Дегидрирование этилбензола

Лабораторная работа.

Дегидрирование этилбензола.

Дегидрирование этилбензола (и изопропилбензола) является основным крупнотоннажным процессом производства стирола (соответственно - α-метилстирола) – важнейшего мономера для производства каучуков и пластмасс.

На основе стирола производят бутадиен-стирольные каучуки общего назначения, аморфные и кристаллические полистиролы, ударопрочный полистирол, АБС-пластик и т.д. Ударопрочный полистирол (особое сочетание полистирола и каучука) используется в качестве конструкционного материала для изготовления корпусов приборов и аппаратов, объемных деталей бытовых и промышленных холодильников, емкостей, бутылок, посуды разового пользования, мебели, конторского оборудования, игрушек, осветительных приборов и арматуры к ним.

На основе стирола получают термопластичный тройной сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола, получивший название АБС-пластика (по начальным буквам  мономероа).

АБС-пластик – это темноокрашенный материал, обладающий высокими влаго-, масло-, кислото- и маслостойкостью, устойчив к действию органических растворителей. По механической прочности, ударной вязкости, теплостойкости и жесткости он превосходит ударопрочный полистирол.

На основе АБС-пластика готовят крупные детали автомобилей (приборные щитки, элементы ручного управления), корпуса  теле- и радиоаппаратуры, телефонов, спортинвентаря, мебели, изделий сантехники.

Вышеизложенное обусловливает очень большие масштабы производства стирола – несколько миллионов тонн в год.

Стирол – это жидкость со специфическим резким запахом, температура кипения его 145 оС, температура плавления составляет –30,6 оС. Легко полимеризуется при хранении без ингибитора полимеризации, поэтому для длительного хранения его заправляют гидрохиноном. Перед полимеризацией гидрохинон удаляют щелочными растворами, а стирол дополнительно перегоняют.

Сырьем для производства стирола служит этилбензол, получаемый алкилированием бензола этиленом в присутствии катализаторов, чаще всего хлорида алюминия.

Термодинамика процесса дегидрирования этилбензола.

Основная реакция дегидрирования этилбензола:

С6Н5-СН2СН3 ⇔ С6Н5-СН=СН2 +Н2

сопровождается побочными реакциями, приводящими к образованию продуктов разложения:

С6Н5-СН=СН2 +Н2  ⇒  С6Н6 + СН2=СН2

С6Н5-СН=СН2 + 2Н2     ⇒ С6Н5СН3 + СН4

Дегидрирование этилбензола является обратимым эндотермическим каталитическим процессом, протекающим с увеличением объема. В соответствии с принципом Ле Шателье протеканию реакции в прямом направлении способствуют высокие температуры и низкие давления.

Равновесные степени превращения этилбензола при 0.01 МПа. и различных температурах:

Равновесная конверсия, %                         10        30        50        70        80

Температура дегидрирования, оС                 465     565        620        665        710

Снижение давления существенно влияет на конверсию этилбензола. При этом важно не столько общее давление в системе, а парциальное давление этилбензола. Осуществить дегидрирование этилбензола под вакуумом в промышленным условиях вполне возможно, однако технически более сложно, а экономически более дорого по сравнению с методом снижения парциального давления этилбензола в присутствии инертного разбавителя. В качестве последнего можно использовать любой  газ, не реагирующий с условиях реакции с компонентами реакционной массы и катализатором. Однако в этом случае возникают проблемы отделения продуктов дегидрирования  и разбавителя. Наиболее простым решением вопроса является использование в качестве разбавителя водяного пара, который после проведения процесса и охлаждения контактного газа легко отделяется за счет конденсации водяных паров.