Характеристика сырья и готовой продукции

Сырьём в отделении гидрирования бензола для производства капролактама является бензол и азотоводородная смесь (АВС). В аппарате гидрирования на катализаторе происходит взаимодействие газообразного бензола с АВС с образованием циклогексана.

Для получения циклогексана гидрированием используется бензол нефтяной, марки «Для синтеза» ГОСТ 9572–77[7].

Бензол? бесцветная жидкость со своеобразным резким запахом.

Температура плавления? 5,5 °С, температура кипения? 80,1 °С, плотность? 0,879 г/см³, молекулярная масса? 78,11 г/моль. С воздухом образует взрывоопасные смеси, хорошо смешивается с эфирами, бензином и другими органическими растворителями, с водой образует смесь с температурой кипения 69,25°С. Растворимость в воде 1,79 г/л (при 25°С). Токсичен, опасен для окружающей среды, огнеопасен[6].

Бензол по составу относится к ненасыщенным углеводородам (гомологический ряд С_пН_2п), но в отличие от углеводородов ряда этилена, проявляет свойства, присущие насыщенным углеводородам при жёстких условиях, а вот к реакциям замещения бензол более склонен. Такое «поведение» бензола объясняется его особым строением: наличием в его структуре сопряжённого р-электронного облака.

В зависимости от технологии производства и назначения установлены следующие марки нефтяного бензола: высшей очистки, очищенный и для синтеза. Нормы для марок регламентированы ГОСТ 9572–93 [3] и приведены в таблице 2.1.

Бензол нефтяной получают в процессе каталитического риформинга бензиновых фракций, каталитического гидродеалкилирования толуола и ксилола, а также при пиролизе нефтяного сырья, дегидрировании циклогексана[4].

С₆Н₁₂ С₆Н₆+ЗН₂^.

Наиболее характерными для бензола являются реакции замещения: галогенирование, нитрование, сульфирование. Также бензол склонен к реакциям присоединения: гидрирование, присоединение хлора:

С₆Н₆ + 3Cl₂ + C₆H₆Cl₆

Для бензола также характерна реакция горения в присутствии кислорода:

2С₆Н₆+3О₂+12СО₂+6Н₂О Таблица 2.1 — Нормы технических показателей для марок бензола.

Основные области применения бензола? производство этилбензола, кумола и циклогексана. На долю этих продуктов приходится около 70% мирового потребления бензола. Бензол также используется для получения анилина, малеинового ангидрида, является сырьем для производства синтетических волокон, каучуков, пластмасс.

Водород? является одним из наиболее распространённых элементов? его доля составляет 0,88% от массы всех трёх оболочек земной коры. Основное количество этого элемента находится в связанном состоянии.

В виде соединений с углеродом водород входит в состав нефти, горючих природных газов и всех организмов.

Свободный водород состоит из молекул Н₂. Он часто содержится в вулканических газах. Частично он образуется также при разложении некоторых органических остатков. Небольшие его количества выделяются зелёными растениями. Атмосфера содержит около 10−5 объёмн.% водорода. В природе водород образуется главным образом при разложении органических веществ, например целлюлозы или белков, некоторыми видами бактерий.

Водород? газ без цвета и запаха, плотность при н.у. 0.09 г/л. Температура кипения минус 252,8?. В воде очень плохо растворим. Хорошо растворим в некоторых металлах[11].

Связь в молекуле Н₂ очень прочная, поэтому химически водород малоактивен. Его реакционная способность значительно повышается в присутствии катализаторов, таких как платина, никель. В химических реакциях водород может быть как окислителем, так и восстановителем.

Водород взаимодействует как восстановитель: с кислородом при поджигании, с серой при нагревании, с хлором.

Водород взаимодействует как окислитель только с активными металлами. При высокой температуре водород может восстанавливать большинство оксидов металлов.

При взаимодействии водорода с оксидом углерода может получиться метиловый спирт:

СО₂+Н₂CН₃ОН В настоящее время водород получают в огромных количествах. Очень большую часть его используют при синтезе аммиака, гидрогенизации жиров и при гидрировании угля, масел и углеводородов. Кроме того, водород применяют для синтеза соляной кислоты, метилового спирта, синильной кислоты.

Азот — представляет собой бесцветный и не имеющий запаха газ (t_пл.=?210?, t_кип. = ?196?). Растворимость его в воде мала — около 2% по объёму. Молекула азота двухатомна и заметно не распадается на атомы даже при очень высоких температурах. Физиологически индифферентный газ. В атмосферном воздухе содержится 78,09% азота. Взрывопожаробезопасен[11].

Свободный азот химически весьма инертен. В обычных условиях он не реагирует ни с металлоидами, ни с металлами (кроме Li). При повышении температуры его активность увеличивается главным образом по отношению к металлам, с некоторыми из которых он при нагревании соединяется, образуя нитриды этих металлов. В химических реакциях азот может быть как окислителем, так и восстановителем. Азот взаимодействует как окислитель с водородом, с металлами. Как восстановитель? с кислородом, с фтором.

Применение свободного азота, как такового, довольно ограниченно. Главным образом его используют для заполнения электроламп. Соединения азота имеют громадное значение для биологии и используются в разнообразных отраслях промышленности. Наибольшие их количества расходуются в качестве минеральных удобрений и при производстве взрывчатых веществ.

Циклогексан? бесцветная, легковоспламеняющаяся, маслянистая, прозрачная жидкость, с характерным запахом, плохо растворимая в воде, является хорошим растворителем (пары циклогексана тяжелее воздуха). Обладает наркотическим действием, токсичен, вызывает раздражение глаз, кожи, респираторной системы, поражает центральную нервную систему. Температура плавления? 6,5°С, температура самовоспламенения? 259 °C, температура кипения? 80,7°С, плотность? 0,778 г/см³, температура вспышки? 17 °C, температурные пределы воспламенения от -17 до 20 °C, объёмные пределы воспламенения от 1,2 до 10,6%, молекулярная масса? 84,16г/моль. По химическим свойствам циклогексан очень близок к ларофиновым углеводородам. Он довольно стоек к действию многих реагентов. Для циклогексана характерны все химические свойства насыщенных углеводородов: реакции замещения, отщепления, разложения и окисления[4].

В отличие от насыщенных углеводородов для циклогексана возможна реакция присоединения[4]:

С₆Н₁₂+С1₂=С₆Н_ПС1 + НС1.

Основным промышленным способом получения циклогексана является гидрирование ароматических углеводов:

С₆Н₆+ЗН₂^С₆Н₁₂+ 207 кДж/моль В настоящее время циклогексан в основном используют в производстве полимерных волокон, а также при проведении научно-исследовательских работ, в аналитической и лабораторной практике[2].

Капролактам? белое кристаллическое вещество с температурой плавления 69 °C, формула С₆Н₁₁NО, перевозится и хранится в жидком виде. Капролактам является исходным продуктом для получения полиамидных волокон. Области использования полиамидов и капролактама определил комплекс ценных свойств, которыми обладают эти волокна. Важнейшей областью применения полиамидного волокна является шинная промышленность. Из капрона и нейлона изготавливается корд? основной структурный элемент автомобильных и авиационных шин. Капроновое волокно нашло также применение при производстве разного рода крученых изделий (канаты, веревки, тросы), для изготовления рыболовных сетей. В последнем случае существенную роль играет способность волокна не поддаваться гниению в морской воде[4].