Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Кузбасский государственный технический университет”

Кафедра химической технологии твердого топлива и экологии

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по общей химической технологии

на тему: Производство алкансульфонатов

Выполнила:

Студентка гр. ХО - 101

Шадырко К.Р.

Проверил: А.В.Папин

Кемерово 2013.

Содержание

Введение

1. Технико-экономическое обоснование процесса

2. Физико-химическое обоснование процесса

3. Технологическая схема

Заключение

Список литературы

Введение

Темой курсового проекта было производство алкансульфонатов. Целевым продуктом, представленного синтеза, является алкилсульфонат натрия. Химическая формула R - SО2ONa. Смесь натриевых солей алкилсульфоновых кислот с длиной цепи алкильного радикала С11-С18, полученного из н-парафинов.По внешнему виду представляет собой пасту от белого до светло-желтого цвета. Однородную по составу после подогрева до температуры 50°С и перемешивания.

Алкансульфонаты применяют как эмульгатор, поверхностно-активное вещество для получения синтетических моющих средств. Хорошо растворяются в воде, слабо - в органических растворителях. Устойчивы в разбавленных растворах солей, кислот и щелочей. Хорошие пенообразователи и смачиватели, обеспечивают высокий обезжиривающий эффект. Алкансульфонаты могут использоваться как анионные ПАВ в текстильных и кожевенных вспомогательных средствах, а также в рецептурах для технических и бытовых моющих средств. Высокоэффективный антистатик длительного действия для полистирола и его сополимеров. Они разрешены к применению в пищевой упаковке, но основное применение находят в производстве товаров народного применения.

Производство алкансульфонатов осуществляется в две стадии. На первой стадии образуются алкансульфохлориды посредством радикального, фотохимически инициированного сульфохлорирования алкана хлором и диоксидом серы. На второй стадии происходит омыление алкансульфохлорида с помощью натриевого щелока до алкансульфоната. Реакционный продукт состоит в основном из алканмоносульфоната, преимущественно во вторично-замещенном положении в углеводородной цепи.

1. Технико-экономическое обоснование процесса

Технология получения алкансульфонатов: Процесс получения алкансульфонатов осуществляют фотохимическим способом в колонных аппаратах, снабженных по всей высоте устройствами для облучения смеси ртутно-кварцевыми лампами. Проверен и радиационно-химический метод с -облучением источником 60Co. При непрерывном производстве часто применяют единичную барботажную колонну, хотя из-за развития обратного перемешивания при барботировании газа в таком аппарате несколько ухудшается состав реакционной смеси. Предложено проводить процесс и в каскаде барботажных аппаратов или в секционированной колонне с тарелками или решетчатой колонне.

Непрореагировавший углеводород после его отделения от продуктов реакции возвращают на сульфохлорирование. Необходимость такой процедуры вызвана малой поверхностной активностью дисульфонатов и экономией в расходе сырья. В промышленной практике реакцию чаще всего ведут до накопления 30% (масс.) сульфонилхлоридов с рециркуляцией 70% (масс.) нейтрального масла. При этом сульфонилхлориды содержат около 94% (масс.) моно- и 6% (масс.) дизамещенных соединений

Синтезируемый нами продукт относится к анионным ПАВ, представляющим собой типичные моющие средства: соли высших алифатических карбоновых кислот (мыла), алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты и др. Анионом в молекулах таких ПАВ обычно является алифатический углеводородный радикал С10-С18, бензольные, нафталиновые ядра, связанныес карбоксильными, сульфоновыми или другими полярными группами. Катионом у этих ПАВ может быть ион металла, ионаммония или органический ион.Среди анионоактивных ПАВ наибольшее распространение получили органические соединения серы. Это -соединения,входящие в состав современных моющих средств и других полезных продуктов.Среди ПАВ чаще всего используют анионоактивные на базеорганических соединений серы - алкилбензолсульфонатов, алкилсульфатов, алнансульфонатов и т.д. В последние годы в мире наметилась тенденция к снижению температуры стирки. Поэтому резко увеличилось потребление неионогенных ПАВ: оксиэтилированных спиртов, фенолов и аминов. По этой же причине расширяется применение в составе СМС ферментов(биодобавок), катионных антистатиков и мягчителей

Обычно ПАВ выпускают в обогреваемых железнодорожных цистернах, бочках из коррозионно-стойкой стали.

