В реакторе протекает основная реакция получения фенола

C6H5Cl+2NaOH → C6H5ONa + NaCl+H20

и побочные реакции образовании дифенилоксида п оксидифенила:

C6H5ONa+C6H5Cl → (C6H5)2O+NaCl;

2C6H5Cl+2NaOH →С6Н5С6Н4ОН+2NaCl+H20

Выход дифенилоксида в равновесном состоянии составляет около 10% от веса исходного хлорбензола. С целью уменьшения расхода хлорбензола на образование дифенилоксида в него добавляют некоторое количество дифенилоксида. Избыток дифенилоксида будет гидролизоваться в фенол по реакции:

NaOН

(С6Н5)2О + Н20 → 2С6Н5ОН

Поэтому вводимый в реакцию хлорбензол более полно будет превращаться в фенолят натрия и расход его на побочные реакции уменьшится.

Реакция хлорбензола с едким натром экзотермична. Тепла, выделяющегося при реакции, достаточно для поддержания необходимой температуры и, при хорошей теплоизоляции, компенсации потерь в окружающее пространство.

Продукты реакции охлаждаются в змеевике испарителя 11, отдавая свое тепло на испарение воды и дифенилоксида, и дросселируются до атмосферного давления, поступая в полость испарителя. Отогнанный дифенилоксид с парами воды конденсируется в конденсаторе 9 в собирается в сборнике 14. После отделения от воды (на схеме не показано) дифенилоксид частично возвращается в напорный бак 6. Остальное количество идет на очистку и выпускается как готовый продукт, используемый в качестве составной части высокотемпературного органического теплоносителя.

Фенолят натрия стекает из испарителя в сборник 15, из которого центробежным насосом подается в скруббер 10.

Вниз этого скруббера вводится углекислый газ для нейтрализации фенолята по реакции:

2C6H5ONa+C02+H20 → 2C6H5OH+Na2C03

Вытекающие из скруббера 10 продукты реакции расслаиваются в разделительном сосуде 12. Фенольный слой нейтрализуется серной кислотой в нейтрализаторе 16 и отбирается на разгонку с целью выделения товарного фенола. Нижний слой, из разделительного сосуда, подфенольная вода, обрабатывается в каустификаторе 17 гидратом окиси кальция. Образующийся при этом по реакции

Na2C03+Ca(OH)2 → CaCO3+2NaOH

углекислый кальций отфильтровывается на фильтрпрессе 18. Фильтрат упаривается в выпарном аппарате 13.

Выпавшая из раствора поваренная соль отфильтровывается на путч-фильтре 19.

Фильтрат, содержащий едкий натр и некоторое количество фенола, перекачивается в напорный бак 1 для регенерированного едкого натра.

Основные параметры производства

Концентрация едкого натра в растворе перед смешением 15—20%

Отношение едкого натра и хлорбензола в молях от 2,3: 1 до 2,5:1

Содержание дифенилоксида в смеси, поступающей в реактор 0—8%

Давление в подогревателе и реакторе 8 200 атм.

Температура в подогревателе и реакторе 350°С

Температура реакционной массы перед дроссельным

вентилем у испарителя 150—200°С

Давление в испарителе около атмосферного

На 1 г фенола расходуется:

хлорбензола 1,5 т

едкого натра 0,61 г

углекислого газа (30%) 1690 м3

серной кислоты 0,07 т

Схема 2. Технологическая схема производства фенола через хлорбензол

Обозначения на схеме 2:

1, 3, 4, 6 – напорные баки,

2,5 – смесители,

7 – подогреватель,

8 – реактор,

9 – конденсатор,

10 – скруббер,

11 – испаритель,

12 – разделительный сосуд,

13 – выпарной аппарат,

14, 15, 19 – сборники,

16 – нейтрализатор,

17 – каустификатор,

18 – фильтр-пресс.

