Bir necha chinni donalari qo'shiladi va trubka tiqin bilan yopiladi, unga kartrij ohaki bo'lgan kaltsiy xlorid naychasining tor uchi kiritiladi (oltingugurt va uglerod oksidlarini ushlab turish uchun). Kaltsiy xlorid trubasining keng uchi gaz chiqarish trubkasi bo'lgan tiqin bilan yopiladi, uning uchiga rezina shlang qo'yiladi. Naychaning tarkibi muloyimlik bilan isitiladi. Probirkadan havoni siqib chiqarish uchun zarur bo'lgan bir qancha vaqt kutilgandan so'ng, etilen siljish printsipiga ko'ra boshqa probirkaga yig'iladi yoki brom yoki kaliy permanganatning reaksiya eritmasiga o'tkaziladi.
Etandan og'irroq (suyuq uglevodorodlar, shu jumladan suyultirilgan gazlar) uglevodorod xom ashyosini piroliz qilish yo'li bilan etilen ishlab chiqarish usuli 750-870 ° Charoratda, etilen o'z ichiga olgan fraktsiyani chiqarish bilan quvurli pechda amalga oshiriladi. Piroliz mahsulotlaridan C₃ -C₅ uglevodorodlarning bir qismi ajratib olinadi, ular suyuq fazada palladiy katalizatori ishtirokida vodorod / fraktsiya C₃ -C₅ teng molyar nisbatda parafinlarga gidrogenlanadi. 0,8-2,5 gacha, va gidrogenlash reaktoriga kiradigan C₃ -C₅ boshlang'ich fraktsiyasiga nisbatan gidrogenlangan C₃ -C₅ fraktsiyasining bir qismini gidrogenlash reaktoriga qayta ishlash, 10-20: 1 ga teng. Shundan so'ng, gidrogenlash mahsulotlari yangi uglevodorod xom ashyosi bilan oldindan aralashtirib, piroliz uchun qo'shimcha xom ashyo sifatida yuboriladi. Gidrogenlash jarayoni 60-140 ° S haroratda va 30-50 atm bosimda amalga oshiriladi. Gidrogenlanish darajasi 80-99,9% ni tashkil qiladi. Xom ashyo sifatida, masalan, propan, n-butan, engil uglevodorodlarning keng qismi (NGL), benzin ishlatiladi. Usul gazni ajratish bosqichida ustunlar sonini kamaytirish orqali jarayonni sezilarli darajada soddalashtirishga, shuningdek, maqsadli mahsulot - etilenning rentabelligini oshirishga imkon beradi, shuningdek, pirolizga oziqlanadigan xom ashyo miqdorini kamaytirishga imkon beradi.
Ma'lumki, etilen deyarli faqat turli xil gaz va neft fraktsiyalarini: etan, suyultirilgan uglevodorod fraktsiyalari, benzinlar, kerosinlar, atmosfera va vakuumli gaz moylarini piroliz qilish orqali ishlab chiqariladi. Xom ashyoning molekulyar og'irligi oshishi bilan etilenning unumi kamayadi [Muxina T.N., Barabanov N.L. h.k. uglevodorod xomashyosining pirolizi. M., Kimyo, 1987].
Etanning pirolizida maqsadli mahsulot sifatida faqat etilen olinadi, bundan tashqari, asosiy mahsulotlar piroliz pechlarida yoqilg'i sifatida ishlatiladigan metan va vodorod hisoblanadi. Boshqa mahsulotlar (propilen, C ₄ uglevodorodlar, asosan divinil, C₅ uglevodorodlar) oz miqdorda olinadi.
Propan va og'irroq uglevodorodlarni pirolizlash jarayonida etilendan tashqari boshqa mahsulotlar ham hosil bo'ladi: propilen, butilen-divinil fraktsiyasi (BDF), pirokondensat (C₅ - C₉ uglevodorodlar aralashmasi), og'ir piroliz smola. Bundan tashqari, piroliz xom ashyosi qanchalik og'ir bo'lsa, suyuq piroliz mahsulotlari shunchalik ko'p hosil bo'ladi va etilen kamroq bo'ladi. Ushbu mahsulotlardan ham foydalanish mumkin, ammo ularni ajratish sxemasi juda murakkab va energiya talab qiladi.
