Технология промышленного получения фталевого и малеинового ангидридов

ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ РАДИАЦИОННОЙ, ХИМИЧЕСКОЙ И

      БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

Кафедра №3 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 
 

Тема: «Технология промышленного получения фталевого и малеинового ангидридов»  
 

Выполнил:

       курсант 4 курса, 1 группы ИПО

     Баранов Артур Андреевич

     Научный руководитель:

     Доцент каф. №3,  д.т.н

      Пестовская Елена Александровна 
 
 

Кострома 2011г.

 

 
 

Содержание

 

 

Введение 

    Малеиновый  ангидрид является сырьем преимущественно  для производства полиэфирных смол, другой полиэфирной продукции. Так  сложилось, что большая часть  конечных продуктов применяется  в строительстве (стеклопластики, искусственный  камень, ЛКМ) – отрасли, переживающей в настоящее время не лучшие времена. Тем не менее, сокращение потребления будет не столь значительным, как это может показаться на первый взгляд, однако, уже по итогам 2009 года оно составит не менее 12%. Все же, это оптимистичный вариант, но он, одновременно и самый реалистичный. Потребители будут стараться использовать несколько более дешевую, отечественную продукцию (сырьем для которой выступает малеиновой ангидрид), и в то же время государство будет стремиться к ужесточению заградительных мер, проведению протекционистской политики. Прогноз спроса отражен на диаграмме.

    Так, особенно значительное падение спроса будет наблюдаться в 2009 году, в 2010 – наметятся положительные тенденции. Объем спроса восстановится. В 2012 году объем потребления приблизится  к уровню 2007 года, и далее спрос  продолжит расти. В этой перспективе ожидать создания производства малеинового ангидрида на территории России не приходится – потребности промышленности будут невелики, а перспективы экспорта в другие страны – неясны. Тем не менее, многие западные компании до сих пор имеют планы по созданию такого производства на территории СНГ, однако, сроки их реализации были отодвинуты на 1-2 года. Реально появление производства можно ожидать не ранее чем в 2016-2017 гг. на одном из производств синтетических каучуков. Это продиктовано рыночными условиями спроса в прилегающих регионах в целом и в России, в частности. 

    В 2008 г мировой рынок фталевого  ангидрида в полной мере испытал  на себе воздействие глобального  экономического кризиса. Уровень загрузки мощностей упал до уровня 50-70%. В 2009 году ситуация несколько улучшилась. Рост спроса в 2008-2009 гг. замедлился, мировой показатель находился на уровне 4,1 млн. тонн. Возобновление общемирового спроса прогнозируется на 2010-2012 годы, что явится результатом активизации сфер строительства и реконструкций, автомобилестроения и изготовления комплексного оборудования (ИКО). Рост рынка фталевого ангидрида в 2010-2015 годах будет значительно варьироваться в зависимости от региона и сферы применения. Для пластификаторов лидерами прироста станут страны Западной Европы и Азии; в период с 2010 по 2012 годы рост производства в азиатском регионе для внутренних нужд и для экспорта, а также ожидаемое внедрение в производство оборудования для этерификации с целью изготовления кислого эфира фталевой кислоты являются двумя основными факторами увеличения объемов спроса на фталевый ангидрид в данных регионах. В рамках мировой торговли фталевым ангидридом не планируется разработка каких-либо значительных проектов. Будущее расширение производственных мощностей или построение новых предприятий не предвидится. Среди проблем, с которыми столкнется рынок фталевого ангидрида в будущем, – более строгие экологические регулятивные нормы, которые скажутся на масштабах использования фталатов и/или ограничат его. Фталевый ангидрид — важный исходный продукт в производстве различных производных фталевой кислоты; сложных эфиров, фталимида, фталонитрила и др. Конденсацией фталевого ангидрида с фенолами получают красители, например фенолфталеин. Значительное количество фталевого ангидрида используется в производстве глифталевых и пентафталевых смол, лекарственных средств, а также в легкой, химической и других отраслях промышленности.

    По  мере наступления экономического кризиса  объемы стали понижаться. В 2008 году они составили 169 249 тонн, в 2009 - 180 тонн и к 2011 году достигли самого минимума – 141 631 тонну. По статистическим данным 2007 - 2011 года предприятие Сибирского федерального округа в 2007 году выпустило 4 877 тонн фталевого ангидрида, в 2008 объемы упали до 3 793 тонн, 2009 год был самым плачевным, тогда объемы были равны всего 36 тонн, в 2011 году производство ангидрида было остановлено. В Приволжском федеральном округе (Пермский край, республика Башкортостан) ситуация на производстве обстоит несколько лучше, но все же и здесь достичь докризисных объемов не удалось. Объемы производства в 2007 году составляли 176 298 тонн, в 2008 году – 165 456, к 2010 году производство упало до 141 631 тонны. На падение объемов производства в этом округе повлияли предприятия Пермского края и республики Башкортостан. Так в Перми объемы производства в 2007 году составляли 161 727 тонн, а в 2011 упали до 128 686 тонны, в республике Башкортостан объемы упали от 14 571 тонн до 12 945 тонны.

 

   Фталевый  ангидрид

Фталевый  ангидрид образует белые кристаллы  игольчатой структуры. По химическому  строению он является ангидридом бензол-о-ди- карбоновой (фталевой) кислоты: 

 
 

Фталевый  ангидрид способен к ряду химических превращений. Ниже рассмотрены основные реакции фталевого ангидрида, многие из которых используются в промышленности органического синтеза.

