Технология получения винилацетата окислением этилена в присутствии уксусной кислоты (стр. 1 из 5)

Среди кислородосодержащих соединений, получаемых в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза, сложные виниловые эфиры, наиболее важным из которых является винилацетат, занимают одно из первых мест.

Значение винилацетата возросло с развитием промышленности пластиков, так как он полимеризуется с образованием смол, обладающих хорошими механическими и оптическими свойствами. Широкое распространение в промышленности винилацетат нашел, прежде всего, в качестве мономера. Среди полимерных продуктов, получаемых из винилацетата, наиболее широкое применение нашли поливинилацетат, поливиниловый спирт и поливинилацетали.

Поэтому, в связи с широкой применимостью и распространённостью в промышленности винилацетата, перед современной химической промышленностью стоит задача разработать методы и пути интенсификации получения винилацетата, улучшения качества продукта, уменьшения затрат на ее производство.

Цель работы: ознакомиться с технологией получения винилацетата окислением этилена в присутствии уксусной кислоты в современных условиях, рассмотреть их позитивные и негативные стороны.

1. Свойства винилацетата

Винилацетат

(СН₂=CH-OCO-CH₃) относится к сложным виниловым эфирам и представляет собой виниловый эфир уксусной кислоты. Винилацетат - бесцветная жидкость с характерным запахом. [8]

Регистрационный номер CAS - 108-05-4. [8]

Физические свойства: Т_пл = - 93°С, Т_кип = 72,7°С. [8]

Молекулярная масса - 86,09 г/моль. [8]

Плотность ρ = 0,934 г/см³ [8]

Химические свойства: хорошо растворим в обычных органических растворителях; растворимость в воде при 20° С составляет 2,0 - 2,4% (мас). Винилацетат образует азеотропные смеси с водой, спиртами, углеводородами. [8]

Винилацетат способен и к сополимеризации с теми мономерами, для которых характерна полимеризация, протекающая по свободно-радикальному механизму. Важнейшим свойством винилацетата выступает его способность к полимеризации, которая протекает по ионному механизму и катализируется кислотными агентами (протонными - НСlO₄, Н₃РО₄, Н₂SO₄, CF₃COOH и др. и апротонными (кислоты Льюиса) - BF₃, SbCl₅, SnCl₄, А1С1₃, TiCl₄, ZnCl₂ и др. [8]

2. Применение винилацетата

На схеме ниже показаны основные направления применения винилацетата [5].

Поливинилацетат [ - СН₂ СН (ОСОСН₃) -] _nявляется нетоксичным бесцветным термопластическим материалом, плохо поглощающим воду. Благодаря растворимости во многих органических растворителях, эластичности и адгезионным свойствам поливинилацетат обладает высокой клеящей способностью и применяется для производства водорастворимых латексных красок, клеев, для аппретирования тканей и т.д., наиболее пригоден в качестве материала для горячей укупорки покрытий. Кроме того, широко распространены его сополимеры с винилхлоридом (винилит), этиленом, эфирами акриловой кислоты, стиролом и др [5].

Поливиниловый спирт ПВС [ - СН₂ СН (ОH) -] _n растворим в воде и используется в качестве эмульгатора и загустителя водных растворов, а также для изготовления бензостойких и маслостойких шлангов, уплотнителей, маслонепроницаемой бумаги и, главным образом, волокна, выпускаемого под разными названиями: "винол", "винал" (США), "куралон", "винилон" (Япония) и др. [5].

Поливинилацетали обладают высокой адгезией к различным поверхностям и применяются в клеевых композициях, в качестве связывающих в производстве стеклотекстолита, для электроизоляционных покрытий и т.д.

В частности, промышленное значение имеют: поливинилформаль - при производстве эмалей (в сочетании с резольными смолами) для покрытия электропроводов, при изготовлении связывающих, а также бензостойких пленок и баков для бензина, в которых самопроизвольно затягиваются отверстия, возникающие при повреждениях, и т.д.; поливинилэтилаль - при производстве высокостойких бесцветных пленок и связывающих для покрытия по дереву; поливинилбутираль (бутвар) - в качестве материала для прослоек в многослойных автомобильных и самолетных безосколочных стеклах, при производстве клеев, пленок, покрытий и т.д. [5].

