Источник: Збірка тез доповідей Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт за напрямком "Хімічна технологія та інженерія" (22-24 березня 2010 р., м. Донецьк) - Донецьк: 2010. - 119 с.
Сирий бензол, який отримують з коксового газу, є складною сумішшю хімічних (ароматичних) сполук, головними з яких є бензолові вуглеводні (бензол і його гомологи). Їх вміст складає 80–90 %. Як домішки в сирому бензолі містяться ненасичені та сірчисті сполуки, феноли, піридинові основи і ін. Найбільш поширеними методами очистки сирого бензолу є сірчанокислотний метод та каталітична гідроочистка, в яких важливою технологічною операцією є виділення сірковуглецевої (головної) фракції. Склад сірковуглецевої фракції залежить від умов ректифікації і складу початкового сирого бензолу.
Головна фракція утворюється при безперервній ректифікації сирого бензолу. До складу головної фракції входять такі компоненти: сірковуглець, циклопентадієн, легкокиплячі ненасичені сполуки (амілени) та насичені вуглеводні, бензол.
Головною метою переробки головної фракції є виділення з неї сірковуглецю. Переробку головної фракції в промисловості проводять методом термічної полімеризації, який є тривалим, енергоємним та пожежно небезпечним. Тому постає питання розробки нових методів переробки сірковуглецевої фракції. Нами досліджено можливість витягнення сірковуглецю із головної фракції шляхом зв'язування його водним розчином аміаку, який є дешевою та доступною сировиною. Взаємодія сірковуглецю з аміаком може відбуватися за (1) або (2) реакцією в залежності від умов проведення:
S
||
CS2 + 2NH3 > H2N−C−S−NH4
дитіокарбамінат амонія
S S
|| ||
H2N−C−S NH4 → H2N−C−NH2 + H2S
тіомочевина
_______________________________________
>120 0С
CS2 + 2NH3→ H2NC(S)NH2 + H2S (1)
тіомочевина
S
медл. ||
S=C=S + NH2−H ↔ H2N−C−SH
дитіокарбамінова к-та
S S
|| швидк. ||
NH3 + H2N−C−S−H ↔ H2N−C−S−NH4
дитіокарбамінат амонія
H2N−C−SH ↔ HN=C=S + H2S
роданистоводнева к-та
__________________________________________
<120 0С
S=C=S + NH2−H → NH4S−C≡N + H2S (2)
роданистий амоній
Для проведення реакції використовували дві проби головної фракції сирого бензолу, які відрізняються вмістом сірковуглецю, і водний розчин аміаку.
З метою уникнення втрат летючих компонентів реакційної суміші (сірковуглецю, бензолу, аміаку) реакцію проводили в герметичному автоклаві.
Було досліджено вплив температури, співвідношення реагентів та часу контакту реагентів на ступінь витягування CS2 з головної фракції сирого бензолу.
Аналіз органічної фази після досліду проводився хроматографічним методом.
Для визначення оптимального часу контакту головної фракції сирого бензолу та аміаку був досліджений вплив часу контакту на ступінь витягнення CS2 шляхом зміни часу нагрівання суміші головної фракції та аміаку в автоклаві. При збільшенні часу контакту (рис.1) ступінь витягування CS2 збільшується. При часі контакту 1 година ступінь витягування складає 85,22 %, при 5 годинах – 97,1 %. Оптимальний час для проведення подальших дослідів був прийнятий час – 3 години.
Рисунок 1 – Залежність ступеня витягнення CS2 від часу контакту
головної фракції та аміаку
Мольне відношення NH3 : CS2 = 5:1, температура t=115 0С
Вплив надлишку NH3 досліджували шляхом зміни відношення CS2 : NH3. При збільшенні відношення сірковуглеця і аміаку (рис.2) при постійній температурі (t=120 0С) ступінь очищення підвищується. При відношенні 2:1 ступінь витягнення складає 77,34 %, при 7:1 – 99,84 %.
Рисунок 2 – Залежність ступеня витягнення CS2 з ГФСБ від зміни
відношення NH3 : CS2
Температура t = 120 0С, час витримки τ = 3 год.
Вплив температури був досліджений для головної фракції сирого бензолу з вмістом сірковуглецю 19,8 % (проба 1) та 26,6 % (проба 2). При підвищенні температури (рис.3) ступінь очищення збільшується.
За результатами дослідів видно, що при збільшенні температури в інтервалі 80 – 160 0С ступінь витягнення змінюється для проби 1 від 75,51 до 99,11 %, а для проби 2 від 91,76 % до 99,99 %. При збільшенні температури для проби 2 спостерігається незначна зміна ступеня витягнення CS2 з ГФСБ. Оптимальну температуру приймаємо рівною 115 – 120 0С.
Рисунок 3 – Залежність ступеня витягнення CS2 від температури
проба 1: мольне відношення NH3 : CS2 = 5:1, час витримки τ = 3 год;
проба 2: мольне відношення NH3 : CS2 = 7:1, час витримки τ = 3 год.
Показана принципова можливість практично повного витягування сірковуглецю з головної фракції методом обробки її водним розчином аміаку з отриманням продуктів, які можна використовувати для органічного синтезу.
© ДонНТУ Колбаса В.О. 2010