Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия и технология мономеров. Лабораторный практикум
.pdf
тактного газа выбрасывается через воздушку. Отбор пробы реакционной массы для анализа начинают после 15 мин стабильной работы установки на заданном режиме. Органический слой (печное масло) отделяют от водного слоя в делительной воронке, взвешивают и анализируют на хроматографе, определяя количественный и качественный
состав.
Выполнение работы
Перед началом работы в реактор загружается катализатор. Для
этого необходимо:
1) открыть реакторную печь и отсоединив верхние и нижние
отводные трубки, аккуратно извлечь реактор;
2) откручивая болты на крышке реактора, снять крышку;
3) заполнить нижнюю часть реактора инертной насадкой
(10 см от дна реактора);
4) загрузить 20 см3 катализатора в катализаторную сетку и по-
местить в реактор (термопара должна находиться в середине слоя катализатора);
5) заполнить надкатализаторное пространство инертной насад-
кой и для герметичности вложить термостойкую вату между инертной
насадкой и крышкой реактора и затем плотно закрыть крышку реактора, закрутить болты;
6) установить реактор в печь и подсоединить отводные трубки.
Убедившись в целостности и чистоте подающих емкостей, загружаются 100 см3 сырья (этилбензол) в емкость 1 и 500 см3 дистиллированной воды в емкость 2 (рис. 8). Далее проводится дренаж насосов для исключения попадания воздуха в поршневой клапан. Для этого
открывается дренажный клапан для продувки (рис. 9). В течение
1-2 мин весь воздух будет вытеснен из выходного отверстия продувочного клапана. Далее следует отключить насос. Затем проверяется
правильность подключения газовых линий и положение клапанов (открыт/закрыт) (рис. 10) согласно табл. 10.
41
Рис. 9. Насос для подачи сырья и воды
Рис. 10. Расположение клапанов каталитической установки
фирмы «Rexo Engineering»
42
Таблица 10
Клапан
Положение
1
Открыт
2
Закрыт
3
Открыт
4
Открыт
5
Закрыт
6
Закрыт
7
Открыт
8
Закрыт
9
Открыт
10
Закрыт
11
Открыт
Положение клапанов каталитической установки фирмы
«Rexo Engineering»
Для того чтобы начать работу с установкой, пошагово выполняются следующие действия:
1) включается питание компьютера;
2) включается общий щиток каталитической установки, кото-
рый находится слева от панели управления (рис. 11);
3) включается питание панели управления (рис 11, поз. 1),
зуммер-переключатель (рис 11, поз. 2), нагрев подогревателя (рис. 11,
поз. 5), нагрев печи (рис 11, поз. 6);
4) запускается программное обеспечение (с компьютера);
5) в программе задается температура печи, реактора, расход
сырья и воды.
43
Рис. 11. Панель управления каталитической установки:
1 – главный переключатель; 2 – зуммер и переключатель (переключа-
тель должен находиться в положении «On», при возникновении ава-
рийной ситуации зуммер подает звуковой сигнал); 3 – индикатор дав-
ления внутри реактора; 4 – контроллер давления (регулирует давле-
ние в демпферной емкости); 5 – контроллер температуры печи (тем-
пературный контроллер и переключатель для предварительного нагрева, нагрев осуществляется в положении «On» кнопки переключа-
теля); 6 – контроллер температуры в реакторе; 7 – индикатор тем-
пературы в конденсаторе и приемной емкости
Реактор заполняют катализатором и инертной насадкой. Объем
загрузки катализатора составляет 20 см3. Свежезагруженный катализатор перед контактированием подвергают активизации паровоздушной
смесью. Для этого катализатор нагревается в токе воздуха со скоростью от 200 до 400 °С/ч. Воздух подается со скоростью 700 дм3/дм3
катализатора в час (0,28 дм3/мин). Начиная с 400 °С подается вода со
скоростью, в два раза меньшей, чем при контактировании. При температуре 600 °С катализатор выдерживается один час в токе паровоздушной смеси, после чего проводится дегидрирование.
44
Процесс дегидрирования проводится при следующих условиях: Т = 580 °С, 600 °С, 620 °С (указывается преподавателем).
Скорость подачи ЭБ (WЭБ) 0,2-0,4 см3/мин (указывается пре-
подавателем).
