Посилена турбулізація середовища, крім великої поверхні для протікання реакцій, забезпечує також безупинний приплив реагуючих речовин до цієї поверхні і відвід від її продуктів реакції. При досягненні більш високої ефективності перемішування зменшуються кількістькислої смолки, що утвориться, і витрата кислоти, а при постійній витраті кислоти поліпшується ступінь очищення.
Оптимальна тривалість перемішування фракції, що очищається, ВТК із концентрованою кислотою в насосі-змішувачі 2,5 з, гідрокулях 30—40 з і реакторі 4,5— 5,0 хв.
Тривалість перемішування істотно не впливає на ступінь очищення, збільшення її приводить до росту кількості кислої смолки, погіршенню її консистенції (збільшується в'язкість), зв'язаному з цим росту втрат кислоти і продукту, а також наростанню сульфирования ароматичних вуглеводнів. Нижче приведений режим процесу сернокислотной очищення:
Важливою технологічною операцією сернокислотной очищення є регенерація сірчаної кислоти. Якщо не вважати деяких незначних утрат сірчаної кислоти, кислою смолкою, що захоплюється механічно, основна частина її може бути виділена шляхом регенерації в змішувачах, куди подається вода, що зменшує концентрацію сірчаної кислоти і перериває полімеризацію. Вода витрачається в кількості 1,8—2,0 обсяги на 1 обсяг кислоти. При недоліку води знижується вихід регенерованої кислоти і збільшується вихід кислої смолки. Регенерована кислота погано відокремлюється від смолки. Звичайно концентрація регенерованої кислоти складає 40— 50%, а її вихід не менш 70—80%. Образующаяся в процесі сернокислотной очищення кисла смолка, вихід якого коливається від 0,2—0,3 до I — 2%, використовується для виробництва дорожнього в'язких. Склад її в залежності від умов процесу і складу фракції, що очищається, може помітно коливатися, що підтверджується наступними даними:
Загальні втрати при очищенні звичайно 3—5%. У практичних умовах вихід чистих продуктів складає 91—93%від кількості-бензолу, відігнаного до 180°С, що порозумівається значними втратами при переробці головної фракції.
Недоліками сернокислотной очищення є трохи завищені втрати чистих продуктів, утворення відходів виробництва у виді кислої смолки й одержання відпрацьованої (регенерованої) кислоти, застосування якої для виробництва сульфату амонію важко. Але такі достоїнства сернокислотной очищення, як приступність і дешевина реактиву, гнучкість процесу і простота керування їм, невеликі питомі витрати і простота апаратурного оформлення, забезпечують цьому методу широке застосування і майбутність.
На мал. 43 приведена принципова схема безупинної сернокислотной очищення фракції ВТК. Перевагами її є сталість технологічного режиму, зручність обслуговування і можливість дуже інтенсивного перемішування-, що недосяжно в апаратурі періодичної дії великої ємності.
Фракція ВТК надходить у змішувач, а потім у відцентровий насос I, що є також змішувачем, сюди ж подається концентрована сірчана кислота. Тут відбувається процес алкилировапия тиофена з неграничними з'єднаннями фракції. Перед другою групою змішувачів 2 подається присадка для продовження реакції виділення тиофена. Потім суміш надходить у наступну групу змішувачів 2, куди подається вода для регенерації сірчаної кислоти, звідси суміш надходите реактор 3. В усіх попередніх апаратах сумарна тривалість контакту не перевищує звичайно 1 хв, у реакторі — 4—6 хв. Весь наступний ланцюг апаратів призначений для відстою кислоти і кислої смолки, нейтралізації фракції і відстою відпрацьованого лугу.
Якщо для видалення тиофена необхідно додати неграничні з'єднання, присадку останніх подають безпосередньо у фракцію перед надходженням її в насос. Показники очищення фракції ВТК із використанням присадки приблизно наступні: фарбування із сірчаною кислотою 0,15— 0,4; бромне число 0,12—0,20; зміст тиофена не більш 0,1%.
При очищенні фракції ВТК чи БТ (бензол-толуол) не вдається одержати бензол для синтезу, у якому зміст тиофена не повинний перевищувати 0,0002—0,0004%, а в деяких випадках він повинний бути вільним від тиофена. Тому бензол звичайної якості, наприклад для нітрації, перемивають сірчаною кислотою вдруге. При атом завдяки відсутності в ньому реакционпоспособных гомологів бензолу процес видалення тиофена вдається провести з незначними втратами продукту.
Повторне очищення бензолу можливе в двох варіантах— із застосуванням чи олеуму моногідрату, чи з застосуванням звичайної 92—94%-напувай сірчаної кислоти і добавкою неграничних з'єднань.
Промислове застосування одержав метод перемывки бензолу 92—94%-ний сірчаною кислотою з добавкою неграничних з'єднань. Перемитий бензол піддають ректифікації для відділення погонів і кубових залишків з одержанням бензолу для синтезу і нітрації.
Досвід промислового виробництва бензолу з застосуванням різних алкилирующих присадок підтверджує його високу якість, що відповідає вимогам стандартів.
