Промислові способи отримання вінілацетату

Єдиною реакцією, якою користуються для отримання вінілацетату в промисловому масштабі, а також в лабораторії, є вінілірованіе оцтової кислоти ацетиленом. Спочатку реакцію приєднання ацетилену до оцтової кислоти, що протікає в присутності сульфату ртуті, застосовували для синтезу етілендіацетата; винилацетат при цьому виходив в невеликій кількості як побічний продукт, який вперше і був виділений з реакційної суміші, одержуваної в результаті цієї реакції. Коли ж були відкриті чудові властивості поливинилацетата і одержуваного з нього полівінілового спирту та його похідних, то ця реакція була вивчена заново, і вихід вінілацетату доведений майже до теоретичного.

Реакція оцтової кислоти з ацетиленом в обох своїх стадіях вимагає застосування каталізаторів, що активують ацетилен. Однак при підвищеному тиску реакція протікає і без них і переважно з утворенням вінілацетату, але з ростом тиску і одночасно температури починає поступово зростати кількість полімеру. Це ускладнення виключається при роботі з каталізатором в рідкій або газоподібній фазі; приєднання в цих умовах легше здійснюється при атмосферному тиску, якщо обидва компонента є абсолютно сухими. У першому випадку (так званий «мокрий спосіб») чистий сухий ацетилен вводять в безводну * ускусную кислоту, яка містить каталізатор, при температурі, що не перевищує 100 °. У другому випадку ( «сухий спосіб») суміш ацетилену з парами оцтової кислоти пропускають через контактну масу з обложеним на ній каталізатором. Температура процесу залежить від терміну служби і отже, активності каталізатора і найчастіше коливається в межах 135-220 °.

* Щоб кислота була дійсно безводна, до неї додають оцтовий ангідрид.

Активними каталізаторами цього процесу є солі ртуті, цинку і кадмію, наприклад сульфат, фосфат, фтороборат, хромат або ацетат ртуті і хромати, а особливо ацетати цинку і кадмію. Крім того, в якості каталізаторів застосовують суміші цих солей. Рекомендують також додавати в реакційну суміш невеликі кількості окису какоділа або диметиланилина. Припускають, що ці речовини активують каталізатор і запобігають полімеризацію вінілацетату. Солі ртуті, крім її ацетату, застосовуються при мокрому способі. Їх готують розчиненням оксиду ртуті у відповідній кислоті; для зв'язування води, що виділяється при реакції, додають ангідрид цієї ж кислоти, сірчаний ангідрид, фосфорний або оцтовий ангідрид. Ацетати цинку і кадмію і, рідше, ртуті на активованому вугіллі, окису алюмінію або силікагелі є каталізаторами при сухому способі, який в даний час є загальноприйнятим, оскільки він легше регулюється, може здійснюватися за безперервною схемою і дає більш високі виходи.

Побічними продуктами в процесі отримання вінілацетату є купреновие смоли, що утворюються в результаті полімеризації ацетилену, етілендіацетат, який утворюється в результаті приєднання до вінілацетату другий молекули оцтової кислоти, і, нарешті, ацетальдегід. Останній утворюється або безпосередньо з ацетилену і присутньої в мізерно малих кількостях води при мокрому способі, або в результаті розкладання етілідендіацетата.

Перші дві реакції можуть протікати при роботі в рідкій фазі; розкладання етілідендіацетата може мати місце головним чином при сухому способі. Однак, якщо ацетилен брати в надлишку, то останню реакцію можна запобігти. Застосовуючи каталізатор, який не містить домішок сполук міді, вдається також уникнути і полімеризації ацетилену.

Оскільки описана реакція отримання вінілацетату є, як і всі реакції вінілірованія ацетиленом, екзотермічної, виробничий процес необхідно ретельно регулювати.