Массовое соотношение ЭБ и Н2О =1:3, что соответствует ско-
рости подачи воды 0,52 и 1,04 см3/мин
После каждого опыта при температуре контактирования проводится регенерация катализатора пропусканием паровоздушной смеси. Для этого сначала подается вода, скорость подачи которой при регенерации равна скорости воды при контактировании, затем подается
воздух. Скорость подачи воздуха регулируется таким образом, чтобы
температура в реакторе не превышала 650 °С. Регенерацию ведут в
течение 30 мин, затем прекращают подавать воздух, воду продолжают
подавать в течение 30 мин, после чего можно вновь проводить дегидрирование.
Анализ продуктов дегидрирования этилбензола
Для проведения анализа продуктов реакции дегидрирования
ЭБ используется метод газожидкостной хроматографии (ГЖХ). Метод
основан на газохроматографическом разделении компонентов анализируемой пробы в капиллярной колонке с последующей их регистрацией системой, состоящей из пламенно-ионизационного детектора,
электронного усилителя и компьютера.
ГЖХ - определение состава продуктов проводится на хроматографе «Кристаллюкс-4000М».
Условия работы хроматографа:
колонка – Petrocol DH (Supelco, США);
длина колонки 100 м;
диаметр колонки 0,25 мм;
температура испарителя 250 °С;
температура детектора 270 °С;
газ-носитель – гелий;
скорость газа-носителя − 20 см3/мин;
объем вводимой пробы − 0,5 мкл;
температура термостата колонок начальная 40 °С;
температура термостата колонок конечная 250 °С;
45
время первой изотермы 5 мин, скорость нагрева 2 °С/мин;
№
п/п
Время удержи-
вания, мин
Компонент
Высота,
%
Ширина,
с
Площадь,
%
1
16,6
Бензол
2,0011
3,52
0,71
2
23,8
Толуол
4,5477
4,24
1,71
3
30,0
Этилбензол
52,9489
16,76
59,62
4
31,5
Стирол
40,5023
13,52
37,96
Всего
100 100
время второй изотермы 5 мин, скорость нагрева 5 °С/мин.
На рис. 12 представлен образец хроматограммы продуктов де-
гидрирования этилбензола.
Рис. 12. Хроматограмма жидких продуктов дегидрирования
этилбензола
Расчет хроматограммы и идентификация продуктов реакции
осуществляются автоматически компьютерной программой
«NetChrom v2.0» методом внутренней нормализации. Результаты
представлены в табл. 11.
Таблица 11
Идентификация продуктов дегидрирования ЭБ
46
Показатели процесса определяют по следующим формулам:
100
ЭБх
ЭБхЭБх
K
исх
полисх
;100
ЭБх
Стх
исх
пол
,100
ЭБxЭБх
Стх
K
полисх
пол
№
п/п
Т,
°С
WЭБ,
мл/мин
Состав жидких продуктов
реакции, % мас.
Конвер-
сия, %
Селектив-
ность, %
Бензол
Толуол
ЭБ
Стирол
- конверсия этилбензола К, %
- выход стирола на пропущенное сырье , %,
- селективность стирола на разложенное сырье , %:
где
х
ЭБ − содержание этилбензола в исходной смеси, % мас.;
исх
х
ЭБ − содержание этилбензола в продуктах дегидрирова-
пол
ния, % мас.;
х
Сm − содержание стирола в продуктах дегидрирова-
пол
ния, % мас.
Оформление результатов опыта
В качестве отчета о проделанной работе, заполните следующий
раздел:
Марка катализатора –
Температура дегидрирования –
Расход сырья и воды –
Результаты экспериментов
Таблица 12
47
Техника безопасности
Стирол имеет молекулярную массу 104,14, температуру кипения 145,2 °С, плотность 0,9060 г/см3. Стирол представляет собой бесцветную прозрачную сильно преломляющую свет жидкость с характерным запахом. Смешивается во всех отношениях с метиловым и
этиловым спиртами, ацетоном, диэтиловым эфиром, бензолом, толуолом, четыреххлористым углеродом. Является хорошим растворителем
для многих соединений. В воде растворяется плохо.
Стирол характеризуется высокой реакционной способностью.