При взаимодействии фталевого ангидрида со спиртами происходит его этерификация с образованием соответствующих эфиров. Например, при нагревании фталевого ангидрида с н-бутиловым спиртом в присутствии серной кислоты образуется дибутилфталат:

 

Аналогично  получают диметилфталат, диэтилфталат, диизобутилфталат, диоктилфталат, диизооктилфталат и др. Многие фталаты обладают ценным свойством — низкой температурой застывания, что позволяет применять их в качестве пластификаторов — добавок к пластическим массам, изделия из которых предназначаются для работы при температурах ниже 0° С.

Например  , диметилфталат застывает при —1°С, диэтилфталат — при —3° С, дибутилфталат—при —35° С и дигексилфталат — при —50° С. Диметилфталат применяют также как средство для отпугивания насекомых.

При нагревании фталевого ангидрида с многоатомными  спиртами вначале образуются кислые эфиры. В промышленности наиболее часто в качестве многоатомного спирта применяется глицерин. В этом случае реакции образования кислых эфиров могут быть представлены следующим образом: 

   

Далее кислые эфиры подвергаются поликонденсации  с образованием линейных полимеров. При последующем росте цепи возможно образование полиэфиров сетчатой структуры: 

Получаемые  таким образом полиэфиры глицерина  и фталевой кислоты под названием  глифталей или глифталевых смол применяются в лакокрасочной промышленности. Они известны также под названием алкидных смол. Однако чистые глифталевые смолы редко применяются из-за их плохой растворимости, несовместимости с растительными маслами и недостаточной водостойкости и большой хрупкости получаемых из них покрытий. Значительно чаще применяют глифталевые смолы, модифицированные жирными кислотами растительных масел или смоляными кислотами канифоли. Модифицированные глифтали представляют собой смешанные эфиры примерно следующего строения (R — остаток модифицирующей кислоты):

Конденсацией  фталевого ангидрида с бензолом получают антрахинон. Вначале по реакции  Фриделя—Крафтса в присутствии хлористого алюминия синтезируют

о-бензоилбензойную кислоту, а затем в присутствии концентрированной серной кислоты проводят циклизацию ее с образованием антрахинона:

По аналогичной  схеме при конденсации фталевого  ангидрида с производными бензола  можно получить соответствующие  производные антрахинона, которые, так же как антрахинон, используются в качестве промежуточных продуктов в производстве красителей. Например, если вместо бензола взять хлорбензол, то по указанной выше схеме может быть получен 2-хлорантрахинон:

При конденсации  фталевого ангидрида с толуолом образуется 2-метилантрахинон:

Конденсацией  фталевого ангидрида с фенолом  в присутствии серной кислоты  или хлористого цинка получают индикатор  фенолфталеин, являющийся производным трифенилметана ⁹. Схематически реакцию образования фенолфталеина можно записать следующим образом:

По аналогичной  схеме получают и другие индикаторы. Так, например, конденсацией фталевого  ангидрида с о-крезолом получают крезолфталеин, конденсацией фталевого ангидрида с резорцином — краситель флуоресцеин. При конденсации фталевого ангидрида с алкилированными аминофенолами получаются красители группы родаминов. Например, родамин С образуется по схеме:

Декарбоксилированием фталевого ангидрида получают бензойную кислоту: 

 

Процесс заключается в пропускании при  высокой температуре смеси паров  фталевого ангидрида и воды через  слой гранулированного катализатора.

Действием водного аммиака на фталевый ангидрид получают моноамид аммониевой соли фталевой кислоты⁸, используемый для синтеза антраниловой кислоты — полупродукта для красителей. Реакция протекает по схеме: 

При взаимодействии паров фталевого ангидрида с  избытком аммиака при высокой  температуре в присутствии твердого катализатора образуется фталонитрил

являющийся полупродуктом в производстве фталоцианиновых красителей.

Действием сухого аммиака на расплавленный  фталевый ангидрид получается фталимид⁸—промежуточный продукт в производстве красителей:

С едким  кали фталевый ангидрид образует калиевую соль фта- левой кислоты, которая при нагревании примерно до 400°С переходит в калиевую соль терефталевой кислоты

Терефталевая  кислота применяется в качестве сырья для производства синтетических (полиэфирных) волокон.

Хлорированием фталевого ангидрида в олеуме можно получить 3,6-дихлорфталевый ангидрид (I) и тетрахлорфталевый ангидрид (II); 

Если хлорировать калиевую соль фталевой кислоты в водной среде, получается 4-хлорфталевый ангидрид¹⁰. Хлорпроизводные фталевого ангидрида применяются в производстве пластификаторов для пластических масс. Ряд интересных химических превращений фталевого ангидрида не имеет пока промышленного значения. Например, при взаимодействии фталевого ангидрида с пятихлористым фосфором образуется фталилхлорид (хлорангидрид фталевой кислоты)

Известна  также способность фталевого  ангидрида при сульфировании (обработка расплавленного фталевого ангидрида серным ангидридом ⁸) образовывать сульфокислоту

а при  нитровании давать нитропроизводное:

   

Свойства  фталевого ангидрида

Молекулярная масса  148,11

Плотность, г/сж³

твердого при 4°С   1,527

расплавленного

при 150 °С    1,197

при 220 °С    1,131

Температура, °С

кристаллизации     131,11

плавления     130,85

кипения     284,5

Теплоемкость, кал/(г *град)

при 0 °С    0,240

при 20 °С    0,257

при 26,9 °С    0,263

Теплота, ккал/моль

плавления     5,48