Файл: Андрианов К.А. Технология элементоорганических мономеров и полимеров учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 182
Скачиваний: 6
32 |
|
Гл. |
1. Получение |
органохлорсиланов |
|
|
|
Д ля |
термического |
хлорирования метана |
существуют реакторы |
||||
и других |
конструкций. На рис. 4 изображен более |
совершенный |
|||||
хлоратор. |
В начальный период аппарат разогревают, сжигая метан |
||||||
в топке |
8. |
По достижении требуемой температуры в аппарате |
через |
||||
смеситель |
1 и трубу |
2 подают смесь метана |
и хлора, |
которые |
про |
ходят по центральной трубе 4 сверху вниз, а затем по реакционной камере 6 (между стенками реактора и центральной трубой-диффу зором 4) — снизу вверх. Продукты реакции через слой фарфоровой
насадки 3 (кольца |
с развитой поверхностью) выходят через штуцер |
в верхней крышке |
аппарата. |
Второй способ получения хлористого метила заключается во взаимодействии метилового спирта и хлористого водорода в при сутствии водоотнимающих средств (например, . порошкообразного безводного хлористого алюминия или хлористого цинка на угле):
СН 3 |
ОН + НС1 — > СН3 С1 |
|
- н 2 о |
Для производства метилхлорсиланов целесообразнее применять хлористый метил, полученный этим способом, так как в таком про дукте значительно меньше примесей, тормозящих реакцию прямого
синтеза. |
|
|
|
|
|
|
|
Хлористый |
метил |
представляет собой бесцветный газ с запахом |
|||||
эфира, горящий бесцветным |
пламенем |
(т. кип. —24,2 °С; |
т. |
затв. |
|||
— 97,6 °С; плотность при т. кип. 0,992 |
г/см3; скрытая |
теплота |
испа |
||||
рения 102,5 |
ккал/кг). |
В 100 |
г воды растворяется 0,74 |
г хлористого |
|||
метила. |
|
|
|
|
|
|
|
Х л о р и с т ы й |
э т и л . |
Основным промышленным |
способом |
получения хлористого этила в настоящее время является гидрохло
рирование |
этилена: |
|
|
|
С Н 2 = С Н 2 + Н С 1 — У С 2 Н 5 С1 |
Реакцию |
обычно |
проводят при —15° С в присутствии катализа |
тора — порошкообразного безводного хлористого * алюминия. Ис ходные газообразные вещества (хлористый водород и этилен) должны быть тщательно осушены, так как влага гидролизует хлористый алюминий, что увеличивает расход катализатора и вызывает корро зию аппаратуры.
Процесс ведут в вертикальном стальном аппарате, заполненном взвесью катализатора в жидком хлористом этиле. Через эту смесь пропускают смесь хлористого водорода и этилена, интенсивно пере мешивая содержимое реактора пропеллерной мешалкой. Выделя
ющееся при реакции |
тепло отводится рассолом, циркулирующим |
в рубашке реактора. |
По мере образования хлористого этила объем |
жидкости в аппарате увеличивается, поэтому избыток хлористого этила непрерывно отводится из реакционной зоны. Вытекающий из реактора жидкий хлористый этил, содержащий частицы катализа-
|
Взаимодействие |
хлорпроизводных |
углеводородов |
с кремнием |
33 |
|||
тора и |
растворенный |
хлористый |
водород, испаряют, |
промывают |
||||
в скруббере 10%-ным раствором щелочи, |
высушивают |
серной кисло |
||||||
той и конденсируют. Реакционные газы, |
насыщенные |
парами |
хло |
|||||
ристого |
этила, отмывают водой от |
хлористого |
водорода, |
осушают |
концентрированной серной кислотой и направляют в абсорбер, где хлористый этил извлекается керосином. Из полученного в абсорбере раствора хлористый этил выделяют отгонкой и последующей кон денсацией.
Хлористый этил можно получать также хлорированием этана — процесс ведут в реакторах, используемых для синтеза хлористого метила (см. рис. 3 и 4), применяя в качестве катализатора тетраэтилсвинец. Хлорирование этана осуществляют и в газовой фазе — в псевдоожиженном слое активного угля. Реакция в этом случае проводится при 450 °С и объемном соотношении этан : хлор = 8 : 1 : Этан всту пает в реакцию с хлором значительно легче, чем метан, что позволяет использовать для хлорирования даже природный газ, содержащий только 10% этана и 90% метана. В таких условиях этан хлорируется почти полностью, а образование хлорпроизводных метана при этом практически исключается.
Наконец, хлористый этил может быть получен комбинированным способом с применением смеси этана и этилена в качестве исходного сырья. Процесс заключается в сочетании последовательных реак ций заместительного хлорирования этана
С 2 Н 6 + С 1 2 — > - С 2 Н Б С 1 + Н С 1
и гидрохлорирования этилена хлористым водородом
С Н 2 = С Н 2 + НС1 —> С2 НВ С1
образующимся в результате протекания первой реакции. Этот спо соб более экономичен по сравнению с другими путями получения хлористого этила благодаря более полному использованию хлора и уменьшению капитальных затрат на создание установки для синтеза концентрированного хлористого водорода.
