Содержание

Определение

Свойства физические

Свойства химические

Получение

Применение

Токсичность

Определение

Этилбензол — это органическое вещество класса углеводородов.

Этилбензол – ароматический углеводород, бесцветная жидкость, поступает в окружающую среду с выбросами и сточными водами производств органического синтеза, синтетического каучука, пластмасс, искусственных волокон.

Свойства физические

Бесцветная жидкость; почти нерастворим в воде, растворяется в спирте, бензоле, эфире, четыреххлористом углероде.

Химическая формула C8H10

Молярная масса 106.167 г/моль

Плотность 0.8665 г/см³

Температура плавления -95 °C

Температура кипения 136 °C

Растворимость в воде 0.15 г/100 мл

Рег. номер CAS 100-41-4

CAS: 100-41-4

RTECS: DA0700000

ООН: 1175

ЕС: 601-023-00-4

Температура кипения: 136°C

Температура плавления: -95°C

Относительная плотность (вода = 1): 0.9

Растворимость в воде, г/100 мл при 20°C: 0.015

Давление паров, кПа при 20°C: 0.9

Относительная плотность пара (воздух = 1): 3.7

Относительная плотность смеси пар/воздух при 20°C (воздух = 1): 1.02

Температура вспышки: 18°C c.c.

Температура самовоспламенения: 432°C

Пределы взрываемости, объем% в воздухе: 1.0-6.7

Koэффициент распределения октанол/вода как lg Pow: 3.2

Брутто-формула (система Хилла): C8H10

Формула в виде текста: C6H5C2H5

Температура плавления (в °C): -93,9

Температура кипения (в °C): 136,15

Температурные константы смесей: 127,5 °C (температура кипения азеотропа, давление 1 атм) 1-нитропропан 59% этилбензол 41%

Растворимость (в г/100 г или характеристика):

вода: 0,014 (15°C)

диэтиловый эфир: смешивается

этанол: смешивается

Плотность: 0,8669 (20°C, относительно воды при 4°C)

Этилбензол C6H5CH2CH3 - бесцветная, прозрачная, горючая жидкость с запахом, напоминающим запах бензола. Смешивается с бензолом, толуолом, гексаном, петролейным эфиром, хлороформом, четыреххлористым углеродом и многими другими органическими растворителями. Практически не растворим в воде (0.014% по массе при 15°C).

Свойства химические

Обладает свойствами органических соединений. Взаимодействие с галогенами Cl2 и Br2 в газовой фазе при повышенных температурах или при освещении протекает по свободно-радикальному механизму с образованием 1-галогенэтил- и 2-галогенэтилбензолов. При реакции в жидкой фазе образуется набор орто- и пара- замещенных производных. Нитруется этилбензол аналогично толуолу, в результате взаимодействия получаются моно-, ди- и тринитрозамещенные аддукты.

Нитрование HNO3 (d=1,5) и сульфирование идет в бензольное кольцо с образованием соответствующих моно-, ди- и тринитропроизводных. При окислении СrО3 или разбавленной HNO3 этилбензол превращается в бензойную кислоту и ацетофенон, при окислении раствором Na2Cr2O7 в автоклаве при температуре 250 °С в течение 1 ч - в натриевую соль фенилуксусной кислоты (выход 89%). Жидкофазное окисление этилбензола в присутствии ацетата Мn приводит к - фенилэтиловому спирту, который при 300 °С в присутствии TiO2 превращается в стирол. При окислении кислородом воздуха при 130 °С и 0,5 МПа этилбензол образует гидропероксид, который при 11О °С в присутствии нафтенатов W или Мо с пропеном образует пропиленоксид и -фенилэтиловый спирт.

При окислении этилбензола в зависимости от природы окислителя образуются различные продукты:

Так, при действии оксидом хрома (VI) или разбавленной азотной кислотой образуется ацетофенон и бензойная кислота; под действием дихромата натрия при повышенном давлении и температуре 250°C за этилбензол один час превращается в натриевую соль фенилуксусной кислоты с выходом 89%; жидкофазное окисление кислородом в присутствии ацетата марганца приводит к α-фенилэтиловому спирту; при окислении кислородом воздуха при 130°C получается гидроперекись.

При пропускании паров при 360 °С над Катализатором на основе оксидов Zn или Сr этилбензол с выходом 90-92% дегидрируется в стирол.

Процесс проводят в присутствии Катализатора. Наибольшее применение нашли Катализаторы на основе оксида железа. Оптимальная температура при работе на этих Катализаторах – 600-630 0C, равновесный выход стирола не превышает 40-50 %. Для более полного превращения этилбензола в стирол понижают парциальное давление паров этилбензола, разбавляя его водяным паром (масс. отн. водяной пар : этилбензол 2,5-3 :1).