Транспортируют железнодорожным и автотранспортом.

Хранят в резервуарах, внутренняя поверхность которых защищена покрытием, исключающим контакт металла с продуктом.

Алкансульфонаты малотоксичены, обладают слабо выраженными раздражающими свойствами. Защищать кожные покровы.

Гарантийный срок хранения 12 месяцев.

2. Физико-химическое обоснование процесса

2 Процессы сульфирования. ПАВ типа алкен- и аренсульфонатов

Серная кислота и ее производные не реагируют с парафинами, в отличие от олефинов и ароматических соединений. Поэтому для получения алкансульфокислот и их солей использовали другие реакции, например взаимодействие алкилхлоридов с сульфитом натрия, радикально-цепное присоединение гидросульфита натрия к олефинам, окисление меркаптанов:

К 1940 г. Были открыты две важные реакции насыщенных углеводородов - сульфохлорирование и сульфоокисление, занявшие для углеводородов этого класса такое же место, как действие серной кислоты и ее производных на ароматические соединения.

Сульфохлорирование парафинов

Сульфохлорирование состоит во взаимодействии диоксида серы и хлора с парафином при облучении:

Диоксид серы и кислород при облучении или в присутствии инициаторов радикально-цепных реакций образуют с парафинами сульфокислоты (реакции сульфоокисления):

Благодаря этим процессам стало возможным получать сульфокислоты алифатического ряда путем замещения атомов водорода в парафинах.

Моющие вещества получают при нейтрализации соответственно сульфонилхлорида и сульфокислоты щелочью. Полученные алкансульфонаты по своим поверхностно-активным и моющим свойствам уступают алкилсульфатам и сульфонолам, особенно при их применении в жесткой воде. Чем ближе находится сульфонатная группа к концу углеродной цепи, тем лучше свойства продукта. Максимальной поверхностной активностью обладают сульфонаты с прямой цепью из 14-16 углеродных атомов, чем определяется выбор сырья (керосиновая фракция парафинистой нефти или мягкие парафины, выделенные при помощи цеолитов или карбамида). Вследствие клейкости и слабой кристалличности алкансульфонаты используются главным образом в виде водных растворов в качестве эмульгаторов, вспомогательных средств, жидких мыл и добавок к другим моющим веществам.

Реакцией сульфохлорирования, открытой в 1936 г. Ридом и Хопфом, получают поверхностно-активные вещества типа алкансульфонатов. Для этого сульфохлориды действием щелочи переводят в соли сульфокислот:

Алифатические сульфохлориды - весьма реакционноспособные вещества, пригодные для синтеза ряда ценных продуктов. Они реагируют со спиртами, фенолами, аминами и дают сложные эфиры и амиды (RSO2OR', RSO2NHR'), которые находят применение в качестве пластификатров и промежуточных продуктов. Сульфохлорирование полиэтилена дает каучукоподобный полимер, легко вулканизируемый диаминами.

Основные закономерности реакции

Сульфохлорирование является сильно экзотермическим и необратимым процессом; его осуществляют путем барботирования газообразных диоксида серы и хлора через исходный реагент при облучении ультрафиолетовым светом. Аналогично хлорированию парафинов реакция протекает по следующему механизму:

По имеющимся данным, квантовый выход достигает 2000.