Хлористый |
этил |
•— бесцветная жидкость с приятным |
запахом |
||
(т. кип. +12,5 |
°С; |
т. |
затв. — 138,7 °С), |
горюч. Давление |
паров |
хлористого этила 1,13 |
am |
при 15 °С. Теплота |
испарения 92,3 |
ккал/кг. |
Хорошо растворяется в органических растворителях и ограниченно — в воде (в 100 г воды при 0 °С растворяется 0,45 г хлористого этила).
Х л о р б е н з о л . В настоящее время хлорбензол получают каталитическим хлорированием бензола непрерывным способом:
С 6 Н в + С 1 2 — V С6 Н5 С1
- H C l
Процесс заключается в том, что реакционную массу нагревают примерно до температуры кипения бензола (76—83 °С); бензол подают на хлорирование в избытке. При такой температуре некоторое
3 Заказ 89
34 |
Гл. 1. Получение |
органохлорсиланов |
|
количество |
образующегося хлорбензола испаряется. |
На испаре |
|
ние расходуется значительное количество реакционного |
тепла, кото |
||
рое при этом интенсивно отводится, |
благодаря чему хлораторы, ра |
ботающие при кипении реакционной массы, имеют высокую произ водительность. В качестве катализатора применяется хлорное железо в количестве 0,01—0,015% от бензола. Во избежание образования полихлоридов хлорирование бензола проводят не до конца, а оста вляют в продуктах реакции 50—68% непрореагировавшего бензола.
Рециркулирцющий
"хлорбензол
В отделение синтеза
В этом случае полихлоридов образуется не более чем 3,5—4,5% от количества полученного хлорбензола.
Хлорирование бензола можно про водить в стальной колонне, заполнен ной насадкой из стальных и керамиче ских колец и футерованной изнутри кислотоупорной плиткой. Верхняя (рас ширенная) часть колонны служит брызгоуловителем; бензол и газообраз ный хлор подаются в нижнюю часть аппарата.
|
|
|
|
Хлорбензол |
— бесцветная подвижная |
||||||||
|
|
|
|
жидкость |
со слабым запахом |
миндаля |
|||||||
|
|
|
|
(т. |
кип. |
132,1 °С; |
т. |
затв. —45,2 °С; |
|||||
Рис. 5. |
Схема |
осушки |
хлор- |
плотность 1,113 г/см3), |
горюч. При горе |
||||||||
нии |
выделяются |
сажа |
и хлористый |
||||||||||
бензола: |
|
|
|
водород. |
|
|
|
|
|
|
|
||
1, 4 — е м к о с т и ; |
і — о с у ш и г е п ь ; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Основным |
требованием, |
предъяв |
|||||||||||
3 — ф и л ь т р . |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
ляемым к |
хлористому |
|
метилу, хлори- |
||||||
стому |
этилу |
и хлорбензолу, является |
отсутствие |
примесей — по- |
|||||||||
бочных |
продуктов |
и особенно влаги. Попадание |
даже |
незначи- |
|||||||||
тельного количества |
влаги |
в зону реакции |
приводит к |
гидролизу |
и конденсации продуктов, снижению активности контактной массы или кремне-медного сплава и к затуханию процесса. Поэтому в тех нологической схеме прямого синтеза обычно предусматривается установка для обезвоживания алкил- и арилхлоридов. Для этого, например, пропускают хлористый метил или хлористый этил через
колонну, |
орошаемую |
серной |
кислотой, или используют |
другие |
|
водоотнимающие средства (прокаленный СаС12 , |
А 1 2 0 3 ) . |
является |
|||
Для |
хлорбензола |
хорошим |
водоотнимающим |
агентом |
четыреххлористый кремний. Схема осушки хлорбензола с использо
ванием четыреххлористого |
кремния |
приведена на рис. 5. |
Хлорбен |
|
зол со склада поступает в емкость 1, |
а оттуда периодически |
передав |
||
ливается азотом (1,7 am) |
в осушитель 2 с |
мешалкой. |
Туда же |
|
подают рециркулирующий |
хлорбензол (после |
ректификации фенил- |
хлорсиланов), содержащий четыреххлористый кремний. Смесь здесь перемешивается при комнатной температуре в течение 15—20 мин.
Взаимодействие |
хлорпроизводных |
углеводородов с кремнием |
35 |
За это время происходит реакция между четыреххлористым крем нием и водой, содержащейся в хлорбензоле, в результате чего выпа дает осадок — силикагель:
a?SiCl4 + 2zH 2 0 _ i x U C l - (Si02)x
После этого хлорбензол подвергают отстаиванию в этом же осу шителе в течение 2 ч. Осушенный хлорбензол самотеком поступает на фильтр 3 со стеклянной тканью, где он отделяется от силикагеля, и собирается в расходной емкости 4. Оттуда он через сифон в токе азота (1,7 am) направляется в отделение синтеза. Содержание влаги в хлорбензоле (как и в хлористом метиле и в хлористом этиле) не должно превышать 0,02%.