Этилбензол дегидрируется 580-650°C в вакууме в присутствии Катализатора (Fe2O3, промотированный CrO3, либо V2O5, либо KOH), превращаясь в стирол. Процесс превращения эндотермичен (ΔH=124KJ/mol).

C6H5CH2CH2 = C6H5CH=CH2 + H2

Получение

Этилбензол содержится в черного золота и каменноугольной смоле. Из нефтяных фракций, выкипающих до 360 °С, получаются различные виды топлив (бензины, топлива для реактивных и дизельных двигателей), сырьё для нефтехимического синтеза (бензол, этилбензол, ксилолы, этен, пропен, дивинил), растворители и др.

Этилбензол содержится в земляного масла, продуктах каталитического риформинга нефтяных фракций и легких фракциях смолы коксования угля, откуда он может быть легко выделен. В промышленности этилбензол получают главным образом алкилированием бензола этеном в присутствии А1С13 при температуре 400-450 °С; разработаны также процессы алкилирования в присутствии BF3 на модифицированном оксиде А1, Н3РО4 на кизельгуре, ситах.

Этилбензол - исходное вещество в производстве стирола, добавка к моторному топливу для повышения октанового числа, растворитель.

В промышленности получают главным образом из бензола и этена (по реакции Фриделя — Крафтса). Второй по значимости метод — выделение из С8-фракции продуктов риформинга.

Это способ алкилирования и ацилирования бензола и этена в присутствии Катализаторов кислотного характера, например AlCl3, BF3, ZnCl2, FeCI3, минеральных кислот, окислов, катионообменных смол. Алкилирующими агентами служат алкилгалогениды, олефины, спирты, сложные эфиры; ацилирующими — карбоновые кислоты, их галогенангидриды и ангидриды.

Фриделя — Крафтса реакция — типичное электрофильное замещение в ароматическом ядре; роль Катализатора сводится к генерации атакующей частицы — алкил- или ацилкатиона. Ниже рассмотрены примеры взаимодействия бензола с этилхлоридом и хлорангидридом уксусной кислоты:

C2H5CI + AlCl3 = C2H5+ + [AICl4]-,

C2H5- + C6H6 = C6H5C2H5 + H+;

CH3COCl + AlCl3 = CH3CO+ + [AlCl4]-,

CH3CO+ + C6H6 = CH3COC6H6 + Н+;

[AlCl4]- + Н+ = HCl + AlCl3.

Алкилированием Фриделя — Крафтса, в промышленности получают не только этилбензол, но и высокооктановые топлива, антиокислители, поверхностно-активные и душистые вещества и другие важные продукты (например, кумол, тимол). Ацилирование по реакции Фриделя — Крафтса — это основной метод синтеза ароматических и жирно-ароматических кетонов, многие из которых являются промежуточными продуктами в производстве фармацевтических препаратов, разнообразных красителей.

В лабораторном органическом синтезе наиболее широко для получения жирноароматических углеводородов путём восстановления соответствующих кетонов применяется реакция Клемменсена. Например, из ацетофенона с выходом 80% получается этилбензол.

Этилбензол содержится в незначительных количествах в крови земли и продуктах каталитического риформинга нефтяных фракций, однако в промышленных масштабах его получают путем алкилирования бензола этеном. Реакцию проводят при температуре 400-450°C в присутствии хлорида алюминия AlCl3 в качестве Катализатора.

C6H6 + CH2=CH2 → C6H5CH2CH3

Побочными продуктами этой реакции являются диэтилбензолы и триэтилбензолы, от которых целевой товар отделяют при помощи дистилляции.

Синтез этилбензола алкилированием бензола этеном осуществляют, применяя Катализаторы на основе хлорида алюминия, фторида бура, фосфорной кислоты или цеолитов. Использование низких концентраций Катализатора позволяет проводить процесс в жидкой фазе (катализатор суспензирован или растворен). Этот способ используют в Российской Федерации. Процесс проводят при 140-200 0C и давлении 0,3-1,0 МПа. В оптимальных условиях проведения процесса селективность получения этилбензола 99%. При проведении процесса очень важно не допускать избытка этена в реакторе, так как это приводит к образованию диэтил- и полиэтилбензолов. Затрата АlCl3 составляет 0,25 г на тонну этилбензола. Алкилирование бензола олефинами – типичная реакция электрофильного замещения.