Чтобы избежать ингибирования реакции кислородом, при сульфохлорировании необходимо пользоваться газом, полученным испарением жидкого хлора. Кроме того, предъявляются дополнительные требования к качеству органического сырья: оно не должно содержать серосодержащих и других примесей, оказывающих ингибирующее действие. Одной из подобных реакций при сульфохлорировании является параллельное фотохимическое хлорирование исходных реагентов с образованием хлорпроизводных:

Очевидно, что подавлению хлорирования способствует избыток диоксида серы по отношению к хлору. В случае углеводородов с прямой цепью уже при мольном отношении SO2 : CI2 = 1,1:1 доля реакции хлорирования составляет 3-5%, что вполне приемлемо для промышленной практики. Олефины и ароматические углеводороды при сульфировании преимущественно хлорируются. Поэтому их примеси к исходному сырью недопустимы, и сырье нужно подвергать соответствующей очистке.

Некоторая часть хлорпроизводных получается также за счет десульфирования сульфонилхлоридов с выделением диоксида серы:

Этому разложению способствует повышенная температура, вследствие чего при сульфохлорировании ее ограничивают величиной 30-350С.

Относительная реакционная способность различных атомов водорода при сульфохлорировании иная, чем при хлорировании из-за пространственных затруднений при подходе молекулы диоксида серы к третичному алкильному радикалу: втор- > перв- > трет-. Это приводит к тому, что при сульфохлорировании изопарафинов доля побочной реакции хлорирования значительно повышается. В случае н-парафинов C12-C18 получаются преимущественно вторичные сульфонилхлориды, в которых CISO2-группа находится при любом из вторичных атомов углерода.

Образующиеся хлорпроизводные также могут сульфохлорироваться. Вследствие этого при сульфохлорировании углеводородов, особенно с их рециркуляцией, когда постепенно накапливаются хлорпроизводные, побочно появляются хлорсульфонилхлориды:

Сульфохлорирование, как и хлорирование парафинов, принадлежит к типу последовательно-параллельных процессов. Образовавшийся вначале моносульфохлорид подвергается дальнейшему замещению, при котором получается дисульфонилхлорид и т. д.:

Вторая стадия протекает медленнее первой, так как хлорсульфонильная группа снижает способность к дальнейшему замещению. Вследствие этого максимальное содержание моносульфонилхлорида в реакционной массе довольно высок и достигает 50% (мол.). При этом состав продуктов зависит, как и в других аналогичных случаях, от соотношения исходных реагентов, т.е. от относительных количеств хлорсульфонильных групп и исходных молекул углеводорода в реакционной массе. Следовательно, для получения моносульфохлорида нужен избыток углеводорода, а в реакционной массе допускается накопление только ограниченного количества сульфонилхлоридов. Непрореагировавший углеводород после его отделения от продуктов реакции возвращают на сульфохлорирование. Необходимость такой процедуры вызвана малой поверхностной активностью дисульфонатов и экономией в расходе сырья. В промышленной практике реакцию чаще всего ведут до накопления 30% (масс.) сульфонилхлоридов с рециркуляцией 70% (масс.) нейтрального масла. При этом сульфонилхлориды содержат около 94% (масс.) моно- и 6% (масс.) дизамещенных соединений

3. Технологическая схема

алкилсульфонат углеводород олефин

Хлор, полученный испарением жидкого хлора, и газообразный SO2 в 5% избытке по отношению к CI2 подают в низ сульфохлоратора через распределительные трубы; они барботируют через слой жидкости, заполняющей колонну.

Туда же вводят, свежую парафиновую фракцию и непревращенный углеводород, отделенный от продукта.

Тепло реакции снимается в выносном холодильнике, через который реакционную смесь прокачивают насосом.

Отходящие из колонны газы состоят из HCI и непревращенного SO2. Они поступают в блок очистки, в нем HCI поглощают водой с получением с концентрированной соляной кислоты, и затем осуществляют санитарную очистку газа в щелочном скруббере.

