2 Экспериментальная часть

2.1 Характеристика сырья и материалов

Исходное соединение - гидроперекись изопропилбензола; растворитель - о-ксилол; основные продукты разложения - фенол и ацетон. Основные характеристики этих веществ приведены в таблице 1 [2].

Таблица 6 — Физико-химические свойства исходных веществ и продуктов реакции кислотного разложения гидропероксида изопропилбензола

Вещество	ММ	Плотность, г/см3	Tпл, °С	Tкип, °С
Гидропероксид	152	1,062	----	53\0,1мм 60\0,2мм
Изопропилбензол	120,2	0,862	-96,9	150,5
О-ксилол	106,17	0,881	-47,8	139,1
Фенол	94,11	1,071	43,2	182,2
Ацетон	58,08	0,792	-95,3	56,2

О-ксилол — применяют в качестве растворителя лакокрасочных материалов, высо¬кооктановой добавки к авиационным бензинам. Используют для получения фталевого ан¬гидрида [3].

Фенол (бензенол) - кристаллическое вещество. Плохо растворяется в воде. Сильнейший антисептик. При попадании на кожу вызывает ожоги. С водой образует кристалло¬гидрат. Используется в производстве фенолоальдегидных полимеров, е-капролактама, бисфенола А, нитро- и хлорфенолов, фенолсульфокислот, красителей и лекарственных препаратов. Эфиры фенола - присадки к топливам и смазочным маслам [3].

Ацетон (диметилкетон, пропанон) - бесцветная легко испаряющаяся жидкость со специфическим запахом. Смешивается с водой и многими органическими растворителями в любых соотношениях. Горюч. Получают гидратацией пропина, окислением изопропило-вого спирта или разложением гидропероксида изопропилбензола (кумола). Применяют как растворитель лаков и красок, используют в производстве метилметакрилата, киноплёнки, ацетатного шёлка, бездымного пороха и лекарственных препаратов. Применяют в качестве растворителя ацетилена (в баллонах) [3].

2.2 Методика эксперимента

Реакция осуществляется в трёхгорлой колбе, снабжённой мешалкой, обратным хо¬лодильником, капельной воронкой и термометром. Постоянная температура от 35 до 40 С поддерживается с помощью водяной бани. Разложению подвергается раствор гидропероксида в о-ксилоле с массовой долей 20 % до остаточной массовой доли гидропероксида не более 1%.

Вначале готовится раствор гидропероксида изопроиилбензола (ГПИПБ) в о-ксилоле заданной концентрации 20 % и заносится в капельную воронку. В реактор вносятся 20 см о-ксилола и 0,5 см3 серной кислоты. Включают воду на обратный холодильник, колбу помещают в предварительно нагретую, до температуры от 35 до 400С и включают мешалку. При достижении в колбе температуры 35 °С медленно капают раствор гидропероксида из капельной воронки с тем, чтобы температура не превышала 40 °С. Окончание подачи гидропероксида считается началом опыта.

Перед началом опыта и через 30 минут отбирают пробы на содержание гидропероксида через боковой отвод при остановленной мешалке. Проба отбирается массой от 0,2 до 0,5 г в предварительно взвешенную на аналитических весах колбу.

Разложение считается законченным при остаточной массовой доле гидропероксида менее 1 %. По окончании реакции снимают водяную баню, выключают перемешивание и воду на холодильник. Проводится анализ реакционной смеси на содержание фенола и ацетона.

2.3. Методика определения органических гидропероксидов (см. с 13)

d=1520,1/21000=0,0076

Масса исходной смеси 26,2г

Масса гидропероксида в исходной смеси:

m_гип=22,6*1,062=5,8г

Количество гидропероксида в исходной смеси

n_гип= m_гип/Мгип=5,8/152,19=0,038моль

2.4. Методика определения ацетона в реакционной смеси разложения ГПИПБ [1]

Так как ацетон мешает определению фенола бромированием, то предварительно он отгоняется с водяным паром из подщелаченной реакционной смеси. В круглодонную колбу на 250 см3 берут массу от 2,5 до 3,0 г реакционной смеси, приливают 25 см3 NaOH мас­совой долей 10 % и 20 см3 дистиллированной воды и присоединяют к шариковому холодильнику. Коническую колбу на 150 см3, содержащую 25 см3 раствора C(NH2OH-HC1) = I моль/дм3 и несколько капель индикатора бромфенолового синего, ставят под алонж так, чтобы его конец опускался в жидкость. Содержимое круглодонной колбы нагревают до кипения и ведут отгонку ацетона с водяным паром в течение 30 минут после начала кипения.

По окончании отгонки, содержимое приёмника оттитровывают раствором С(КОН) = 0,1 моль/дм3 до изменения цвета от жёлтого до синего.

Определение содержания ацетона в реакционной смеси.

Расчёт ведётся по формуле, %:

W= (V—Vx)*t*С*100

g

V- объём щелочи, израсходованный на титрование анализируемой пробы, см³ (V=7,3см³);

Vх - объём щелочи, израсходованный на титрование холостой пробы (V_x=0,3 см³);

t - титр раствора щелочи (t = 1,55 см³);

С - масса ацетона, соответствующая 1 см³ раствора C(NaOH) = 0,1 моль/дм³, г/ см³ (0,0058 г/см³);

g - масса навески анализируемой пробы, г (g=2,72г.)