Ma'lum turli yo'llar bilan uglevodorod xomashyosini piroliz qilish jarayonida etilen hosildorligini oshirishga qaratilgan.
Ma'lum usul bo'yicha [av. St. SSSR No 364656, 1972] piroliz jarayonida hosil boʻlgan smola elektrokrekingdan oʻtkaziladi, soʻngra kreking gazini piroliz gazi bilan aralashtirish va aralashmani katalizator ishtirokida 180-320°C da gidrogenlash amalga oshiriladi. Elektrokreking usulida olingan asetilen etilenga gidrogenlanadi va shu bilan maqsadli mahsulotning hosildorligini oshiradi.
Bu usulning kamchiligi shundaki, gidrogenlash fraktsiyasiga yuborilgan tarkibida ˜8 wt.% asetilen bo'ladi. Bunday katta miqdordagi asetilenning gidrogenatsiyasi yuqori issiqlik chiqishi tufayli jiddiy qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi va, qoida tariqasida, sanoatda qo'llanilmaydi. Bundan tashqari, elektrokreking paytida sezilarli miqdordagi kuyikish hosil bo'ladi, bu esa bu jarayonni atrof-muhit tomonidan qabul qilinishi mumkin emas. Bundan tashqari, usul elektr energiyasi uchun sezilarli xarajatlarni talab qiladi, bu jarayonning iqtisodiy nuqtai nazaridan mos kelmaydi.
Uglevodorod xom ashyosini 790-850 ° S haroratda bug' ishtirokida piroliz qilish yo'li bilan etilen va propilenni birgalikda ishlab chiqarishning ma'lum usuli, bu ma'lum bir tarkibdagi etan, propan va butan aralashmasidan iborat. uglevodorod xom ashyosi sifatida ishlatiladi (qat'iy belgilangan propan miqdori 13,38 -28,95 og'irlik.%) va piroliz muayyan sharoitlarda amalga oshiriladi 
Maqsadli mahsulotlarning hosildorligini oshirish uchun etilen va propilen ajratish ustunlarining pastki mahsulotlari qo'shimcha xom ashyo sifatida ishlatiladi - uglevodorod xom ashyosi pirolizining gazni ajratish bosqichida etan va propan, shuningdek, keng fraktsiyadan ajratilgan butan fraktsiyasi. uglevodorodlar yoki jarayondan qaytgan butan fraktsiyasi butan sifatida ishlatiladi.butan dehidratsiyasi.
Kamchilik bu usul propan va butanlar bilan birgalikda piroliz jarayonida etanning past konversiyasidir. Shunday qilib, piroliz mahsulotlarida xomashyodagi etan kontsentratsiyasi ˜30 wt.% bo'lsa, uning miqdori kamaymaydi, aksincha, oshadi (˜ 34 g. % gacha), ya'ni. etan aylantirilmaydi, lekin jarayonda hosil bo'ladi. Xom ashyoda etan kontsentratsiyasi ˜71 wt.% bo'lsa, uning konversiyasi ˜50% ni tashkil qiladi, bu sanoatda foydalanish uchun etarli emas, chunki odatda etanning piroliz jarayonida konvertatsiya qilish darajasi 60% yoki undan ko'p. Ushbu usuldan foydalanganda etanning qayta ishlanishi keskin oshadi, bu esa uskunaning o'lchamlarini va energiya resurslarini sarflashga olib keladi.
Ushbu usulning nochorligi, shuningdek, uni maqsadli mahsulot sifatida faqat etilen olishga qaratilgan tarmoqlarda (masalan, etilen oksidi va glikollarni ishlab chiqarishda) qo'llashning mumkin emasligi, bu erda propilen, propan, C 4 uglevodorodlarini ajratib olish amaliy emas. , bu ishlab chiqarish sxemasini juda murakkablashtiradi.
