Основы механизма реакции ПТА в полимерах — 003: Основы механизма реакции полимеров с ПТА

Thread Content

Принцип производства PTA: Процесс производства PTA делится на два этапа – окисление и очистка. 1. Принцип окислительной реакции. В процессе окисления в качестве катализаторов используются кобальт-ацетат и марганцовый ацетат; в качестве активатора применяется сжиженный водород. В качестве сырья используется пара-ксилол. При давлении 1,15 мПа и температуре 188°C кислород из воздуха окисляет пара-ксилол до пара-фталевой кислоты в растворителе на основе уксуса. Уравнение химической реакции выглядит следующим образом: C8H10 + 3O2 → C6H4(COOH)2 + 2H2O + 318,7 ккал/моль PX. Побочные реакции, возникающие в процессе окисления, более сложны, чем основная реакция. Потому что реакция окисления PX происходит при высоких температурах в присутствии пероксида. Параллельно с основной реакцией в системе происходит частичное сгорание PX и уксусной кислоты. Оксид углерода, диоксид углерода и вода образуются согласно следующим уравнениям: C8H10 + O2 → CO2 + H2O; CH3COOH + O2 → CO2 + H2O. Кроме того, если соотношение компонентов в процессе окисления не соблюдается или из-за некачественного сырья – дифенилэтана, вспомогательных веществ и химикатов – в процесс попадают примеси, это может привести к возникновению второстепенных реакций и образованию дополнительных побочных продуктов. В конечном итоге все они попадают в поток оксидов в качестве примесей. 2. Принцип гидрогенизационной реакции: сырая фталевая кислота из-за содержания примесей не подходит для получения полиэфирных продуктов. Основными примесями являются промежуточные продукты окисления терефталевой кислоты, включая 4-карбоксибензальдегид (4-CBA), п-метил… (кислота PT) и окрашенные вещества. Грубый терефталевая кислота с чистотой 99,7% должна быть очищена до уровня 99,98%, чтобы стать подходящим сырьем для производства полиэстера. Основные реакции процесса гидрорефинирования осуществляются на основе обратных реакций окисления ПХ. Процесс окисления выглядит следующим образом: п-диметилбензол → п-метил… → кислота PT → 4-CBA → терефталевая кислота. В процессе реакции из-за влияния равновесных концентраций ПХ не может быть полностью окислен до ТА. В окислительной среде всегда присутствуют определенные концентрации промежуточных продуктов окисления и пигментов. Поскольку структура 4-CBA в значительной степени схожа со структурой молекулы ТА, он постоянно образует кристаллы вместе с ТА. В результате это приводит к появлению примесей в ТА; наибольшее влияние оказывает 4-CBA. Для устранения 4-CBA используется принцип обратной реакции, приводящей к его образованию. Сырой TA, полученный в процессе окисления, растворяется при высокой температуре 286°C и высоком давлении 76 Бар в деионизированной воде. Под действием катализатора на основе палладия и угля сырой TA реагирует с водородом; в результате этого 4-CBA в сыром TA восстанавливается до кислоты PT, а окрашенные вещества разлагаются. Уравнение реакции следующее: 4-CBA + 2H2 → кислота PT + H2O + 43,7 ккал/моль. Растворимость кислоты PT в воде значительно выше, чем растворимость терефталевой кислоты (TA) в воде. Когда TA выпадает в виде кристаллов из водного раствора, кислота PT остается растворенной в воде. Поэтому при температуре около 150°C её можно легко отделить от TA с помощью фильтрации под давлением. Таким образом, косвенным образом удаляется 4-CBA из готового продукта. Побочные реакции: в основном это побочные реакции, возникающие в результате чрезмерного гидрирования при гидризации PTA. PTA + H2 → 4-CBA + H2O
PTA + H2 → циклогексан
PTA + H2 → циклогексановая кислота

Механизм гидрогенизации заключается в том, что палладий (Pd), находящийся в катализаторе из палладия и угля, активирует альдегидную группу (-CHO) в молекуле 4-CBA, превращая её в активную группу. В то же время палладий также активирует молекулы водорода, превращая их в активные частицы. Благодаря этому происходит успешная гидрогенизация. 4CBA+H2→CH2OHC6H4COOH→CH3C6H4COOH