РОЗДІЛЕННЯ ПРОДУКТІВ ОРГАНІЧНОЇ ФАЗИ, ОТРИМАНОЇ ПРИ ОЧИЩЕННІ ГОЛОВНОЇ ФРАКЦІЇ СИРОГО БЕНЗОЛУ ХІМІЧНИМ СПОСОБОМ
Автори: Козлова Л.Г., Кіпря О.В.
Джерело: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Збірка доповідей ХXII Всеукраїнської наукової конференції аспірантів і студентів. Т. 2 - Донецьк: ДонНТУ, ДонНТУ, 2012. - с. 196-197
Головна фракція сирого бензолу (ГФСБ) – це суміш органічних сполук, яку отримують при ректифікації сирого бензолу коксохімічного виробництва. На підприємствах, що переробляють бензол, який отримано з сірчистого донецького вугілля, головна фракція вміщує 20-35% сірковуглецю, 15-35% циклопентадієну, 20-50% бензолу, 2-5% дициклопентадієну, до 10% ненасичених (олефіни C5H10) и до 4,0% насичених сполук (циклопентан й гомологи, пентан, гептан).
Свого часу промислове застосування знайшов спосіб переробки головної фракції методом термічної полімеризації, що заснований на властивості циклопентадієну утворювати під впливом нагріву дициклопентацієн з різко відмінною від інших компонентів фракції температурою кипіння 166,6ºС. Після закінчення процесу сполімеризована фракція ректифікується. Термічна полімеризація зараз на коксохімічних заводах не використовується через її пожежо- і вибухонебезпечність, неекологічність, великі (до 30%) втрати основних компонентів та значні економічні витрати.
Хімічний спосіб переробки полягає у використанні водного розчину аміаку для зв’язування сірковуглецю головної фракції. Взаємодія відбувається за наступними схемами:
Схема 1, t ≥ 120 °С, утворюється тіомочевина
CS2 + 2NH3 → H2N−CS−NH2 + H2S
Схема 2, t = 113 °С, утворюється роданід амонію
CS2 + 2NH3 → NH4−S−C≡N + H2S
Схема 3. Ізомеризація роданіду амонію в тіомочевину, t ≥ 160 °С
NH4−S−C≡N
H2N−CS−NH2
Схема 4. Утворення сірчистого амонію
H2S + 2NH3 → (NH4)2S
Було досліджено вплив температури, мольного співвідношення та часу контакту на ступінь витягування CS2. Після 3 годин нагріву спостерігається незначна зміна ступеня витягування сірковуглецю, тому оптимальним часом для проведення подальших дослідів був прийнятий час – 3 години.
За результатами дослідів, при зміні співвідношення NH3 : CS2 з 2:1 до 7:1 ступінь витягування сірковуглецю збільшується від 77,3 % до 99,8 %. Аналіз отриманих даних показав, що при збільшенні температури з 85 до 150 °С ступінь витягування зростає з 75,5 до 98 % (при співвідношенні NH3:CS2 = 5:1). При температурі 120 °С досягається практично повне витягування сірковуглецю з органічної фази до водної фази в формі роданистих сполук (при співвідношенні NH3:CS2 = 7:1).
Таким чином, згідно з дослідами, було обрано мольне співвідношення NH3:CS2 = 7:1, час контакту 3 години, температура 120 °С.
В результаті
реакцій утворюються сполуки:
Органічну фазу розділяли простою перегонкою, перегонкою з водяною парою та під вакуумом. Результати наведені у таблиці 1.
Таблиця
1 – Результати розділення органічної фази,
% (мас.)
|
Вид перегонки |
Вихідна орг. фракція |
У приймачі бензолу |
Залишок |
||||||
|
Бензол |
ДЦПД |
СS2 |
Бензол |
ДЦПД |
СS2 |
Бензол |
ДЦПД |
СS2 |
|
|
Проста |
36,80 |
46,60 |
2,10 |
74,69 |
1,18 |
0,76 |
48,31 |
38,05 |
0,05 |
|
З водяною парою |
62,80 |
25,80 |
0,19 |
97,70 |
3,70 |
0,59 |
30,70 |
55,70 |
0,01 |
|
Під вакуумом |
58,82 |
21,53 |
0,19 |
90,04 |
2,97 |
0,22 |
17,68 |
42,01 |
0,01 |
Дициклопентадієн здатен при підвищенні температури до 115ºС самодовільно переходити у мономер, отже необхідно вести перегонку за якнайменшої температури. За цієї умови застосування простої перегонки стає не вигідним.
Порівнюючи результати дослідних даних, можна зробити висновок, що перегонка з водяною парою та під вакуумом є досить ефективними, при їх застосуванні отримуємо 90-97%-вий бензол та досить насичену дициклопентадієном (42-56%) залишкову фракцію.