Этилбензольная шихта подогревается в теплообменнике до 70-95 0C за счет теплоты химически загрязненного конденсата и подается в испаритель вместе с небольшим количеством водяного пара. Из испарителя пары шихты с температурой 160 0C поступают в перегреватель, где перегреваются до 500-550 0C за счет теплоты перегретого водяного пара, выходящего из межступенчатого подогревателя реактора. Из перегревателя пары шихты направляются на дегидрирование в реактор. Теплота, необходимая для реакции, подводиться с водяным паром, перегретым в печи до 700-750 0C.

Пароэтилбензольная смесь на входе в реактор имеет температуру 560-630 0C. За счет эндотермической реакции после первого реактора температура контактного газа снижается до 570 0C. Контактный газ из реактора поступает в межступенчатый подогреватель, где подогревается до 580-630 0C, и затем направляется во второй реактор.  Контактный газ из реактора с температурой 570 0С поступает в котел-утилизатор. Охлажденный до 180-200 0С контактный газ из котла-утилизатора направляется в пенный аппарат, где происходит дальнейшее охлаждение контактного газа и отмывка его от механических примесей.

Охлажденный контактный газ поступает на конденсацию. Конденсация осуществляется последовательно в конденсаторах. Полученные конденсаты стекают в отстойную емкость, где происходит расслаивание на водный и углеводородные слои. Верхний углеводородный слой, называемый печным маслом, самотеком поступает в сборник, где заправляется ингибитором гидрохиноном, и направляется на ректификацию. Нижний водный слой – химически загрязненный конденсат – собирается в емкость и насосом подается на отмывку контактного газа в пенный аппарат 8, откуда конденсат после охлаждения в теплообменнике направляется на очистку от механических примесей. Несконденсировавшийся газ после конденсаторов компримируется и поступает в линию топливного газа.

Выделение этилбензола из технического ксилола осуществляется в колоннах высокой погоноразделительной способности; для этого требуются большие энергетические расходы. Поэтому при включении в схему комплекса установок изомеризации стадии выделения этилбензола из ксилола каталитического риформинга необходимо проведение обоснованного технико-экономического анализа.

Применение

При пропускании паров этилбензола над Катализаторами образуется стирол, являющийся сырьём при производстве важных промышленных продуктов — некоторых видов пластмасс и синтетических каучуков. Этилбензол используют также в органическом синтезе, например для получения ацетофенона жидкофазным каталитическим окислением, как растворитель и компонент высокооктановых бензинов.

Примерно 70% стирола используется в производстве полистирола и пенополистирола. Из стирола также получают различные сополимеры: акрилонитрил-дивинил-стирол (АБС) – 9%, стирол-акрилонитрил (САН) – 1%, стирол-бутадиеновый каучук – 5%. Основное применение блоксополимеры находят в производстве обуви и адгезивов. Используются они также в асфальтовых смесях вместе с резиновой крошкой, полученной из вышедших из эксплуатации предметов торговли. Подобный материал с улучшенными свойствами используется и как дорожное покрытие и как кровельный материал. Сополимеры этен-бутилен-стирол и этен-пропен-стирол характеризуются широкой областью применения – от электроники и строительства до игрушек, бытовых предметов торговли, мебельного производства. Все эти предмета торговли длительное время выдерживают температуру до 110 0C, а также обладают повышенной стойкостью к воде, растворителям, кислотам, щелочам, средствам химической чистки. Ударопрочный АБС сополимер используют для интерьеров, облицовки холодильников, рефрижераторов.

Является сырьем для получения стирола, компонентом моторных топлив. Используют как растворитель.

Основной промышленный способ получения стирола — каталитическое дегидрирование этилбензола в токе водяного пара при 500—630 °С. Аналогично из бензола и пропена образуется изопропилбензол C6H5CH (CH3)2 — исходный товар для получения фенола и ацетона в промышленном масштабе.

Этилбензол используют также в органическом синтезе, например для получения ацетофенона жидкофазным каталитическим окислением, как растворитель и компонент высокооктановых бензинов.

Подавляющее количество всего производимого этилбензола подвергается дальнейшему дегидрированию с целью получения стирола;

- как неполярный растворитель, в том числе для красок;

- для синтеза α-фенилэтанола, применяемого в парфюмерной промышленности;

- ранее использовался в качестве высокооктановой добавки к моторному топливу. В последнее время в этом качестве практически не используется, поскольку при его сгорании образуется значительное количество смол.

