Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия и технология мономеров. Лабораторный практикум
.pdf
Перед началом опыта проверяют правильность сборки, герме-
тичность соединений установки и надежность работы механической
мешалки и термостатирующей установки.
При проведении реакции не допускать остановки мешалки и
оседания катализатора – катионообменной смолы – на дно колбы.
Возможен перегрев катализатора и выброс реакционной массы из
колбы! Не следует перегревать глицериновую баню выше 120 °С!
В колбу-реактор загружают н-бутанол (или этиловый спирт) и
триметилкарбинол в мольном соотношении 2:1, т.е. 74 г (или 46 г этанола) и 37 г соответственно и 6 % от массы загружаемых реагентов катионообменной смолы, т.е. 6,66 г. Катионит предварительно переводят в
водородную форму и обезвоживают, как указано далее. Подают воду в
обратный холодильник, включают термостатирующую установку и механическую мешалку. Процесс проводят в течение 2 ч, затем реакционную массу охлаждают до комнатной температуры и фильтруют на воронке Бюхнера (с использованием водоструйного насоса). Определяют
точное количество реакционной массы, взвешивая ее с точностью до 0,1
г. Состав реакционной массы определяют методом газожидкостной
хроматографии на хроматографе «Кристаллюкс-4000М».
Метод основан на газохроматографическом разделении компо-
нентов анализируемой пробы в капиллярной колонке с последующей
их регистрацией системой, состоящей из пламенно-ионизационного
детектора, электронного усилителя и компьютера.
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 см
3
/мин;
объем вводимой пробы 0,5 мкл;
температура термостата колонок начальная 40 °С;
температура термостата колонок конечная 250 °С;
время первой изотермы 15 мин, скорость нагрева 5 °С/мин.
71
Расчет хроматограммы и идентификация продуктов реакции
осуществляются автоматически компьютерной программой
«NetChrom v2.0» методом внутренней нормализации.
На рис. 16 представлен образец хроматограммы реакционной
массы алкилирования триметилкарбинола н-бутанолом, в табл. 16 –
идентификация компонентов реакционной массы алкилирования триметилкарбинола н-бутанолом.
Рис.16. Образец хроматограммы реакционной массы алкилирования
триметилкарбинола н-бутанолом
По хроматограмме определяют содержание в реакционной
массе воды, н-бутилового этилового спирта, триметилкарбинола, бутилтретбутилового эфира и других продуктов реакции (либо проводят
разгонку реакционной массы, предварительно отфильтрованной от
катализатора, и определяют количество каждой фракции). Т
третбутилового эфира = 124,0 °С; Т
106,75 °С; Т
изобутилтретбутилового эфира = 117,0 °С).
кип.
дитретбутилового эфира =
кип.
бутил-
кип.
72
Таблица 16
№
п/п
Время
удержи-
вания,
мин.
Компонент
Высота,
%
Шири-
на, с
Пло-
щадь,%
1
8,18
Вода
0,5495
7,60
0,54
2
10,64
Триметилкарбинол
18,4158
6,60
5,91
3
19,19
н-Бутанол
34,0531
42,92
73,45
4
28,99
Бутилтретбутиловый эфир
46,9815
10,16
20,10
Всего
100,0
100,00
№
п/п
Взято
Получено
1
н-Бутиловый спирт
г
% мас.
г
% мас.
2
Триметилкарбинол
3
Бутилтретбутиловый эфир
4
Вода
5
Потери
Всего
Результаты хроматографического анализа реакционной массы
алкилирования триметилкарбинола н-бутанолом
Затем составляют материальный баланс эксперимента
(табл. 17), определяют конверсию триметилкарбинола, селективность
реакции и выход целевого эфира.
Таблица 17
Материальный баланс синтеза бутилтретбутилового эфира
Конверсию К триметилкарбинола определяют по формуле
где
G1 – количество ТМК, взятое в реакцию, г;
G2 – количество непрореагировавшего ТМК, г.
К= (G1− G2)/ G1, % мас.,
73
Селективность С реакции по ТМК вычисляют по формуле
С=G3/(G1 − G2), %,
где
G3 – количество триметилкарбинола, пошедшее на образование бутил-трет-бутилового эфира, г;
G3= М
ТМКG4/Мэф
,
где
М
– молекулярная масса триметилкарбинола;
ТМК
G4 и Мэф – количество (г) и молекулярная масса образовавшегося эфира, соответственно.
Выход В бутилтретбутилового эфира на загруженный спирт
определяют по формуле
В=СК/100, %,
где
С – селективность, %;
К – конверсия, %.
Выход бутилтретбутилового эфира характеризует степень извлечения изобутилена из фракции С4 углеводородов.
