Капрон из бензола

Капрон из бензола В Государственном научно-исследовательском и про­ектном институте азотной промышленности и продуктов органического синтеза, сокращенно — ГИАП, разрабо­тан новый промышленный метод получения одного из синтетических материалов, равно необходимого и тяжелой индустрии, и .каждому из нас непосредственно.

— Вот знаменитый капролактам,— доктор химиче­ских наук Эммануил Александрович Фурман высыпает на стол белые кристаллики, напоминающие каменную соль, но более тусклые и, казалось, жирные на ощупь.

Из капролактама получают полимерные молекулы всем известного капрона. В принципе капролактам мож­но получить шестью различными способами.

До последних лет самым простым и надежным счи­тался способ производства капролактама из фенола. Фенол десятками тысяч тонн поставляли химикам неф­теперерабатывающие и коксохимические заводы. И пока потребность в капролактаме измерялась тоже десятка­ми тысяч тонн, все было в порядке.

Но вот капрона потребовалось в несколько раз больше, и тут обнаружилось, что во всем мире не хва­тит фенола, чтобы насытить им капролактамовые заво­ды. Сырьевая база ставила предел производству одно­го из самых необходимых синтетических материалов. Опасность угрожала развитию одной из самых мощных отраслей современной синтетической химии.

Впрочем, сигнал о явном дефекте способа получе­ния капролактама из фенола прозвучал еще до того, как фенол был занесен в списки дефицитного сырья. Дело в том, что мировой рынок оказался забит ацето­ном (в быту его часто применяют как растворитель). Десятки тысяч тонн ацетона не находили сбыта. Однако перепроизводство этого химического продукта не было результатом просчета владельцев заводов или наших плановых работников. Просто ацетон — побочный про­дукт капролактамового производства на основе фенола.

— Вот почему,— продолжает объяснения Э. А. Фур­ман,— и в нашем институте, и за рубежом стали искать новые способы получения капролактама. Более эконо­мичные, лучше обеспеченные сырьем.

Те же коксохимические и нефтеперегонные заво­ды, которые дают сейчас ограниченные количества фе­нола, могут дать сколько угодно бензола. А с бензола начинается разработанный нашим коллективом цикл хи­мических превращений, в конце которого находится капролактам.

Но… Значительная часть работы химиков относится к опытным, эмпирическим исследованиям, о чрезвычайной трудности которых хорошо сказал недавно академик П. Л. Капица:

«Мы .знаем приблизительно 102 металлов — ограничимся ими. Описание свойств металле — его прочное ти, жаропрочности, упругости и т. д. — занимает одну страницу. Всего получается 100 страниц. Бинарные сплавы — это уже два тома в 10000 страниц, то есть 1002 Сплавы тройных систем — уже миллион страниц. Описать эти материалы, исследовать их невозможно — эмпиризм уже бессилен. Но на практике используются сплавы из четырех компонентов…».

Химики подбирают на практике технологические ре жимы сложных реакций, зависящие и от четырех, и от большего числа факторов.

Прежде всего молекулы бензолв надо гидрировать — насытить водородом. В результате исчезают двойные связи «бензольного кольца». Вот так:

Гидрирование бензола

Следующий этап — окисление циклогексане кислородом воздуха, которое происходит в огромных реакторах в присутствии катализатора, при температуре 140° С и давлении 18 атмосфер.

Схема реакции и на этот раз проста {см. рисунок).

Оговоримся, по такой простой схеме эта реакция протекает в пробирках и колбах. В заводских же условиях, где окислению подвергаются сразу тонны циклогексана, все обстоит гораздо сложнее. Сложность следствие не только масштабов, но и многообразия происходящих здесь процессов.

… Через слой циклогексане продувается воздух. Это один «проход» кислорода, за один «вдох» реактора успевает окислиться только 10—11% Циклогексана. И пе­ред технологами завода, а еще раньше перед проекти­ровщиками и учеными встает задача отделения про­дуктов окисления от исходного вещества. Это первая трудность и первое объяснение тому, что цех опутан трубами. Но это только начало. …Несметные количества окисляемых молекул циклогексана немыслимо поста­вить в одинаковые условия. В реакционной смеси, кро ме циклогексана и циклогексанона, оказывается и циклогексанол, который опять-таки необходимо выделить и очистить. Для этого потребовалось подобрать (эмпи­рически!) реактивы, температуру и давление, при ко­торых процесс идет наиболее эффективно.

Кроме того, за один раз, за один «прогон» воздуха сквозь слой загруженного в реактор циклогексана ус­певает окислиться лишь десятая часть его молекул; по­этому процесс окисления и очистки продуктов прихо­дится повторять еще и еще раз, пока по меньшей мере 80 процентов циклогексана не превратится в «целевые продукты». А среди них, кроме циклогексанона, кото­рый в конце концов превращается в капролактам, есть еще адипиновая кислота, из которой изготовляют дру­гой важный полимер — нейлон.

Капрон из бензола

Это — очень интересная особенность нового процес­са. На одном и том же заводе, из одного и того же сырья можно получать полуфабрикаты для изготовле­ния и капрона и нейлона.

Некоторое количество адипиновой кислоты образу­ется непосредственно в процессе окисления циклогек­сана. Но если бы только адипиновой! Кроме нее появ­ляются и другие органические киспоты, и сложные эфи­ры, и смолистые вещества, засоряющие «целевые» про­дукты. Значит, реакционную смесь нужно разделить на много составных частей.

…Ей дают отстояться (сколько на это требуется вре­мени, теория предсказать не могла — нужны были опы­ты!). При отстаивании смесь разделяется на водный и ор­ганический слои. Органический слой обрабатывают раствором щелочи (наименьшая действенная концентрация щёлочи была установлена эмпирически!).

…Следующий этап — очистка циклогексанона в ре­ктификаторах (размер колонн, степень разрежения воздуха, скорость жидкости и другие условия подбира­лись почти .на ощупь!). И так далее, и так далее…

Очистив в специальных установках циклогексанон, его передают в следующий реактор, где в молекулу полупродукта вводится атом азота, точнее — радикал NОН:

циклогексанон

И последнее превращение на пути к капролакта­му. К молекуле оксима ничего не добавляется. От нее ничего не отнимается. Происходит (в присутствии ка­тализатора, которым в данном случае служит серная кислота) лишь перегруппировка атомов:

Перегруппировка атомомв

 

С. ВЛАДИМИРОВ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>