Сополимерам с винилхлоридом [ - СН₂ СН (ОСОСН₃) -] _х [ - СН₂ СНCl ] _y (97 - 75% по масс. последнего) часто присваиваются торговые названия ПВХ: весталит, хосталит, виннол (ФРГ), люковил (Франция), кюрвик, джеон (Великобритания), сикрон, виплавил (Италия), сольвик (Бельгия) и др.

Сополимеры с этиленом [ - СН₂ СН (ОСОСН₃) -] _х [ - СН₂ СН₂ -] _унаходят широкое применение в производстве различных типов плёнок, кабельных оболочек, транспортёрных лент, в качестве присадок, улучшающих низкотемпературные характеристики нефтепродуктов, клеев - расплавов и в других областях техники.

3. Общие методы получения винилацетата

Метод получения из ацетилена и уксусной кислоты:

Газофазным способом.

Тщательно очищенный ацетилен насыщают парами уксусной кислоты и подогретую парогазовую смесь направляют в трубчатый контактный аппарат. Трубки контактного аппарата заполнены катализатором - ацетатом цинка или кадмия на высокопористом носителе (активированный уголь, силикагель, оксид алюминия). Температура процесса 180 - 200 °С. В начальный период катализатор обогревают высококипящим органическим теплоносителем, циркулирующим в межтрубном пространстве контактного аппарата; при установившемся процессе тепло реакции требуется отводить, что осуществляется при помощи этого же теплоносителя, охлаждаемого в выносном холодильнике. Парофазное винилирование проводят при большом избытке ацетилена. Чем выше мольное отношение ацетилена к уксусной кислоте, тем больше степень превращения кислоты за один проход через катализатор. Наибольшая степень превращения достигается при мольном отношении ацетилена к кислоте от 8: 1 до 10:

1. Однако вследствие трудности последующего выделения винилацетата из очень разбавленных контактных газов приходится проводить при значительно меньшем избытке ацетилена (4: 1 и даже 3:

1). При этом степень превращения за один проход снижается и увеличивается количество непрореагировавшей кислоты, которую выделяют из контактных газов и возвращают в процесс. [1]

Жидкофазным способом.

Жидкофазный процесс производства винилацетат осуществляют при 60 - 65 ° С, пропуская с большой скоростью избыток ацетилена через реактор, в котором находится смесь ледяной уксусной кислоты и уксусного ангидрида, содержащая диспергированные ртутные соли. Винилацетат по мере его образования выводится из зоны реакции в виде паров, увлекаемых избыточным ацетиленом. Пары винилацетата конденсируют и направляют на ректификацию. Отделяемый от жидкости ацетилен возвращают в производственный цикл. [4]

Из двух представленных методов получения винилацетата из ацетилена и уксусной кислоты в Российской Федерации, в основном, используется газофазный способ. Жидкофазное получение более популярно за рубежом.

Рисунок 1. Технологическая схема получения винилацетата из ацетилена и уксусной кислоты парофазным методом: 1 – колонна – испаритель; 2, 10, 21 – сепараторы; 3, 6 – теплообменники; 4 – подогреватель; 5 – реактор; 7, 14 – водяные холодильники; 8 – труба Вентури; 9 – расширитель; 11 – скруббер; 12, 22 – сборники; 13 – насос; 15, 16 – рассольный холодильник; 17, 18, 19 – ректификационная колонна; 20 – дистилляционный куб; I – свежий ацетилен; II – свежая уксусная кислота; III – полимеры и ингибитор; IV – кротоновая фракция; V – лёгкая фракция; VI – винилацетат; VII – бифенильная смесь (теплоноситель); VIII – ацетилен на очистку; IX – скоагуллированная катализаторная пыль; X – тяжёлая фракция (этилендендиацетат, полимеры, ингибитор); XI – вода. [4]

Метод получения окислением этилена в присутствии уксусной кислоты: [1]

Жидкофазным способом;

Парофазным способом.

Даная технология будет подробно рассмотрена в следующем разделе работы.