Prototip sifatida etilen ishlab chiqarish uchun EP-300 sanoat korxonalarida ishlatiladigan uglevodorod xom ashyosini piroliz qilish yo'li bilan etilen olish usuli.
Usul shundan iboratki, uglevodorod xomashyosi (benzin fraktsiyasi) 750-870 °C haroratda quvurli pechlarda suv bug'lari bilan aralashmada pirolizga uchraydi. Piroliz mahsulotlari sovutish, siqish, tozalash va quritish bosqichlaridan o'tib, gazni ajratishga kiradi. Gazni ajratish birligi - bu alohida fraktsiyalar piroglardan ajratilgan ustunlar tizimi: vodorod va metan, etan-etilen, propan-propilen, C₄ fraktsiyasi, C₅ fraktsiyasi va pirokondensat. Izolyatsiya qilingan etan-etilen fraktsiyasini ajratishdan oldin uni atsetilen aralashmalaridan, propan-propilen fraktsiyasini propin (metilatsetilen) va propadien (allen) aralashmalaridan tozalash uchun selektiv gidrogenatsiyaga duchor bo'ladi. Bundan tashqari, tozalangan etan-etilen fraktsiyasidan mos ravishda etan va maqsadli etilen, tozalangan propan-propilen fraktsiyasidan propan va propilen ajratiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, etan-etilen fraktsiyasidan ajratilgan etan, propan-propilen fraktsiyasidan ajratilgan propan piroliz uchun qaytariladi, qolgan mahsulotlar tizimdan chiqariladi va turli neft-kimyo jarayonlarida xom ashyo sifatida ishlatiladi.
Ushbu usulning kamchiliklari, avvalgi usulda bo'lgani kabi, uglevodorod xom ashyosining piroliz mahsulotlarini ajratishning murakkab va energiya talab qiladigan sxemasi, shuningdek, maqsad sifatida faqat etilenni olishga qaratilgan sanoatda usuldan foydalanishning maqsadga muvofiq emasligi. mahsulot (masalan, etilen oksidi va glikollar ishlab chiqarishda). Faqat etan jarayonga xom ashyo sifatida qaytariladi, bu talab qiladi katta xarajat xom ashyolar.
Maqsadi: etandan og'irroq (suyuq uglevodorodlar, shu jumladan suyultirilgan gazlar) uglevodorod xom ashyosining piroliz mahsulotlaridan etilen olish usulini ishlab chiqishdan iborat bo'lib, bu jarayonni soddalashtirish, etilen unumini oshirish va etilen hosildorligini kamaytirish imkonini beradi. pirolizga etkazib beriladigan xom ashyo iste'moli.
Muammo etilendan og'irroq bo'lgan uglevodorod xomashyosini 750-870 ° C haroratda trubkali pechda etilenli fraktsiyani ajratish bilan piroliz qilish yo'li bilan etilen olish uchun taklif qilingan usul bilan hal qilinadi. Usul C₃-S₅ uglevodorodlarning bir qismi vodorod / fraktsiya C₃ - molyar nisbatda suyuq fazada palladiy katalizatori ishtirokida parafinlarga gidrogenatsiyaga uchraydigan piroliz mahsulotlaridan ajratilishi bilan farq qiladi. C₅ 0,8-2,5 ga teng va vodorodlangan C₃ -C₅ fraktsiyasining qayta ishlanadigan qismi gidrogenlash reaktoriga 10-20: 1 ga teng bo'lgan gidrogenlash reaktoriga kiradigan boshlang'ich C₃-C₅ fraktsiyasiga nisbatda gidrogenlash mahsulotlari yangi uglevodorodlar bilan oldindan aralashtirib, piroliz uchun qo'shimcha xom ashyo sifatida yuboriladi.