Технология производства химических волокон — 3-е изд. - Ряузов A.H.
Скачать (прямая ссылка):
№
Реакция получения акрилонитрила из пропилена и аммиака протекает по уравнению:
H2C=CH + NH3 + 1,5O2 —>• CH2=CH + 3H2O
Il
CH3 . CN-
Синтез акрилонитрила проводится при 400—500 °С в присутствии различных катализаторов, в состав которых входят оксиды металлов переменной валентности: молибдена, кобальта, никеля, вольфрама. Наибольшее распространение в промышленных условиях получили молибдаты висмута и висмутовая соль фосфорномолиб-деновой кислоты. Процесс может протекать в стационарном (неподвижном) и в подвижном (псевдоожиженном) слое катализатора.
В стационарном слое катализатора процесс ведут в реакторах трубчатого типа, в которых катализатор находится в трубах, а межтрубное пространство заполнено высокотемпературным теплоносителем — нитрит-нитратной смесью. Стационарный слой катализатора должен быть очень прочным и термостойким, способным проработать несколько тысяч часов без заметного пыления, чтобы предотвратить рост сопротивления потоку газа в трубках.
При синтезе акрилонитрила выделяется большое количество тепла. Поэтому, во избежание сильных перегревов, диаметр трубки реактора не должен превышать 32 мм; при использовании реактора трубчатого типа достичь большой мощности единичного аппарата не удается.
В реакторах с псевдоожиженным слоем катализатора этот недостаток устраняется. Выделяющееся в процессе синтеза тепло отводится за счет испарения воды в змеевиках, расположенных в зоне реакции. Основным недостатком реакторов этого типа является истирание катализатора и унос мелких частиц его потоком газа, что приводит к потере дорогостоящих молибденовых и висмутовых солей и ухудшению экономических показателей процесса.
При окислительном аммонолизе пропилена кроме основной реакции образования акрилонитрила протекают побочные реакции. Для уменьшения образования таких побочных продуктов, как акролеин, ацетальдегид и ацетон, затрудняющих очистку акрилонитрила, аммиак обычно подают в небольшом избытке.
Технологическая схема производства акрилонитрила включает следующие стадии процесса:
синтез акрилонитрила, нейтрализацию аммиака и выделение смеси продуктов реакции; выделение синильной кислоты и очистку акрилонитрила; выделение товарного акрилонитрила.
Схема первой стадии процесса представлена на рис. 18.1. Жидкий пропилен со склада принимается в емкость /, откуда самотеком поступает в сепаратор 2, из которого жидкая фаза пропилена направляется в трубчатый испаритель 3. Пары из испарителя 3 через сепаратор 2 поступают в смеситель 4 на составление смеси газов, подаваемой в реактор.
Рис. 18.1. Технологическая схема отделения синтеза акрилонитрила аммоно-лизом пропилена:
/ — емкость для пропилена; 2 и 7—сепараторы; 3—испаритель пропилена; 4—смеситель; 5— подогреватель реакционной смеси; 6—емкость для аммиака; S — испаритель аммиака! 9 — пусковой подогреватель, 10—компрессор; // — фильтр для воздуха; 12 — подогреватель воздуха; 13—реактор; 14—котел-утилизатор; 15—емкость для охлаждающего агента; 16—погружные насосы для циркуляции охлаждающего агента.
Жидкий аммиак со склада принимается в емкость 6, откуда самотеком поступает через сепаратор 7 в трубчатый испаритель 8, откуда испарившийся аммиак направляется в смеситель 4.
Воздух, подаваемый компрессором 10, очищается от масла и влаги в фильтре //, смешивается в подогревателе 12 с паром и также поступает в смеситель 4. Смесь газов из смесителя 4 направляется в реактор 13, где при 450—4700C и давлении 0,4 МПа протекает синтез акрилонитрила. Выходящие из реактора газы поступают в котел-утилизатор [14], где охлаждаются до 250 °С. Далее реакционные газы подвергаются нейтрализации и охлаждению.
Свойства акрилонитрила. Акрилонитрил представляет собой бесцветную жидкость, кипящую при 78,5 °С и замерзающую при —83,5°С. Он обладает слабым специфическим запахом, легко смешивается с большинством органических растворителей в любом соотношении. В воде акрилонитрил растворим ограниченно. Пары акрилонитрила легко воспламеняются и образуют с воздухом в широком диапазоне концентраций взрывоопасную смесь. Акрилонитрил является ядовитым веществом, вызывающим удушье, а при попадании на кожу — ожоги. Предельно допустимая концентрация акрилонитрила в воздухе производственных помещений— 0,5 мг/м3.
Технический акрилонитрил обычно стабилизируют добавлением небольшого количества аммиака, гидрохинона или других веществ для предотвращения самопроизвольной полимеризации, которая может легко происходить при нагревании (со взрывом).
18.1.2. Сомономеры
Подавляющее большинство полиакрилонитрильных волокон получают не из чистого полиакриловитрила, а из сополимеров акрилонитрила с другими мономерами. Сополимеры бывают двойные и тройные. Свойства сомономеров во многом определяют физические и химические свойства готовых волокон.
Наиболее распространенными сомономерами являются: метил-акрилат, винилацетат, итаконовая кислота, винилпиридин, метал-лилсульфонат, акриловая кислота.
Метилакрилат является одним из наиболее употребляемых мономеров; в промышленном масштабе его получают из акрилонитрила и метанола:
