Алкилирование фенола тримерами пропилена

Лабораторная работа № 3

Цель работы: Ознакомиться с процессом алкилирование фенола тримерами пропилена, смоделировать процесс алкилирования, проанализировать полученные результаты и сделать вывод.

Теоретическая часть:

Синтез высших алкилфенолов.

Алкилфенолы являются одним из крупнотоннажных видов сырья для производства водорастворимых неионогенных ПАВ и маслорастворимых присадок к углеводородным системам. Наибольший интерес представляют высшие алкилфенолы, полученные на основе олигомеров этилена, олефинов С₈, тримеров пропилена, тетрамеров пропилена.

Алкилфенолы получают алкилированием фенола соответствующими жидкими олефинами преимущественно в присутствии Н⁺-катионитов в качестве катализаторов.

Алкилирование фенола олефинами является основным промышленным процессом производства алкилфенолов, на базе которых получают широкий ассортимент поверхностно-активных веществ. В последние годы процесс алкилирования осуществляют в присутствии ионитов в Н⁺-форме типа КУ-23 или Lewatit SPC-108H. Процесс алкилирования проводят в стационарном слое катализатора при значительном превышении высоты слоя катализатора над его диаметром, так что можно считать, что реактор работает в режиме идеального вытеснения.

Реакцию алкилирования фенола олефинами можно представить следующим образом:

СН₃

|

¾¾®¾¾ RCH-C₆H₄OH

моноалкилфенолы,

орто- и пара- изомеры

С₆H₅OH + RCH=CH₂ ¾¾®¾¾ [RCH-]₂-C₆H₃OH

½ диалкилфенолы

СН₃

Смолы

Алкилирование фенола олефинами в присутствии сульфокатионитов ведут чаще всего при следующих условиях:

ü температура,^оС 80-130

ü мольное соотношение фенол: олефин от 4:1 до 1:3

ü количество катализатора,%,

ü на реакционную массу в реакторах смешения до 20

ü или объемная скорость подачи сырья, ч^-1,

в реакторах вытеснения до 1,2

Изучение кинетики алкилирования фенола тримерами и тетрамерами пропилена показало, что в ходе реакции образуются только следы алкилфениловых эфиров и не наблюдается практически образование продуктов полимеризации олефинов.

В этом случае, рассматривая элементарные стадии процесса как обратимые, можно общую схему алкилирования представить следующим образом:

®2-АФ + i-Олефин ®

К₂ K _-2 K₄ K_-4

Фенол + i-Олефин ди-АФ

(Ф) (Ол)

К₃ К_-3 K₅ K_-5

® 4-АФ + i-Олефин ®

Примечание: К_i - константа скорости прямой реакции, К_-i то же самое для обратной реакции. Ф - фенол, Ол - олефин, АФ - алкилфенолы, ди-АФ - диалкилфенолы.

Для приведенной схемы в соответствии с законами математической химии можно записать следующую систему дифференциальных уравнений:

d[Ф]/ dt = - (К₂+К₃) [Ф][Ол] + K₂ [2-АФ] + K_-3[4-АФ]

d[Ол]/ dt = d[Ф]/dt (- K₄[2-АФ][Ол] - K₅[4-АФ][Ол] +(K_-4+K_-5)[ди-АФ])

d[2-АФ]/ dt = - K₂[Ф][Ол] - K_-2[2-АФ] - K₄[2-АФ][Ол] + K_-4[ди-АФ]

d[4-АФ]/ dt = K₃[Ф][Ол] - K_-3[4-АФ] - K₅[4-АФ][Ол] + K_-5[ди-АФ]

d[ди-АФ]/ dt= K₄[2-АФ][Ол ] + K₅[4-АФ][Ол] - (k_--4+K_-5)[ди-АФ]

Расчет ведется с использованием программы i_NONFEN.pas, алкилирующий агент – тримеры пропилена, катализатор – Lewatit SPC-108 H.

Базовым параметром для расчетов является концентрация i -того компонента, выраженная в моль/л, и мольное соотношение реагентов.

Для расчета мольно-объемных концентраций реагентов и объема реакционной зоны рекомендуется пользоваться Приложением 1.