W==2,317%

Масса о-ксилола:

m_о-кс=V_о-кс*_о-кс=20*0,881=17,604%

Масса ацетона:

m_ац===0,931

2.5 Методика определения фенола в реакционной смеси разложения ГПИПБ

Определение фенола в подщелаченной реакционной смеси, оставшейся после от­гонки ацетона, основано на реакции бромирования избытком брома. Бром получают при подкислении бромид-броматного раствора. Непрореагировавший бром определяется ио-дометрически.

Остаток после отгонки ацетона охлаждают и количественно переносят в мерную колбу на 250 см3 , содержимое колбы доводят дистиллированной водой до метки и пере­шивают. Берут пипеткой 10 см3 этого раствора и помещают в коническую колбу на 250 см3, затем приливают 50см3 водного раствора бромид-бромата калия и 6 см3 концентри­рованной соляной кислоты. Закрыв колбу пробкой, тщательно перемешивают её со­держимое и оставляют на 30 минут при комнатной температуре. После этого приливают 15 см3 раствора KI, снова энергично перемешивают и оттитровывают выделившийся йод раствором гипосульфита в присутствии раствора крахмала

Определение содержания фенола в реакционной смеси

Расчёт ведётся по формуле. %:

W=,

где W-массовая доля фенола,%

V_a- объём раствора гипосульфита натрия, пошедший на титрование холостого хода, см³ (V_a=29 см³);

V_b- объём раствора гипосульфита натрия, пошедший на титрование пробы, см³(V_b=24,1 см³)

T- титр раствора C(Na₂S₂O₃) = 0,1 моль/дм³ (t = 0,939)

g - масса навески анализируемой пробы, г(g=2,72г.)

0,0016-масса фенола, соответствующая 1 см³ раствора гипосульфита натрия, г/см³

W==6,9%

Масса фенола:

m_ф===2,7741 г

3.5 Материальный баланс и безразмерные характеристики процесса

Данные по материальному балансу представлены в таблице 2.

Таблица 7 - Материальный баланс кислотного разложения гидропероксида на фенол и ацетон

Компонент	ММ	Пропущено				Получено
		Мас­са, г	Мас. доля	Количество вещества, моль			Мас­са, г	Мас. доля.	Количе­ство вещест­ва, моль
Гидропероксид	152	6,97	17,33	0,046			0,096	0,24	0,0006
Изопропилбензол	120,2	15,65	38,91	0,13			15,65	38,91	0,13
О-ксилол	106,16	17,604	43,76	0,166			17,604	43,76	0,166
Фенол	94,11	-	-	-			2,77	6,9	0,029
Ацетон	58,08	-	-	-			0,93	2,317	0,016
Не индифи- цированные продукты	-	-	-	-			3,174	-	-
Всего	-	40,224	100,00				40,224	100,00

Степень превращения ГПИПБ;

X_ГПИПБ ==100=98,69%

Выход ацетона;

А===34,78%

Вывод фенола:

=100=63,04%

Селективность:

==35,27%

=100=63,9%

Теоретические расходные коэффициенты:

т гипериза/т ацетона

т гипериза/т ацетона

Практические расходные коэффициенты

т гипериза/т ацетона

т гипериза/т ацетона

Выводы:

На основе опытных данных был составлен материальный баланс процесса и найдены такие его безразмерные характеристики как степень превращения гидропероксида и селективность, и выход по ацетону и фенолу. Следует отметить практически 100% степень превращения гидроперекиси.

Заключение

В ходе лабораторного практикума изучены процессы окисления изопропилбензола в гидроперекись, разложение гидропероксида изопропилбензола на фенол и ацетон, и определение эффективности периодической ректификационной колонки с насадкой и разделение сложных смесей методом ректификации.

При проведении процесса дегидрирования изопропилового спирта был получен ацетон, проведен титриметрический анализ, на основе полученных данных составлен материальный баланс, и рассчитаны основные безразмерные характеристики процесса: степень превращения, селективность, выход.

При проведении каталитического окисления изопропилбензола была получена гидроперекись, определено его содержание в оксидазе в различные моменты времени реакции, и построена кривая накопления гипериза.

При проведении процесса кислотного разложения гипериза на фенол и ацетон определено содержание фенола и ацетона в полученной реакционной смеси, составлен материальный баланс процесса, и рассчитаны основные безразмерные характеристики процесса: степень превращения, селективность, выход.

Расхождение между лабораторными и промышленными показателями объясняется погрешностями в выполнении работ, несовершенством лабораторных установок.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Тепеницина Е. П. Химическая технология органических веществ. Методические указания к лабораторным работам –Ярославль: ЯПИ, 1993-132 с.

2. Гороновский М. Т. Краткий справочник по химии / М. Т. Гороновсий, Ю. П. Назаренко, Е.Ф. Неркач.-Киев: Наукова Думка, 1974-992 с.

3. Коган В.Б. Равновесие между жидкостью и паром. Т. 2. / В.Б. Коган, В.М. Фридман, В.В.Кафаров.- М.Л, : Наука, 1966.-1422 с.