МИНИСТЕРСТВО  ОБЩЕГО

И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

СамГТУ

Кафедра органической химии

 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

ЭТИЛЕН  И ЕГО ПРОИЗВОДНЫЕ  В ПРОМЫШЛЕННОМ ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ 
 
 

Выполнил                                                                            Асафьев В.Н.

студент  II-ХТ-4 

Принял                                                                        Климочкин Ю.Н.

доктор  химических наук 
 
 
 
 

Самара

1999 
 

Содержание

 
 
 

Стр.

Получение и  применение                                                          

этилена……………………………………………………………….. 3 

Галогенирование этилена…………………………………………… 

Гидратация этилена…………………………………………………. 

Окись этилена  и синтезы на её основе………………………………………………………………… 

Синтезы на основе гомологов этилена……………………………………………………………….. 

Полимеризация олефинов…………………………………………… 

Список используемой литературы…………..………………………………………………. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Получение и применение этилена.

 

       Этилен  впервые был получен немецким химиком Иоганном Бехером  в 1680 году при действии купоросного масла на винный спирт. Вначале его отождествляли с "горючим воздухом", т.е. с водородом. Позднее, в 1795 году этилен подобным же образом получили голландские химики Дейман, Потс-ван-Труствик, Бонд и Лауеренбург и описали под названием "маслородного газа", так как обнаружили способность этилена присоединять хлор с образованием маслянистой жидкости - хлористого этилена ("масло голландских химиков").

       Изучение  свойств этилена, его производных  и гомологов началось с середины ХIХ века. Начало практическому использованию этих соединений положили классические исследования А.М. Бутлерова и его учеников в области непредельных соединений и особенно созданная Бутлеровым теория химического строения. В 1860 году он получил этилен действием меди на йодистый метилен, установив структурную формулу этилена.

       Этилен  представляет собой бесцветный газ, обладающий слабым, едва ощутимым запахом. Он плохо растворим в воде (при 0°С в 100 г воды растворяется 25,6 мл этилена), горит светящимся пламенем, образует с воздухом взрывчатые смеси. Термически менее устойчив, чем метан. Уже при температурах выше 350°С этилен частично разлагается на метан и ацетилен: 

                               3С₂Н₄                  2СН₄ + 2С₂Н₂                                  

При температуре  около 1200°С диссоциирует главным образом на ацетилен и водород: 

                                С₂Н₄                     С₂Н₂  + Н₂  

       В природных газах (за исключением  вулканических) этилен не встречается. Он образуется при пирогенетическом разложении многих природных соединений, содержащих органические вещества.

       Процесс пиролиза для получения этилена  осуществляется в печах различного устройства пропусканием газообразных углеводородов или их паров в присутствии катализаторов при температуре 760-780°С.  Обычно используются печи трубчатого типа. Этилен можно также получить дегидрированием этана:

                      

                                 2СН₄         ^t°              С₂Н₄  + 2Н₂  

и осторожным гидрированием  ацетилена: 

                                       С₂Н₂  + Н₂        ^кат            С₂Н₄  

       Для получения этилена и его гомологов  методом пиролиза в качестве сырья  используют этан, пропан, бутан, содержащиеся в попутных газах нефтедобычи, газах термического и каталитического крекингов, а также жидкие углеводороды: газовый бензин и низкоактановые бензино-легроиновые фракции прямой гонки нефти.

       Производительность  существующих печей для пиролиза углеводородов составляет 3,5-4 т перерабатываемого  сырья в час. Печи новой конструкции  рассчитаны на переработку 7-10т сырья  в час.

       При определённых условиях пиролиза бензина при получении 1т этилена может быть одновременно выделено: пропилена - 0,65т; изобутилена - 0,11т; н-бутиленов - 0,11т, дивинила - 0,12т; бензола - 0,165т и толуола - 0,08т, использование которых позволит значительно улучшить технико-экономические показатели нефтехимических производств. Из этилена получают более 200 ценных соединений, важнейшими из которых являются хлористый этил, дихлорэтан-1,2, этиленхлоргидрин, окись этилена, диоксан, этиленгликоль, этиловый эфир этиленгликоля, уксусногликолевый эфир, диэтиленгликоль, этиламин, этаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин.

Галогенирование этилена.

 

       Обычной реакцией между галогенами и непредельными  углеводородами является присоединение  атомов галогена по месту двойной связи с образованием галогенопроизводных с чётным числом атомов галогена. Однако у олефинов с разветвлёнными цепями, а при высокой температуре и у олефинов нормального строения галогенирование протекает сложнее, с образованием полихлоридов и непредельных моногалогенопроизводных.

       Активность  галогенов в реакциях присоединения  понижается с увеличением их молекулярного  веса. Фтор реагирует весьма энергично, реакция присоединения хлора  протекает несравненно медленнее.