фенол химический вещество бензол

3. ПРОИЗВОДСТВО ФЕНОЛА ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ ХЛОРИРОВАНИЕМ БЕНЗОЛА

(Схема 3)

По описываемой схеме производство синтетического фенола состоит из 2-х стадий:

1) окислительного каталитического хлорирования бензола хлористым водородом;

2) каталитического гидролиза, получающегося на первой стадии хлорбензола водяным паром.

Обе стадии процесса проводятся непрерывно в паровой фазе. Химизм получения фенола на первой стадии процесса выражается уравнениями:

С6Н6+0,5О2+НС1 → C6H5Cl+H2O,

С6Н5С1+Н20 → С6Н5ОН+НС1

Образовавшийся по реакции (2) хлористый водород возвращается на первую стадию процесса; расход его определяется потерями в производстве, тогда как бензол и кислород непосредственно расходуются на получение фенола по суммарной реакции:

С6Н6+0,5О2 → С6Н5ОН

Для приготовления исходной реакционной смеси пары бензола, идущие из аппарата 24, поступают в перегреватель паров 36, обогреваемый путем сжигания газообразного топлива. Перегретые пары бензола поступают в среднюю часть смесителя паров 1.

Свежая и обратная соляная кислота из напорного бака 2 поступает в испаритель 27. Образовавшиеся в нем пары соляной кислоты смешиваются в верхней части смесителя 1 с воздухом и в средней части с парами бензола. Получившаяся при этом паро-газовая смесь с температурой около 210°С поступает на хлорирование в трубчатый контактный аппарат 37, в межтрубном пространстве которого циркулирует высокотемпературный теплоноситель.

При окислительном хлорировании с катализатором, состоящим из окиси алюминия, пропитанной раствором хлорной меди, в контактном аппарате протекают реакции образования хлорбензола:

4НС1+02 →2С12+2Н20,

С6Н6 + С12 → С6Н5С1+НС1

В результате побочных реакций образуется также некоторое количество полихлорбензолов, окиси углерода и углекислого газа.

Реакционная смесь орошается в парциальном конденсаторе 4 бензолом и водой из сборника 39. Сконденсировавшиеся хлорбензол, бензол, полихлориды, хлористый водород и вода спускаются в сепаратор 40. Верхний слой жидкости, состоящий в основном из хлорбензола, подается центробежным насосом вниз нейтрализационной колонны 35, орошаемой 10-12%-ным раствором щелочи из напорного бака 3. Нейтрализованный хлорбензол промывается водой в колонне 6 и стекает в сборник 41. Пары, поднимающиеся из нейтрализационной колонны 35, конденсируются в конденсаторе 5. Газовая фаза сбрасывается через фазоразделитель 7. Отслоившийся бензол уходит сверху сепаратора 8, снизу его вытекает в сборник 39 вода с небольшой примесью бензола.

Из сборника 41 хлорбензол центробежным насосом подается в дистилляционную колонну 9, предварительно нагреваясь в конденсаторе 12. Выходящие из верхней части пары бензола конденсируются в конденсаторе 10, конденсат направляется в сборник обратного бензола. Кубовая жидкость колонны 10 центробежным насосом подается в дистилляционную колонну 11 для отделения от полихлорбензолов. Пары хлорбензола конденсируются в конденсаторе 12. Окончательная конденсация и охлаждение конденсата происходит в конденсаторе-холодильнике 13. Конденсат собирается в сборнике 44, откуда частично подается на орошение колонны 11. Кубовый остаток из колонны 11, состоящий в основном из полихлорбензолов, перекачивается центробежным насосом в колонну 15 для окончательной отгонки хлорбензола от полихлорбензолов. Пары хлорбензола конденсируются в конденсаторе-холодильнике 13; образовавшийся конденсат поступает в сборник 44. Полихлорбензолы выпускаются из кубовой части колонны 15 в сборник 45 и выводятся из системы. Дистилляционные колонны 9, 11 и 15 обогреваются кипятильниками 42, 43 и 46.