Подготовка катионита для алкилирования
Катионит, используемый в качестве катализатора в процессе
алкилирования, должен находиться в кислой (водородной) форме. Для
перевода катионита в кислую форму его обрабатывают при комнатной
температуре 10 % раствором соляной или серной кислоты на установке, изображенной на рис. 17. На дно первой делительной воронки емкостью 200 см3 кладут тампон из стеклянной ваты, загружают 50 г катионита. Воронку закрепляют на штативе и при закрытом кране катионит заливают раствором кислоты так, чтобы уровень кислоты над
катионитом составлял 15-20 мм. Во вторую делительную воронку с
закрытым краном емкостью 500-700 см3 заливают 500 см3 кислоты и
устанавливают ее над первой делительной воронкой, закрепив на штативе. Затем открывают краны обеих воронок так, чтобы обеспечить
прохождение кислоты через слой катализатора со скоростью
1 см3/мин. Обработку проводят до тех пор, пока концентрация кисло-
74
ты, выходящей из слоя катализатора, не будет равна концентрации
кислоты, подаваемой на слой катализатора. Концентрацию кислоты
определяют титрованием. Первую проверку проводят через 6 ч, а затем каждый час. После этого кислоту из обеих воронок сливают и катионит промывают в делительной воронке дистиллированной водой до
нейтральной реакции по метиловому оранжевому. Далее катионит сушат сначала между слоями фильтровальной бумаги, а затем в сушильном шкафу при 105-110 °С до постоянной массы. Высушенный катионит хранят в плотно закрытом сосуде.
Рис.17. Установка для перевода катионита в водородную форму
По завершении работы проводится обсуждение полученных
результатов, делаются выводы и оформляется письменный отчет.
75
ПРОГРАММА КОЛЛОКВИУМОВ
Коллоквиум 1
Пиролиз газообразных углеводородов. Пиролиз этана. Пиро-
лиз – основной процесс получения этилена. Физико-химические основы пиролиза. Технологические основы пиролиза. Новые направления в
пиролизе. Комплексная переработка фракции С4 углеводородов газов
пиролиза.
Коллоквиум 2
Получение изопрена из изобутилена и формальдегида. Син-
тез диметилдиоксана. Разложение диметилдиоксана. Достоинства и
недостатки метода. Переработка высококипящих побочных продуктов.
Совершенствование диметилдиоксанового способа. Одностадийный
синтез изопрена из формальдегида и изобутилена.
Коллоквиум 3
Производство стирола. Получение стирола дегидрированием
этилбензола. Катализаторы. Закономерности дегидрирования. Технология процесса.
76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лиакумович, А.Г. Технология мономеров для синтетических
каучуков общего назначения: учебное пособие / А.Г. Лиакумович, Р.А.
Ахмедьянова, Г.Р. Котельников. – СПб.: ЦОП «Профессия», 2016. –
217 с.
2. Ахмедьянова, Р.А. Химическая технология газового сырья.
Производство мономеров из газового сырья: учебное пособие /
Р.А. Ахмедьянова, А.Г. Лиакумович. – Казань: Изд-во КНИТУ,
2015. – 184 с.
3. Ахмедьянова, Р.А. Химическая технология газового сырья:
лабораторный практикум / Р.А. Ахмедьянова, А.П. Рахматуллина,
Л.М. Юнусова; – Казань: Изд-во КНИТУ, 2015. – 80 с.
4. Ахмедьянова, Р.А. Практикум по общей химической технологии полимеров: учебное пособие: в 2 ч. Ч 2. / Р.А. Ахмедьянова,
Е.И. Григорьев, А.П. Рахматуллина. – Казань : Изд-во КНИТУ,
2012. – 93 с.
5. Ахмедьянова, Р.А. Технология нефтехимического синтеза:
учебное пособие / Р.А. Ахмедьянова, А.П. Рахматуллина, Н.В. Романова. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2012. – 100 с.
77
СОДЕРЖАНИЕ
Условные обозначения и сокращений
3
Лабораторная работа 1
Пиролиз углеводородов
4
Лабораторная работа 2
Дегидрирование этилбензола в стирол
38
Лабораторная работа 3
Получение изопрена из изобутилена и формальдегида
49
Лабораторная работа 4
Синтез нефтеполимерных смол на основе жидких
продуктов пиролиза
57
Лабораторная работа 5
Выделение изобутилена из фракций углеводородов
методом этерификации
68
Программа коллоквиумов
76
Библиографический список
77
78
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Раиса Ахтямовна Ахмедьянова
Алевтина Петровна Рахматуллина
Дмитрий Валерьевич Бескровный
Марина Евгеньевна Цыганова
Дмитрий Геннадьевич Милославский
Эльвира Шагитовна Байгускарова
ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ
МОНОМЕРОВ
Редактор Л. Г. Шевчук
79
Подписано в печать 24.10.2017
Формат 6084 1/16
Бумага офсетная
Печать ризографическая
4,65 усл. печ. л.
5,0 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз.
Заказ
Издательство Казанского национального исследовательского
технологического университета
Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального
исследовательского технологического университета
420015, Казань, К. Маркса, 68
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]