       При хлорировании этилена сначала получается дихлорэтан:

                           С₂Н₄  +  Сl₂                       С₂Н₄Сl₂  +  201 кДж 

Но хлорирование этилена может идти и дальше, в  результате чего образуется трихлорэтан  и тетрахлорэтан. Выход этих продуктов растёт с повышением температуры реакции. Для торможения цепной реакции замещения при хлорировании этилена и получения более чистого дихлорэтана процесс ведут при низких температурах  и в присутствии небольших количеств хлорного железа и О₂.

       Следует отметить, что Е.В. Алексеевский в 1928 году установил, что при пропускании смеси этилена и хлора над углём при 120°С получается чистый дихлорэтан с выходом в 80% от теоретического.

       Процесс получения дихлорэтана хлорированием  этилена в промышленности осуществляется в реакторе с мешалкой или башне  барботажного типа. Заранее тщательно высушенные, во избежании коррозии аппаратуры, хлор и этилен с небольшим избытком последнего (5-10%) поступают раздельно в нижнюю часть реактора1 и барботируют через слой дихлорэтана. 

       Рисунок 1

       

         Избыточный  дихлорэтан стекает в сборник 2. Газы, содержащие пары дихлорэтана, хлористый водород, не прореагировавший этилен, поступают в вымораживатель для извлечения дихлорэтана, а оставшиеся газы промываются водой для удаления хлороводорода, после чего выводятся из системы. Из сборника 2 дихлорэтан-сырец насосом 3 направляется в смеситель 4, где растворённый хлористый водород нейтрализуется 5-10%-ным раствором едкого натра. Затем азеотропная смесь дихлорэтан-вода отгоняется при температуре 72°С в колонне азеотропной сушки, не показанной на схеме, и для освобождения от трихлорэтана и других примесей поступает в ректификационную колонну 10.

       Процесс осуществляется в среде жидкого  дихлорэтана, который растворяет хлор и этилен и обеспечивает необходимый  отвод тепла из зоны реакции. Циркуляция дихлорэтана через выносной теплообменник позволяет вести реакцию с хорошим выходом при температуре 30-40°С.

       Дихлорэтан  получил широкое практическое применение как неогнеопасный растворитель при извлечении жиров, а также  для синтеза таких ценных химических продуктов, как этиленгликоль и его эфиры, этилендиамин, дибензил, хлористый винил, полисульфидный синтетический каучук (тиокол) и др. Дихлорэтан используется для борьбы с вредителями с/х (окуривание или фумигация).

       Дихлорэтан  легко отщепляет хлористый водород, превращаясь в хлористый винил:

                                      активир. уголь

        СН₂Сl-СН₂Сl         ^480-520°С         СН₂ = СНСl  +  НСl 

       Производство  этого важного для промышленности мономера  осуществляется и другими  методами. При хлорировании этилена при температуре 430°С образуется хлористый винил: 

                 СН₂ = СН₂  +  Сl₂                       СН₂ = СНСl  +  НСl   

       Хороший выход наблюдается и при дегидрохлорировании  дихлорэтана спиртовым раствором  щёлочи: 

    СН₂Сl-СН₂Сl + NaOH    ^{75°С, 2,5 атм}     СН₂ = СНСl + NaСl + Н₂О 

       Для получения этиленгликоля дихлорэтан нагревают в автоклавах с известью или раствором щелочи. При взаимодействии с известью достаточно 15-20 минутного  нагревания при 190°С и 100 атм давления, чтобы получить с выходом 80-85% (А.Л. Клебанский и И.М. Долгопольский, 1933г.).

       Хорошие результаты получают при омылении в  автоклаве формиатом натрия в  присутствии метанола: 

        СН₂Сl-СН₂Сl +2НСООNa + 2СН₃ОН                        

                            СН₂ОН-СН₂ОН +2NaCl +2НСООСН₃ 

       Образующийся муравьино-метиловый эфир действием щелочи переводится в формиат натрия и метиловый спирт, которые снова реагируют с дихлорэтаном. Процесс проводится непрерывно.

       Практический  интерес представляют также некоторые  непредельные хлорфторпроизводные  углеводородов, которые можно получить дихлорированием хлорфторпроизводных предельных углеводородов при действии цинковой пыли, например: 

                       CCl₂F-CCl₂F + Zn                  ZnCl₂ + CClF = CF₂

                       CCl₂F-CCl₂F+ Zn                   ZnCl₂ + CF₂ = CF₂ 

       Эти непредельные соединения способны полимеризоваться под влиянием перекисей и других инициаторов с образованием важных  в практическом отношении продуктов. Как непредельные соединения перфторолефины могут быть использованы и для  ряда других синтезов.

Гидратация  этилена

 

       Гидратация  этилена является сейчас одним из основных производственных методов  получения этилового спирта. Она  осущесвляется в промышленности двумя путями:

1. В жидкой фазе при помощи серной кислоты;
2. Прямым присоединением воды в газовой фазе с участием твёрдых катализаторов.