Полученная смесь из сульфохлоратора через боковой перелив поступает в отдувочный аппарат, где из нее током воздуха удаляют растворившиеся HCI и SO2.

Затем смесь нейтрализуют водным раствором щелочи при ?1000С в нейтрализаторе и отстаивает в сепараторе. Верхний слой содержит непревращенные углеводороды и небольшое количество алкилхлоридов, которые насосом возвращают на сульфохлорирование. Водный раствор, собирающийся в нижней части сепаратора, охлаждают в холодильнике до 5-100С и отстаивают в сепараторе.

При указанной температуре и определенном количестве воды в смеси происходит «выслаивание» алкансульфонатов из раствора, и они собираются вверху в виде клейстера. Нижний слой водного раствора поваренной соли (рассол) еще содержит до 20% алкансульфонатов, которые приходится экстрагировать спиртом.

Клейстер алакнсульфонатов из сепаратора 10 разбавляют водой до 20% концентрации в смесителе и отбеливают хлором в колонне. Раствор поступает затем на вакуум-выпаривание, при котором получают готовый продукт в виде 50-60% раствора алкансульфонатов в воде.

Заключение

Алкансульфонаты являются важным промышленным продуктом, входящим в состав многих средств бытовой химии .Удельный вес анионных ПАВ постепенно уменьшается за счет роста выпуска катионных и особенно неионогенных ПАВ. К 1980 г. объем выпуска неионогенных ПАВ достиг уровня анионоактивных.

По данным Международного конгресса (2002), мировое потребление ПАВ в моющих и чистящих средствах в 2002 г. оценивалось в 5,2 млн. т, в 2005г. -- в 6,4 млн. т. В законодательном порядке был ус­тановлен минимальный уровень биоразлагаемости для CMC и исходящих продуктов (не ниже 80 %). В 2004 г. введен новый стандарт, согласно которому CMC должны иметь биоразлагаемость не менее 90 %, что значительно способ­ствует осуществлению мероприятий, связанных с защитой окружающей среды. Моющая способность анионных соединений усиливается с увеличением содержания углерода в цепочном радикале от 10 до 20 атомов. Анионные ПАВ с разветвленным цепочным радикалом слабо разрушаются на биологических очистных сооружениях.

Они обладают пенообразующей способностью, что явилось основанием для ограничения их присутствия в воде водоемов до 0,5 мг/л. Анионные ПАВ оказывают менее выраженное токсическое действие, чем катионные. Из анионных ПАВ токсичность выше у соединений, содержащих ароматическое кольцо, по сравнению с веществами, у которых гидрофобная часть молекул представлена жирными радикалами. Выраженное гемолитическое действие оказывают анионные соединения. Алкилсульфаты являются более сильными гемолитическими агентами, чем четвертичные аммониевые соединения. Гемолиз, вызванный ПАВ, задерживается в присутствии холестерина, фосфолипидов, сыворотки или плазмы.

Список литературы

1. Варгафтик, Н.Б.Справочник по теплопроводности жидкостей и газов/Филипов Л.П.-М.:Энергоатомиздат,1990.-352с.

2. Габриэлян, О.С. Химия/ Остроумов И. Г.- М.: Дрофа, 2008.

3. Чичибабин, А. Е. Основные начала органической химии.-М.: Госхимиздат, 1963. - 922 с.

4. Лебедев, Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза.- М.: Химия,1988. - 592 с.

5.Неведров,А.В.Общая химическая технология/ПапинА.В..-Кемерово,2005.-29с.

6.Никольский,Б.П.Справочник химика.-Л.:Химия.1982,т.1.-749с.

7.Паушкин,Я.М. Технология нефтехимического синтеза/ Адельсон С. В., Вишнякова Т.П.- М.: Химия.- 1973. - 448 с.

8. Юкельсон, И.И. Технология основного органического синтеза.- М.: Химия, 1968.

Размещено на Allbest.ru