① 苯是怎麼製取出來的
苯最早是在19世紀初研究將煤氣作為照明用氣時合成出來的。
一般認為苯是在1825年由麥可·法拉第發現的。他從魚油等類似物質的熱裂解產品中分離出了較高純度的苯,稱之為「氫的重碳化物」。並且測定了苯的一些物理性質和它的化學組成,闡述了苯分子的碳氫比。
弗里德里希·凱庫勒於1865年提出了苯環單、雙鍵交替排列、無限共軛的結構,即現在所謂「凱庫勒式」。
據稱他是因為夢到一條蛇咬住了自己的尾巴才受到啟發想出「凱庫勒式」的。他又對這一結構作出解釋說環中雙鍵位置不是固定的,可以迅速移動,所以造成6個碳等價。他通過對苯的一氯代物、二氯代物種類的研究,發現苯是環形結構,每個碳連接一個氫。
1845年德國化學家霍夫曼從煤焦油的輕餾分中發現了苯,他的學生C.Mansfield隨後進行了加工提純。後來他又發明了結晶法精製苯。他還進行工業應用的研究,開創了苯的加工利用途徑。
1865年,弗里德里希·凱庫勒在論文《關於芳香族化合物的研究》中,再次確認了四年前苯的結構,為此,苯的這種結構被命名為「凱庫勒式」。他對這一結構作出解釋說環中雙鍵位置不是固定的,可以迅速移動,所以造成6個碳等價。他通過對苯的一氯代物、二氯代物種類的研究,發現苯是環形結構,每個碳連接一個氫。
大約從1865年起開始了苯的工業生產。最初是從煤焦油中回收。隨著它的用途的擴大,產量不斷上升,到1930年已經成為世界十大噸位產品之一。
早在1920年代,苯就已是工業上一種常用的溶劑,主要用於金屬脫脂。由於苯有毒,人體能直接接觸溶劑的生產過程,現已不用苯作溶劑。
苯有減輕爆震的作用而能作為汽油添加劑。在1950年代四乙基鉛開始使用以前,所有的抗爆劑都是苯。然而現在隨著含鉛汽油的淡出,苯又被重新起用。由於苯對人體有不利影響,對地下水質也有污染,歐美國家限定汽油中苯的含量不得超過1%。
苯在工業上最重要的用途是做化工原料。苯可以合成一系列苯的衍生物:苯的最主要的用途是製取乙苯,其次是製取環己烷和苯酚。
苯經取代反應、加成反應、氧化反應等生成的一系列化合物可以作為製取塑料、橡膠、纖維、染料、去污劑、殺蟲劑等的原料。大約10%的苯用於製造苯系中間體的基本原料。
此外,苯有良好的溶解性能,可作為化工生產中的溶劑。
苯與乙烯生成乙苯,後者可以用來生產制塑料的苯乙烯;苯與丙烯生成異丙苯,後者可以經異丙苯法來生產丙酮與制樹脂和黏合劑的苯酚;制尼龍的環己烷;合成順丁烯二酸酐;用於製作苯胺的硝基苯;多用於農葯的各種氯苯;合成用於生產洗滌劑和添加劑的各種烷基苯;合成氫醌,蒽醌等化工產品。
苯工廠
② 工業上是如何生產苯的
工業制備
苯可以由含碳量高的物質不完全燃燒獲得。自然界中,火山爆發和森林火險都能生成苯。苯也存在於香煙的煙中。煤干餾得到的煤焦油中,主要成分為苯。
直至二戰,苯還是一種鋼鐵工業焦化過程中的副產物。這種方法只能從1噸煤中提取出1千克苯。1950年代後,隨著工業上,尤其是日益發展的塑料工業對苯的需求增多,由石油生產苯的過程應運而生。現在全球大部分的苯來源於石油化工。工業上生產苯最重要的三種過程是催化重整、甲苯加氫脫烷基化和蒸汽裂化。
從煤焦油中提取
在煤煉焦過程中生成的輕焦油含有大量的苯。這是最初生產苯的方法。將生成的煤焦油和煤氣一起通過洗滌和吸收設備,用高沸點的煤焦油作為洗滌和吸收劑回收煤氣中的煤焦油,蒸餾後得到粗苯和其他高沸點餾分。粗苯經過精製可得到工業級苯。這種方法得到的苯純度比較低,而且環境污染嚴重,工藝比較落後。
從石油中提取
在原油中含有少量的苯,從石油產品中提取苯是最廣泛使用的制備方法。
烷烴芳構化
重整這里指使脂肪烴成環、脫氫形成芳香烴的過程。這是從第二次世界大戰期間發展形成的工藝。
在500-525°C、8-50個大氣壓下,各種沸點在60-200°C之間的脂肪烴,經鉑-錸催化劑,通過脫氫、環化轉化為苯和其他芳香烴。從混合物中萃取出芳香烴產物後,再經蒸餾即分出苯。也可以將這些餾分用作高辛烷值汽油。
蒸汽裂解
蒸汽裂解是由乙烷、丙烷或丁烷等低分子烷烴以及石腦油、重柴油等石油組份生產烯烴的一種過程。其副產物之一裂解汽油富含苯,可以分餾出苯及其他各種成分。裂解汽油也可以與其他烴類混合作為汽油的添加劑。
裂解汽油中苯大約有40-60%,同時還含有二烯烴以及苯乙烯等其他不飽和組份,這些雜質在貯存過程中易進一步反應生成高分子膠質。所以要先經過加氫處理過程來除去裂解汽油中的這些雜質和硫化物,然後再進行適當的分離得到苯產品。
苯的硝化反應:
苯的硝化反應方程式:C6H6+HNO3(濃)=濃硫酸,加熱=C6H5-NO2+H2O。硝化反應是向有機物分子中引入硝基的反應過程。脂肪族化合物硝化時有氧化-斷鍵副反應,工業上很少採用。
苯環是最簡單的芳環,由六個碳原子構成一個六元環,每個碳原子接一個基團,苯的6個基團都是氫原子。
但實驗表明,苯不能使溴水或酸性KMnO4褪色,這說明苯中沒有碳碳雙鍵。研究證明,苯環主鏈上的碳原子之間並不是由以往所認識的單鍵和雙鍵排列(凱庫勒提出),每兩個碳原子之間的鍵均相同,是由一個既非雙鍵也非單鍵的櫻臘鍵(大π鍵)連接。
工業制備的方法:
1、從煤焦油中提取:
在煤煉焦過程中生成的輕焦油含有大量的苯。這是最初生產苯的方法。將生成的煤焦油和煤氣一起通過洗滌和吸收設備,用高沸點的煤焦油作為洗滌和吸收劑回收煤氣中的煤焦油,蒸餾後得到粗苯和其他高沸點餾分。
粗苯經過精製可得到工業級苯。這種方法得到的苯純度比較低,而且孫鎮環境污染嚴重,工藝比較落後。
2、從石油中提取:
在原油中含有少量的苯,從石油產品中提取苯是最廣泛使用的則頌粗製備方法。
3、烷烴芳構化:
重整這里指使脂肪烴成環、脫氫形成芳香烴的過程。這是從第二次世界大戰期間發展形成的工藝。
在500-525℃、8-50個大氣壓下,各種沸點在60-200℃之間的脂肪烴,經鉑-錸催化劑,通過脫氫、環化轉化為苯和其他芳香烴。從混合物中萃取出芳香烴產物後,再經蒸餾即分出苯。也可以將這些餾分用作高辛烷值汽油。
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