При очищенні бензольних продуктів сірчаною кислотою невисокої концентрації (93,0—94,5%) у присутності неграничних з'єднань майже не розвиваються процеси сульфирования, тому у відпрацьованій кислоті міститься мало органічних домішок (не більш 2,5—5,0%). Така кислота направляється на очищення ВТК спільно зі свіжою кислотою, а потім після регенерації передається у виробництво сульфату амонію. Таким чином, загальна витрата кислоти на очищення скорочується. При східчастій подачі присадки схема ускладнюється, але витрата реагентів може бути скорочений і ступінь очищення підвищений.
Так, при одноступінчатому очищенні бензолу з вихідним змістом тиофена 0,02—0,03% до залишкового його змісту 0,00005% витрачається 1% пипериленовой фракції, а при двоступінчастому очищенні її витрата можна знизити до 0,5—0,6%.
Основним апаратом для здійснення сернокислотной очищення фракції ВТК в установках періодичної дії є меланжер з механічними пристроями, що перемішують -і пропелерними чи турбулентними мішалками. В установках безупинної дії широке застосування одержали апарати з механічними пристроями (трилопатеві пропелери), гідравлічні змішувачі — кульові, змієвикові, ребристі радіатори, а також відцентрові змішувач-насоси-змішувачі.
Каталітичне гідроочищення
Найбільш перспективним методом очищення бензолу є каталітична гідрогенізація, що дозволяє Поряд із глибоким очищенням від сірчистих і неграничних з'єднань досягти глибокого видалення насичених вуглеводнів.
Сутність процесу каталітичної гндроочистки полягає в обробці пар сировини, що очищається, (фракції сирого бензолу) чи воднем водородсодержащим газом над каталізатором при відповідних температурі, тиску й об'ємній швидкості сировини з одержанням бензолу і його гомологів і повного гідрування домішок, що містяться.
Схема процесу каталітичного гідроочищення складається з чотирьох стадій: 1) підігрівши і випар сировини (фракції ВТК.); 2) каталітичне гідроочищення; 3) відділення газу і підготовка отриманого рафината; 4) ректифікація рафииата з одержанням кінцевих продуктів.
На відміну від жидкофазной очищення фракцій сирого бензолу (ВТК) концентрованою сарною кислотою при гідруванні під тиском процес здійснюється в газовій фазі над каталізатором, тому необхідно цілком перевести продукти, що очищаються, у пароподібний стан і відокремити їх від залишку, що невипаровується. Отримані пари фракції змішуються з чистим чи воднем коксовим газом (близько 57—60% водню) і піддаються каталітичному гідроочищенню,
При проходженні суміші пар і водень з газу, що тримає, над каталізатором під впливом температури і тиску протікають різні реакції, до числа яких від носять: реакції гидрообессеривания, гідрування ненасичених з'єднань і ароматичних вуглеводнів, гідрокрекінг насичених вуглеводнів, деметилирование гомологів бензолу.Цільовими реакціями очищення є гидрообессери-вание і гідрування ненасичених вуглеводнів. При одержанні бензолу високого ступеня чистоти визначальними є реакції гндро обесееривапня, особливо гидро-геполиз(руйнування) найбільше термічно Стабнльного з'єднання —тиофена. Каталізаторами гидрообессеривания можуть бути чи сульфіди оксиди молібдену, кобальту, вольфраму, нікелю, ванадію. У промисловості широко розповсюджений алюмокобальтмолибдеповъш катав.
Хімізм процесу гідроочищення полягає в тім, що серусодержащие домішки гидрируются з утворенням відповідних вуглеводнів і сірководню:
Сірковуглець З5а-|- 4На-»-2На5 + СН4; Этилмеркантан З2Н55Н + На-э-Н 4- СгНй; Мстилтиофен едЗСНз + 4 Н> - Нг5 + З5Н12; Тиофен З4Н48 + 4 Н2 -> Н28 4- З4Н1Ц.
З усіх сірчистих з'єднань, що містяться в сирому бензолі, найбільш стійким при гідруванні, а також при термічній обробці є тиофен, що не розкладається навіть при 800°С Однак у присутності водню і відповідних каталізаторів при наявності необхідного тиску розкладання тиофена відбувається порівняно повно.
Азотсодержащие речовини при гідруванні дають аміак і вуглеводні, кислородсодержащие з'єднання — воду і вуглеводні:
СН3СЫ + ЗНз + ОД, + Ш3, ОДИ + 5Н2-З5Н1а + гШ8, 6 СвН5ВІН + 3 И,, -> 5 Сон6 + 6 Н2О.
Гидродеалкилирование гомологів бензолу протікає по реакціях:
З6Н5СН3 + Н, - ОД + СН4, З,;Н4 (СН8), + Н2 = = З,Н5СН3 + СН4.
Неграничні з'єднання насичуються по реакціях: С„Н5СН = СН2 -[- Нг = З6НЬСН2СН3.
Також здійснюються реакції гідрокрекінгу насичених вуглеводнів (циклогексану, метилциклогексана) з утворенням парафінових вуглеводнів.
Процес каталітичного гідроочищення може здійснюватися по среднетемпературной схемі і за схемою високотемпературного очищення.