На воздухе легко окисляется с образованием альдегидов и кетонов,
придающих ему неприятный запах. Является довольно летучим и легко воспламеняющимся веществом с низкими пределами взрываемости
смеси его паров с воздухом. Пределы взрываемости с воздухом
1,1-5,2 % об. Токсичен. Жидкий стирол раздражает кожные покровы и
при длительном воздействии вызывает воспалительные процессы. Пары стирола раздражают слизистые оболочки глаза и носа, интенсивность раздражения увеличивается с увеличением концентрации. Предельно допустимая концентрация стирола в воздухе производственных
помещений 5 мг/м3. Все работы со стиролом следует проводить в вытяжном шкафу.
По завершении работы проводится обсуждение полученных
результатов, делаются выводы и оформляется письменный отчет.
48
Лабораторная работа 3
ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОПРЕНА ИЗ ИЗОБУТИЛЕНА
И ФОРМАЛЬДЕГИДА
Цель работы: проведение первой стадии процесса получения
изопрена из изобутилена и формальдегида на модельной реакции, исследование влияния технологических параметров на показатели процесса.
Реактивы:
1) -Метилстирол. Т
2) Формалин. d
18
4
3) Триметилкарбинол. Т
4) Катализатор – ортофосфорная кислота (H3PO4) концентрированная
20
(d
= 1,870 г/см3).
4
= 165 °С, d
кип.
= 1,101-1,076 г/см3, n
= 82,9 °С, d
кип.
20
= 0,9106 г/см3.
4
18
= 1,3766-1,3776.
d
20
= 0,7887 г/см3, n
4
20
= 1,3954.
d
5) 10 % раствор йодистого калия (KI).
6) 10 % раствор соляной кислоты (НС1).
7) 0,1 н раствор тиосульфата натрия (Na2S2O3).
8) 5 % раствор крахмала.
9) Бромид-броматный раствор (5,568 г KBrO3 и 40 г KBr в 1 дм3 воды).
10) 0,5 н раствор гидроксиламина солянокислого (NH2OH∙HCl).
11) 0,2 н раствор гидроксида натрия (NaOH).
12) Индикатор бромфеноловый синий.
Посуда и оборудование: четырехгорлая колба емкостью
250 см3; обратный холодильник; термометр; верхнеприводная мешалка; обогреватель с автоматическим регулированием температуры.
Изопрен (2-метилбутадиен-1,3) является исходным мономером
для получения стереорегулярного изопренового каучука, не уступающего по свойствам натуральному каучуку. Мировые мощности по
производству синтетического изопренового каучука превышают
1,3 млн т/год.
В России реализовано два способа получения изопрена – двухстадийное дегидрирование изопентана и из изобутилена и формальдегида.
49
К числу достаточно изученных и освоенных способов относит-
H3C
C
H3C
CH
2
2CH2O
H3C
C
H3C
O
H2C
CH
2
O
CH
2
+
4,4- диметилдиоксан-1,3 (ДМД)
CH
2
C CH CH
2
CH
3
CH2O
+ +
H3C
C
H3C
O
H2C
CH
2
O
CH
2
H2O
.
ся синтез изопрена из изобутилена и формальдегида через
4,4-диметилдиоксан-1,3 [3]. Реакцию взаимодействия ненасыщенных
соединений с формальдегидом впервые описал Х. Принс в 1917 г. Он
изучал взаимодействие стирола с формальдегидом в присутствии серной кислоты как катализатора. В результате были получены формали
диоксана-1,3. В 1946 г. советские ученые М.И. Фарберов и М.С. Немцов показали принципиальную возможность разработки высокоэффективного процесса получения изопрена этим методом. Метод был реализован в 1964 г.
Синтез изопрена из изобутилена и формальдегида осуществляют в две стадии. На первой стадии проводят конденсацию изобутилена с формальдегидом в присутствии кислотного катализатора при
температуре 80-95 °С, давлении 1,8-2,0 МПа, мольном отношении
изобутилена к формальдегиду 1:2 (реакция Принса):
Наряду с основным продуктом реакции ДМД образуется также
3-метилбутандиол-1,3.
На второй стадии полученный 4,4-диметилдиоксан-1,3 подвергают разложению в присутствии паров воды при температуре 370-390
°С и атмосферном давлении на катализаторе КВД-15, представляющем
собой средний фосфат кальция Са3(РО4)2:
Основные реакции на каждой стадии сопровождаются многочисленными побочными превращениями. На первой стадии образуются триметилкарбинол, метилаль, диоксановые спирты, диолы, эфиры и другие
соединения. Образование изопрена на второй стадии сопровождается
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]