Fabricarea anilinei

FABRICAREA ANILINEI

Reducerea nitrobenzenului.

Obtinerea aminelor prin reducere se poate realiza prin mai multe procedee, a caror alegere depinde de natura substratului si a produsului dorit.

Reducerea grupei nitrice se desfasoara dupa o succesiune de trepte (nitro-derivat à nitrozo-derivat à hidroxil-amina à amina). Produsul cel mai stabil este amina primara, dar, prin alegerea adecvata a agentilor de reducere si prin controlul riguros al conditiilor de reactie procesul poate fi oprit la una din etapele intermediare.

De exemplu, prin reducerea nitrobenzenului cu zinc in diferite medii rezulta anilina si apa. (C₆H₅ - NH₂  - anilina).

Reactia chimica este:

C₆H₅ - N0₂+ Zn Apa C₆H₅- NH - OH - fenilhidroxilamina

C₆H₅- NH - HN hidrazobenzen

Reactantii sunt

hidrogenul, H₂, notat cu H

- nitrobenzenul, C₆Hs - NO₂ notat cu NB

Raportul molar stoechiornetric de alimentare este H / NB = 3 / 1.

Consumul industrial de materii prime este mai mare decat cel stoechiornetric necesar, adica 1360 kg NB / 760 m3H pentru 11 anilina produsa.

Produsii de reactie:

- anilina, QHs - NH2

- apa, H2O

Catalizatorii utilizati la reducerea nitrobenzenului in faza gazoasa sunt de regula catalizatori de Ni, Ni -Cu, Cu, Pd, Cu - Mg - Si02, Ru, Pt si altii.

Hidrogenarea catalitica a nitroderivatilor se poate realiza in faza lichida sau faza gazoasa, in strat fix, mobil sau fluidizat de catalizator.

La hidrogenarea catalitica a nitrobenzenului in faza gazoasa catalizatorii de cupru conduc la randamente apropiate de cele teoretice si sunt suficient de stabili in conditiile optime ale procesului.

In general, insa, catalizatorii foarte activi sunt stabili intr-un interval ingust de temperatura, ceea ce implica eliminarea eficienta a caldurii de reactie in vederea mentinerii temperaturii intre limitele prescrise

Descrierea reactorului de reducere

Desi sunt mai vechi, reactoarele multitubulare in strat fix, pot fi de asemenea utilizate in procesul de reducere in faza gazoasa a nitrobenzenului.

Reactorul multitubular in strat fix cuprinde un fascicul de tevi umplute cu catalizator. Distributia uniforma a catalizatorului in tevi se realizeaza cu ajutorul masuratorilor de cadere de presiune in stratul catalitic.

Tevile de reactie sunt asezate hexagonal (circular) pe sectiunea transversala, intocmai ca schimbatoarele de caldura si sunt sustinute de o placa de distributie.

In spatiul dintre tevi circula un agent termic (saruri topite, ulei mineral) care preia caldura de reactie de la tevile de reactie si o cedeaza serpentinei de racire care de regula este un generator cu aburi.

Un transfer termic de racire este inlesnit de prezenta unui agitator mecanic, aflat in interiorul serpentinei de racire.

Controlul temperaturii baii de racire a reactorului se poate face si prin recirculatia externa si racirea agentului termic din baie, intr-un schimbator de caldura exterior.

Fig. 1. Reprezentarea schematica a unui reactor multitubular in strat fix

1- tevi de reactie

2- serpentina de racire (generator de abur)

3- agitator

4- baie de saruri topite

5- placa de distributie a tevilor

Reactorul utilizat este un vas cilindric, prevazut la partea inferioara cu un gratar de distributie a gazelor.

In interiorul zonei de fluidizare se afla un schimbator de caldura in forma de U. Filtrele 4 servesc pentru retinerea pulberii de catalizator antrenata de produsele de contact.Vaporii de nitrobenzen si hidrogenul intra in reactor pe la partea inferioara a acestuia, sub gratarul de distributie.

Amestecul de reactie gazos (produsele de contact) trece prin filtrele 4 si iese din reactor pe la partea superioara.Intrucat stratul fluidizat este caracterizat de coeficienti ridicati de transfer de caldura, suprafata de racire necesara pentru eliminarea caldurii de reactie este mica si aceasta permite folosirea schimbatorului in forma de U.

Schimbatorul de caldura prezinta avantajul compensarii termice bune a elementelor sale si evitarii posibilitatii de patrundere a agentului de racire in stratul de catalizator, in cazul unor neetanseitati la placa tubulara.

Reactorul in strat fluidizat ofera urmatoarele avantaje:

- au un control foarte bun al temperaturii,

- regenereaza foarte usor, dar si dezavantajul ca in timpul nutrizarii(macinarii) catalizatorului se infunda conductele si necesita separare prin cicloane.

Desi sunt mai vechi, reactoarele multitubulare in strat fix, pot fi deasemenea utilizate in procesul de reducere in faza gazoasa a nitrobenzenului.

Acestea prezinta urmatoarele avantaje fata de reactoarele cu catalizator in strat fluidizat:

- au un profil de curgere care favorizeaza realizarea unor selectivitati ridicate pentru majoritatea proceselor chimice;

- au constructii mai simple si se opereaza mai usor.