Апаратура для виробництва вінілацетату контактним способом в газовій фазі складається з випарника оцтової кислоти, камери змішування, власне реактора, холодильників і дистиляційних колон. Реактор, який представляє собою чотиригранну камеру, виготовлену з нержавіючої сталі, забезпечений гратами, на якій розміщується каталізатор, і системою трубок для охолодження. В останніх циркулює вода, що нагрівається за рахунок тепла реакції до кипіння при температурі процесу вінілірованія (під тиском). Каталізатором служить ацетат цинку на зернистому активованим вугіллі *. Ацетилен не повинен містити сполук сірки і фосфору, які дезактивують каталізатор. Його очищають за описаним нижче способом хлорного водою і розчином біхромату калію в сірчаної кислоти і, нарешті, сушать над твердим їдким калі.

* 100 частин вугілля просочують 70 частинами 30% -ного водного розчину цинкової солі і висушують.

Вихідні з випарника пари оцтової кислоти змішують в камері змішання з надмірною кількістю ацетилену (90% ацетилену, 10% азоту) в співвідношенні приблизно 1: 5 і нагріту суміш вводять в реактор. Спочатку температуру процесу підтримують при 170 ° і зі зменшенням активності каталізатора поступово підвищують до 220 °. Газоподібним суміш, що виходить з реактора, пропускають через фільтр, де вона звільняється від міститься в ній катализаторной пилу, а потім поступово охолоджують з метою парціальної конденсації до 40, 10 і нарешті до 0 °. Несконденсировавшиеся частина газу змішують зі свіжим газом і повертають в цикл. Конденсат стабілізують, додаючи 1% гідрохінону або іншого стабілізатора, і піддають перегонці. В результаті перегонки відділяється ацетальдегід і не прореагували оцтова кислота, яку також повертають в цикл; основний фракцією є чистий мономер. Перегонку проводять на колонках, виготовлених з нержавіючої сталі або, найчастіше, з більш дешевого матеріалу - алюмінію. Застосування для цієї мети міді і її сплавів неприпустимо. Перегінна установка працює безперервно; винилацетат вводять у випарник з такою швидкістю, щоб при температурі і тиску перегонки в останньому не відбувалося скупчення рідини і її перегрів.

Якщо чистий мономер повинен зберігатися на складі більше 24 годину. то його необхідно стабілізувати. Як стабілізатори рекомендують цілий ряд з'єднань, наприклад дифениламин, резинат або ацетат міді, безводні амонієві солі нижчих монокарбонових кислот, четвертинні амонієві підстави, тіодіфеніламін, гідрохінон або сірку. З них найбільш активним є резинат міді (0,01%), зокрема в суміші з дифеніламіном (0,01-0,02%). Він має ту перевагу, що нелетуч і забарвлює мономер в синьо-зелений колір. Забарвлення зникає з витрачення інгібітору на руйнування речовин, що сприяють полімеризації. Деяка незручність описаного способу стабілізації полягає в можливості утворення вибухонебезпечного з'єднання - ацетіленід міді, якщо мономер не є абсолютно сухим. Це складне становище проте виключається, якщо як стабілізатор застосовувати резинати цинку, магнію, алюмінію і ін. Резіната з мономера витягають промиванням 10% -ним розчином карбонату або ацетату натрію. Нелетючим стабілізатором є також сірка, яку часто використовують для стабілізації вінілацетату, що зберігається на світлі. Однак мала розчинність сірки в мономере сприяє її виділення, в результаті чого відбувається забивання трубопроводів і вентилів. Добрими стабілізаторами є амонієві і четвертинні солі, тіодіфеніламін і гідрохінон. З двох останніх стабілізаторів перший прекрасно розчиняється у воді, внаслідок чого він легко видаляється з мономера, другий можна виділити промиванням мономера розведеної лугом на холоду. Однак мономер дуже рідко стабілізують інгібіторами, що володіють основними властивостями, оскільки останні є легколетучим сполуками і переганяються разом з мономером, а видаляти їх промиванням розведеної кислотою не можна, оскільки може одночасно відбутися омилення вінілацетату.

Схожі статті