Выбор растворителей для реакции получения эпихлоргидрина на основе исследования их свойств

Актуальность

Эпихлоргидрин (ЭХГ) – органическое вещество, которое находит широкое применение в химическом производстве. В России есть две действующие установки получения ЭХГ: ЗАО «Каустик» (г. Стерлитамак) и ООО «Усольехимпром» (г. Усолье-Сибирское). Суммарная мощность обоих производств не превышает 66,5 тыс. тонн в год. Однако данной мощности недостаточно для отечественного потребительского рынка. Недостаток ЭХГ компенсируют за счёт импорта. Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки технологии получения отечественного эпихлоргидрина в рамках политики импортозамещения.

Цель

Исследовать свойства смесей, образующихся в результате реакции эпоксидирования аллилхлорида, в присутствии различных растворителей с целью оценки возможности отделения реагента и растворителя с их последующим возвращением на стадию проведения химической реакции.

Задачи

1. Проанализировать литературу о способах получения эпихлоргидрина.

2. Исследовать физико-химические свойства смесей спирт – вода, аллилхлорид – вода.

3. Рассчитать процесс ректификации.

4. Сформулировать практические рекомендации.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Эбулиометр Свентославского

• Компьютер с ПО AspenPlus V.10.0

• Химические реагенты

• Лабораторная посуда

Описание

Работа выполнялась в несколько этапов.

Натурный эксперимент «Определение температуры кипения смеси пропанол-1(2) – вода с различной концентрацией спирта» проводили при давлении 735 мм рт. ст., температура в лаборатории была +23,18 °С. Раствор заданной концентрации поместили в эбулиометр Свентославского, включили нагрев и фиксировали температуру кипения. Эксперимент был проведён для каждого из трёх приготовленных растворов.

Среди рассматриваемых растворителей был указан метанол, который является ядовитым веществом, поэтому для метанола и этанола использовали экспериментальные показатели базы данных Национального института стандартов (NIST).

Также не проводились эксперименты с аллилхлоридом, поскольку данное вещество обладает токсическими свойствами В литературе отсутствуют экспериментальные данные (зависимость температуры от концентрации компонента) по свойствам смеси аллилхлорид – спирт. По этой причине для исследования свойств смесей, содержащих аллилхлорид, был выбран вычислительный эксперимент в программном комплексе AspenPlus V.10.0. Данная программа позволяет проводить расчёты физико-химических свойств различных смесей, а также расчёт процесса ректификации. Для описания свойств компонентов и смесей выбрана модель UNIFAC.

Автор принимал участие в проведении натурного и вычислительного экспериментов, обрабатывал полученные данные (строил графики, проводил расчёт процесса ректификации).

Результаты

1. По данным о температурах кипения чистых компонентов, а также по полученным экспериментальным данным были построены графики зависимости температуры кипения от концентраций растворителей.

2. С использованием вычислительного эксперимента, проведённого с помощью ПО в программе AspenPlus, построены и проанализированы зависимости температуры кипения смеси от концентрации спирта для смесей метанол – вода (аллилхлорид), этанол – вода (аллилхлорид), пропанол-1 – вода (аллилхлорид), пропанол-2 – вода (аллилхлорид). Показано, что во всех смесях спирт – вода, за исключением метанольной, присутствует азеотроп, что делает невозможным разделение этих смесей обычной ректификацией. Воду легче отделить от растворителя, если последним является метанол. В случае смесей аллилхлорид – спирт реагент легче отделить от пропанола-1.

Выводы

1. Получена серия новых экспериментальных данных о температуре кипения смесей пропанол-1(2) – вода различного состава.

2. На основе анализа графических зависимостей для температуры кипения (смеси низшие спирты – вода (аллилхлорид) доказана возможность разделения смесей с использованием ректификации.

3. Подобранные параметры работы ректификационной колонны разделения смесей метанол – вода и аллилхлорид – пропанол-1 позволяют получать вещества с чистотой, соответствующей ГОСТ.

Перспективы использования результатов работы
Полученные результаты могут быть использованы для разработки отечественной технологии получения важного органического соединения эпихлоргидрина.

Сотрудничество с вузом при создании работы

РТУ МИРЭА, кафедра химии и технологии основного органического синтеза.

Мнение автора
«Работа позволила мне глубже изучить такой предмет, как органическая химия, разобраться в новом процессе – ректификации, почувствовать себя начинающим исследователем. Такие конференции, как «Старт в медицину», позволяют ученикам попробовать себя в разных профессиях и сделать правильный выбор в будущем. Я благодарен организаторам конференции за возможность представить свой проект»