- •Введение
- •1 Получение карбонильных соединений каталитическим дегидрированием спиртов
- •3.1 Теоретические основы процесса дегидрирования спиртов
- •2 Экспериментальная часть
- •2.1 Характеристика сырья и материалов
- •2.2 Проведение контактирования
- •3 Методики анализов
- •3.1 Определение спиртов методом ацетилирования
- •3.2 Потенциометрический метод титрования. Определение карбонильных соединений на основе реакции оксимирования
- •3.2.1 Теоретические основы метода
- •3.2.2 Ход анализа
- •3.3 Определение сложных эфиров методом омыления
- •4 Материальный баланс процесса дегидрирования н-бутилового спирта
- •5 Расчёт безразмерных характеристик процесса дегидрирования н‑бутилового спирта. Результаты и их обсуждение
- •1 − Трехгорлая колба (реактор); 2 − штатив; 3 − водяная баня;
- •4 − Мешалка; 5 − термометр; 6 − электродвигатель;
- •7 − Обратный холодильник;
- •3.2.4 Расчёт количества зубчиков для подачи н-бутилового спирта на микродозаторе Галкина
Введение
Главной задачей лабораторного практикума является ознакомление с процессами разложения гидропероксидов и дегидрирования спиртов.
Процессы жидкофазного окисления алкилароматических углеводородов до гидропероксидов являются основными методами прямого синтеза ценных кислородсодержащих соединений и занимают важное место в современной нефтехимии. Гидропероксид изопропилбензола имеет и самостоятельное значение в качестве инициатора полимеризации. В последнее время органические гидропероксиды находят применение в синтезе ряда окисей олефинов.
Реакция кислотного гетеролитического разложения гидропероксидов алкилароматических углеводородов является источником получения таких ценных продуктов органического синтеза, как фенолы, кетоны и альдегиды.
Наибольшее значение в промышленности основного органического синтеза приобрёл процесс кислотного разложения гидропероксида изопропилбензола, с помощью которого получают свыше 90 % мирового производства фенола.
Производство основных мономеров для синтетического каучука и других полимеров − одно из самых крупнотоннажных в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза. Среди различных способов получения мономеров процессы каталитического дегидрирования углеводородов занимают ведущее положение.
Каталитическое дегидрирование олефинов и алкиларенов в промышленности осуществляют в присутствии водяного пара или инертного газа. Это способствует повышению равновесной степени превращения, что подтверждается термодинамическими расчётами, и благоприятно для кинетики дегидрирования. Так, показано, что основная реакция дегидрирования описывается кинетическим уравнением первого порядка. В то же время, побочная реакция олигомеризации (димеризации) обычно описывается уравнением второго порядка. Следовательно, разбавление водяным паром значительно снизит её скорость [1].
В лабораторном практикуме используются следующие методики химического и физико-химического анализа реакционных смесей − потенциометрическое титрование, ацетилирование, титрование; рассматриваются вопросы составления материальных балансов технологических процессов и таких ключевых характеристик любого процесса, как степень превращения, селективность и выход.
1 Получение карбонильных соединений каталитическим дегидрированием спиртов
Цель работы: проведение дегидрирования н-бутилового спирта с получением бутаналя на контактной установке.
Условия проведения процесса:
Температура опыта – 452 °С.
Для работы используется н-бутиловый спирт.
Объемная скорость подачи спирта – 0,8 .
Время контактирования – 1 ч.
Объем загруженного катализатора – 30 мл (оцинкованное железо).
3.1 Теоретические основы процесса дегидрирования спиртов
Карбонильные соединения − альдегиды, кетоны представляют собой очень важный класс промышленных продуктов органического синтеза. Они применяются как растворители (ацетон, метилэтилкетон и др.), в фармацевтической промышленности в качестве промежуточных продуктов (формальдегид, метилвинилкетон), в производстве душистых веществ и лакокрасочных материалов [1].
Одним из способов получения карбонильных соединений является дегидрирование соответствующих спиртов.
Реакция дегидрирования эндотермична, поэтому в промышленности для ее проведения используются трубчатые реакторы, в трубках которых помещается катализатор, а в межтрубное пространство подаются горячие газы от сжигания топлива или высокотемпературный теплоноситель (даутерм и др.).
В лабораторных условиях используются контактные трубчатые печи с электрообогревом.
При дегидрировании н-бутилового спирта образуется бутаналь:
СН3СН2СН2СН2ОН ↔ СН3СН2СН2СНО + Н2 (2)
Реакция протекает в тех же условиях, что и для вторичных спиртов и на тех же катализаторах. Полученный бутаналь может вступать в реакцию Канниццаро-Тищенко с образованием бутилового эфира масляной кислоты:
2СН3СН2СН2СНО → СН3СН2СН2СООСН2СН2СН2СН3 (3)
При дегидрировании спиртов могут протекать и другие реакции с участием карбонильной группы (альдольная конденсация и др.). Возможна также реакция дегидратации спирта с образованием бутена-1 по реакции (4).
СН3СН2СН2СН2ОН ↔ СН3-СН2-СН=СН2 + Н2O (4)
Дегидрирование первичных спиртов вообще, и особенно метанола, менее благоприятно по сравнению с вторичными по условиям равновесия и селективности реакции. Поэтому процесс дегидрирования метанола осуществляют совместно с окислением (окислительное дегидрирование), что дает возможность увеличить степень превращения, а также устраняет эндотермичность процесса.
В качестве катализаторов дегидрирования спиртов можно использовать Ni, Со, Fe, Сu, Zn, Ru, Rh, Pd, Pt, Re и др. Однако наиболее распространены в промышленности при дегидрировании в паровой фазе катализаторы на основе окиси Zn, Сu и ее соединений, а также соединений Сr.
При дегидрировании в жидкой фазе применяют Ni Ренея, Ni на носителе (кизельгур, оксид алюминия), Pd и Pt на носителе.
Для дегидрирования циклогексанола используют катализатор на основе окиси Zn (ГИАП-10), смешанные окисные Zn/Fe- и Zn/Cr-катализаторы и Zn/Fe(oцинков.) – катализаторы, работающие в интервале температур 350‑430 °С.
Катализаторы на основе Сu и Сr на носителе (кизельгур, пемза, оксид алюминия, оксид магния и др.) активны при более низких температурах 220‑280 °С. Однако на них в большей степени может протекать реакция конденсации с участием карбонильной группы.