Dezavantajele lor pot fi :

- profilul neizoterm in strat;

- efectivitatea operarii ciclice(reactie-regenerare.

Reactorul multitubular in strat fix cuprinde un fascicul de tevi umplute cu catalizator.

Distributia uniforma a catalizatorului in tevi se realizeaza cu ajutorul masuratorilor de cadere de presiune in stratul catalitic.

Tevile de reactie sunt asezate hexagonal (circular) pe sectiunea transversala, intocmai ca schimbatoarele de caldura si sunt sustinute de o placa de distributie.

In spatiul dintre tevi circula un agent termic (saruri topite, ulei mineral) care preia caldura de reactie de la tevile de reactie si o cedeaza serpentinei de racire care de regula este un generator cu aburi.

Un transfer termic de racire este inlesnit de prezenta unui agitator mecanic, aflat in interiorul serpentinei de racire.

Controlul temperaturii baii de racire a reactorului se poate face si prin recirculatia externa si racirea agentului termic din baie, intr-un schimbator de caldura exterior.

Descrierea instalatiei si a procesului tehnologic.

Schema de principiu a unei instalatii de obtinere a anilinei prin reducerea nitrobenzenului in faza gazoasa este urmatoarea :   

Fig. nr. 2. Schema de principiu a instalatiei de fabricare aa anilinei

Reactia se desfasoara la 270 C si presiunea de 1.4 atm, la un timp de contact scurt. Vaporii de nitrobenzen din evaporatorul 1 si hidrogenul (proaspat si recirculat, in cantitate de 3 ori mai mare decat cea teoretic necesara) intra in reactor pe la partea inferioara.

Produsele de reactie trec prin filtre pentru retinerea catalizatorului antrenat si condenseaza in condensatorul 8.

Hidrogenul se reintoarce in proces prin intermediul compresorului de recirculare 9.

In separatorul 10 are loc decantarea amestecului apa-anilina.Stratul superior format din apele de anilina iese pe la partea superioara si este trimis la recuperare.Stratul inferior care constituie anilina bruta, se distila in coloana 12.

Dupa o distilare primara si condensare in condensatorul 8, anilina trece la o a doua distilare in coloana 14, rezultand ca produs final anilina pura.

Fig. Schema tehnologica de fabricare a anilinei

1-evaporator benzen

2-reactor in strat fix

3-serpentina de racire (generator de abur)

4-agitator

5-baie de saruri topite

6-placa de distributie a tevilor

7-tevi de reactie

8-condensator

9-compresor pentru recircularea hidrogenului

10-separator anilina

11-blaz

12-coloana distilare anilina bruta

13-condensator

14-coloana distilare produs finit

15-blaz

Niste cercetatori polonezi au elaborat un procedeu de hidrogenare catalitica a nitrobenzenului, care a condus la anilina de inalta puritate (continut de nitrobenzen nereactionat sub 0.001% in greutate, punct de congelere -6.2C) folosind un catalizator original Cu-Mg-SiO.

Avantajele procedeului sunt urmatoarele:

-catalizatorul original folosit (simbol NA) are o activitate ridicata si durata mare de functionare (2000ore) si asigura, practic, conversia totala a nitrobenzenului ;

-indicii tehnico-economici de consum se situeaza la nivelul mondial(1360 kg nitrobenzen / tone anilina si, respectiv ,760m N hidrogen);

-se obtine un randament al anilinei rectificate la cel mai ridicat nivel mondial(0.001% nitrobenzen nereactionat);

-costul este cu aproximativ 15% mai scazut decat cel obtinut prin procedeul Bechamp.

Procesul de reducere are loc intr-un reactor in strat fix, tubular, la temperatura de 280-300 C, in conditiile unui raport molar mediu H/NB=17/1, incarcarea catalizatorului 350g NB/1cat.

Dupa reactie, gazele rezultate sunt racite la temperatura de 20-30 C pentru separarea hidrogenului, care este introdus in proces.

Condensatorul obtinut este lasat sa se decanteze si apoi este prelucrat intr-un sistem de trei coloane (deshidratare anilina, rectificare anilina,distilare ape de anilina).

Hidrogenarea catalitica a nitrobenzenului se mai poate realiza cu gaz de al sinteza amoniacului, cu un continut de 65-80% hidrogen, pe catalizator de cupru-alumina.

Performantele reactorului (randamentul, selectivitatea, conversia) depind de mai multi factori de operare, dupa cum urmeaza:

-diametrul particulei si compozitia catalizatorului

-temperatura in reactor

-durata de contact cu catalizatorul

-raportul molar H/NB in alimentare

-viteza spatiala (raportul dintre cantiatea de catalizator si debitul de NB)

4. Alte metode de preparare a anilinei :

1. reducerea nitrobenzenului cu hidrogen obtinut din reactia acidului clorhidridric cu metalele, folosindu-se catalizator de cupru (ca la Fagaras)

2. alchilarea amoniacului cu derivati halogenati

reducerea nitribenzenului cu pilitura de fier, folosindu-se ca electroliti saruri de fier(clorura, sulfat, acetat, formiat) care se pot obtine in vasul de reducere, prin adaugarea de acizi in cantitati mici inainte de adaugarea nitrobenzenului ;