К р е м н е - м е д н ы й с п л а в или механическая смесь крем ния и меди (контактная масса), применяемые в прямом синтезе для
получения органогалогенсиланов, состоят из |
кремния и |
меди. |
|
К р е м н и й — хрупкое темно-серое |
кристаллическое |
вещество |
|
(т. пл. 1480—1500 °С; плотность 2,49 г/см3). |
Для приготовления кон |
||
тактной массы или кремне-медного сплава |
используют |
кремний |
с различным содержанием примесей, получаемый путем восстанови тельной плавки кварцитов. Дополнительной очистке кремний не
подвергается, |
поэтому он содержит 1—3% примесей. Для пригото |
|||
вления контактной массы применяют |
кремний марок |
Кр-0, Кр-1 |
||
и Кр-2 с разным содержанием примесей (табл. 3). |
|
|
||
Таблица 3. |
Состав кремния различных |
марок |
|
|
|
|
С о д е р ж а н и е , % |
||
|
К о м п о н е н т ы |
|
|
|
|
|
К р - 0 |
K p - l |
К р - 2 |
Si |
|
99,0 |
98,0 |
97,0 |
Примеси |
|
|
|
|
AI |
|
0,5 |
0,8 |
1.2 |
Ca |
|
0,2 |
0,5 |
0,8 |
Fe |
|
0,3 |
0,7 |
1,0 |
|
|
1,0 |
2,0 |
3,0 |
Химическая активность контактной массы существенно зависит от чистоты кремния. Сорта чистого кремния ( > 9 9 % Si) обладают меньшей реакционной способностью и поэтому их применять для приготовления контактной массы невыгодно; при использовании же кремния чистотой менее 97% снижается выход основного продукта при прямом синтезе органохлорсиланов.
Размер частиц металлического кремния также оказывает большое влияние на химическую активность контактной массы: в случае грубого помола реакционная способность порошка ниже требуемой,
3*
36 Гл. 1. Получение органохлорсиланов
а при очень тонком помоле реакционная способность резко повы
шается |
и |
приходится |
интенсивно |
отводить тепло из |
зоны |
реакции. |
М е |
д ь |
в составе |
контактной |
массы выполняет |
роль |
катализа |
тора. Чистую медь получают электролизом медного купороса CuS04 . Для прямого синтеза применяется медь двух марок — М0 и M t с содержанием меди 99,95—99,9%. Суммарное содержание примесей (Bi, Sb, As, Fe, N i , Pb, S и др.) не должно превышать 0,05—0,1%. Для обеспечения высокой активности контактной массы необходимо применять медные порошки с хорошо развитой поверхностью. Хоро шие результаты при прямом синтезе получаются и при использова нии мелкодисперсной меди, приготовленной механическим распыле нием медного порошка или осаждением меди из медных солей.
Кремне-медный сплав, применяемый для прямого синтеза органогалогенсиланов, должен обладать высокой активностью и избира тельностью. Выход продуктов реакции во многом зависит от содер
жания |
меди в контактной |
массе — при |
недостаточном |
количестве |
|||
меди (до 1—2%) |
процесс синтеза алкил- |
и особенно |
арилгалогенси- |
||||
ланов |
идет медленно. При |
увеличении |
содержания |
меди |
до 3—7% |
||
выход |
продуктов |
реакции |
значительно |
возрастает. Дальнейшее по |
вышение количества меди (>-10%) не дает увеличения выхода, со став же продуктов реакции ухудшается за счет образования соедине ний с высоким содержанием хлора (например, SiCl4 , SiHCl3 , RSiClg).
Ниже приведены данные, полученные при использовании для синтеза метилхлорсиланов контактной массы с различным содержа
нием меди. Количество |
метилхлорсиланов |
(МХС) |
рассчитано в г |
|||
на 1 кг контактной массы |
в час после протекания реакции на 80% : |
|||||
Содержание Си, |
% |
|
2,5 |
5 |
10 |
20 |
Получено МХС, |
гЦкг-ч) |
. . . . |
230 |
360 |
430 |
430—450 |
Таким образом, повышение содержания меди сверх 10% не приво дит к увеличению выхода метилхлорсиланов и отрицательно ска зывается на составе продуктов реакции, что видно из данных рис. 6 и 7. Это, по-видимому, объясняется экранированием поверхности кремния медью.
Аналогичная картина наблюдается и в случае прямого синтеза этилхлорсиланов. Влияние количества меди в контактной массе на
выход и состав этилхлорсиланов |
(ЭХС) видно из следующих данных: |
||||
Содержание Си, % . . |
. . |
5 |
15 |
30 |
70 |
Получено ЭХС, гЦкг-ч) |
. . |
386 |
534 |
485 |
184 |
Содержание ( C 2 H 5 ) 2 S i C l 2 , |
% |
48 |
38 |
24 |
20 |
При прямом синтезе фенилхлорсиланов количество меди в кон тактной массе должно быть значительно больше,чем в случае синтеза метил- и этилхлорсиланов. Хорошие выходы фенилхлорсиланов до
стигаются, если в качестве катализатора |
использовать серебро (10% |
|
от кремния), однако из-за его |
высокой |
стоимости и дефицитности |
в промышленности применяют |
медь. |
|