Bagaimana untuk menukar benzena menjadi toluena: tindak balas kimia dan aplikasi industri

Benzena dan toluena adalah bahan kimia organik biasa, yang banyak digunakan dalam industri kimia, farmasi, pelapis dan lain-lain. Proses penukaran benzena menjadi toluena sangat penting dalam pengeluaran industri. Ia bukan sahaja dapat membantu meningkatkan nilai tambah benzena, tetapi juga menyediakan bahan mentah untuk sintesis produk hiliran. Bagaimana menukar benzena menjadi toluena? Artikel ini akan menganalisis mekanisme tindak balas, kaedah umum dan aplikasi industri penukaran benzena menjadi toluena.

Mekanisme tindak balas kimia penukaran benzena menjadi toluena

Tindak balas kimia untuk menukar benzena menjadi toluena pada dasarnya adalah untuk menghasilkan toluena dengan memperkenalkan kumpulan metil (-CH) untuk menggantikan atom hidrogen dalam molekul benzena. Proses ini biasanya dilakukan di bawah tindakan pemangkin, dan prinsip asas tindak balas adalah tindak balas metilasi. Rumus tindak balas khusus adalah seperti berikut:

[\ Text {C}6 \ text{H}6 \ text{CH}3 \ text{Cl} \ thartrow \ text{C}6 \ text{H}5 \ text{CH}3 \ text{HCl} ]

Antaranya, benzena (C ₆ H ₆) bertindak balas dengan metil klorida (CHNC) untuk menghasilkan toluena (C ₆ H ₅ CHNC) dan hidrogen klorida (HCl) sebagai produk sampingan.

Kaedah biasa untuk menukar benzena menjadi toluena

1. Methylisasi metilasi metil klorida

Kaedah biasa untuk menukar benzena menjadi toluena adalah metilasi metilasi metil metil klorida. Kaedah ini menggunakan metil klorida (CH-NC) untuk bertindak balas dengan benzena di bawah tindakan pemangkin untuk menghasilkan toluena. Pemangkin biasa termasuk bauksit dan aluminium klorida. Keadaan tindak balas adalah ringan dan mudah dikawal, jadi kaedah ini digunakan secara meluas dalam industri.

2. Metrik metilasi pemangkin metanol

Kaedah lain adalah metilasi pemangkin metanol. Kaedah ini menggunakan metanol untuk bertindak balas dengan benzena di bawah tindakan pemangkin (seperti saringan molekul ZSM-5) untuk menghasilkan toluena. Penggunaan metanol lebih mesra alam daripada metil klorida, kerana metanol adalah bahan mentah yang tidak beracun dan mudah dikitar semula. Kaedah ini juga membolehkan pemilihan tindak balas yang lebih tinggi dengan menyesuaikan sifat pemangkin.

3. Metana metilasi

Metana metilasi adalah salah satu teknologi yang lebih matang untuk menukar benzena menjadi toluena dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Dalam kaedah ini, metana (CH ₄) bertindak sebagai sumber metil, dan benzena bertindak balas dengan metana pada suhu tinggi dan tekanan tinggi untuk menghasilkan toluena. Kaedah ini mempunyai kecekapan tindak balas yang lebih tinggi dan kos yang lebih rendah, terutamanya untuk sumber gas asli yang kaya dengan metana, tetapi perlu dilakukan di bawah keadaan tindak balas yang ketat.

Aplikasi industri penukaran benzena menjadi toluena

1. Pengeluaran campuran benzena-toluena

Dalam industri kimia, benzena dan toluena biasanya wujud dalam bentuk campuran. Campuran ini boleh digunakan secara meluas untuk mensintesis getah, pelarut, pewarna, dll. Penukaran benzena menjadi toluena bukan sahaja dapat memenuhi permintaan pasaran untuk toluena, tetapi juga meningkatkan nilai tambah benzena.

2. Sebagai bahan mentah kimia asas

Toluene adalah salah satu bahan mentah kimia asas yang sangat penting dalam industri kimia, dan banyak digunakan dalam pengeluaran produk kimia seperti styrene dan paraxylene. Oleh itu, proses menukar benzena menjadi toluena bukan sahaja dapat mengurangkan kos pengeluaran, tetapi juga meningkatkan nilai output dan meningkatkan daya saing bagi syarikat kimia.

3. Perlindungan alam sekitar dan penjimatan tenaga

Dari segi perlindungan alam sekitar, reaksi penukaran benzena menggunakan metanol atau gas asli sebagai sumber metil mempunyai pelepasan pencemaran yang lebih rendah. Berbanding dengan kaedah metil klorida tradisional, kaedah metanol lebih mesra alam dan oleh itu lebih banyak digunakan dalam pengeluaran perindustrian moden.

Kesimpulan

Melalui analisis di atas, kita dapat melihat bahawa bagaimana menukar benzena menjadi toluena tidak hanya melibatkan pelbagai kaedah tindak balas kimia, tetapi juga berkait rapat dengan pemilihan pemangkin, keadaan tindak balas dan aplikasi industri. Sama ada kaedah metil klorida, kaedah metanol atau kaedah metana, masing-masing mempunyai kelebihan dan prospek aplikasi yang unik. Perusahaan boleh memilih jalan reaksi yang sesuai mengikut keadaan bahan mentah dan tahap teknikal mereka sendiri. Di masa depan, dengan peraturan perlindungan alam sekitar yang semakin ketat, teknologi yang lebih mesra alam seperti kaedah metanol dan kaedah metana dapat menjadi kaedah utama penukaran benzena menjadi toluena.