В противоположность другим изомерам ароматических углеводородов C потребность в этилбензоле со времени принятия программы по созданию промышленности синтетического каучука в США во время второй мировой войны была весьма велика. Громадные количества этилбензола, дегидрированием которого можно получать мономерный стирол, требовались для производства синтетического каучука, столь необходимого для всей экономики страны. Несмотря на эту острую потребность, все же пришли к выводу, что непосредственное выделение этилбензола из ксилольных нефтезаводских фракций не может быть практически осуществлено из-за близости температур кипения изомеров. Вместо этого были построены установки синтеза, на которых стирол получали алкилированием бензола этеном с последующим дегидрированием этилбензола:

На Новополоцком НПЗ для выделения этилбензола из технического ксилола использовались три последовательные колонны диаметром 5 м, содержащие по 130 клапанных прямоточных тарелок. Флегмовое число равнялось 120. При производительности установки по сырью 10.5 т/ч отбор этилбензола чистотой 99.66 % составлял 1.42 т/ч, или 76 % от потенциального содержания в сырье . Однако в настоящее время выделение этилбензола ректификацией технического ксилола считается неэкономичным, и большая часть этилбензола получается алкилированием бензола этеном.

Токсичность

Предельно допустимая концентрация паров этилбензола в воздухе 0,05 мг/л.

Этилбензол раздражает кожу, оказывает судорожное действие; ЛД50 3,5 г/кг (мыши, внутрижелудочно). ПДК в атмосферном воздухе 0,02 мг/M3, в водоемах хозяйственно-бытового пользования 0,01 мг/л.

Выброс этилбензола особенно велик в городах с нефтехимическими производствами (Перми, Салавате, Дзержинске, Киришах и др.). Концентрации этилбензола в атмосферном воздухе выше ПДК более чем в 10% образцов, отобранных в течение года, зарегистрированы в городах Нижегородской области (Дзержинск, Нижний Новгород, Кстово, Заволжье); гг. Березники, Губаха, Салават, Уфа, Олин, Ишимбай; городах с металлургическим производством Магнитогорске и Челябинске; центрах нефтехимической промышленности. В атмосферном воздухе Лос-Анджелеса концентрации этилбензола составляют 0,006—0,01 млн–1, в атмосфере семи других больших городов США уровни этилбензола регистрировалась в пределах 3—15 млрд–1. Период полусуществования этилбензола в атмосфере составляет 35 ч. Максимальные уровни этилбензола в обработанной воде городов США колебались в пределах 5—10 мкг/л.

Биодеградация этилбензола в окружающей среде осуществляется некоторыми микроорганизмами. При концентрации этилбензола в воде 0,2 мг/л ощущается запах, изменение вкуса воды наступает при концентрациях 0,1 мг/л.

Концентрации этилбензола от 100 мг/л и более усиливали рост гетерофных бактерий, нарушали процессы нитрификации водоемов и снижали содержание в воде растворенного кислорода, БПК в воде увеличивалось.

Хлорирование воды не влияет на органолептические изменения, вызванные этилбензолом. Мясо рыб приобретает посторонний запах при концентрации этилбензола в воде 0,25 мг/л.

Этилбензол обладает раздражающим эффектом, при длительной ингаляции в промышленных условиях оказывает повреждающее действие на нервную систему; недействующая концентрация по запаху — 1 мг/M3. У рабочих, контактирующих с высокими концентрациями этилбензола (30—60 мг/M3), отмечается раздражительность, быстрая утомляемость, сухость в горле и носу, увеличение границ печени, хронические катаральные процессы в слизистых оболочках верхних дыхательных путей.

Гигиенические нормативы: атмосферный воздух — ПДКм.р. = ПДКсс =200 мкг/M3; вода водоисточников: ПДК = 0,01 мг/л (органолептический показатель вредности).

Источники

Дж., Нехватал А., Джубб А., Промышленная органическая химия, пер. с англ., М., 1977;

Kirk-Othmer encyclopedia, 3 ed., v. 15, N. Y, 1981, p. 545; v. 24, 1984, p. 709.

"Справочник химика" т.2, Л.-М.: химия, 1964 стр. 520-521

Бандман А.Л. Этилбензол. Вредные химические вещества. Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов. — Л. — 1990. — С. 151—157.

Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: химия, 1988

Кирпичников П.А., Береснев В.В., Попова Л.М. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука. – Л.: химия, 1986

Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. – М.: химия, 1973

Ошанина О.В., Брук Л.Г., Темкин О.Н. Альтернативные методы получения продуктов основного органического синтеза. – М.:МИТХТ, 2002

Опубликовано на forexAW.com: Пятница, 22 Январь, 2010 года — 17:12.

Последнее редактирование: Суббота, 19 Май, 2012 года — 12:57.