Получение 2-метилпропена дегидратацией 2,2-диметилэтанола-1
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
В»ьвуда, в которой постулируется концентрирующая сорбция спирта и воды.
Уравнение скорости реакции имело вид:
R=(dn/dt)/N = k3[A]/([A]+ (1/ka)+ (kw/ka)[W])
где: R=(dn/dt)/N - удельная скорость дегидратации;
n - количество прореагировавшего спирта;
N - гигруемая кислотность катализатора;
[А], [W] - мольные доли спирта и воды соответственно;
k3 - константа скорости дегидратации;
ka.kw- константы адсорбционного равновесия спирта и воды соответственно;
t - время контакта.
Экспериментальная проверка кинетического уравнения была проведена в статических условиях при температуре кипения и показала применимость данного уравнения для описания кинетики дегидратации трет-бутанола на катионите.
Чаплиц, Самохвалова, Тюряев нашли, что скорость процесса дегидратации трег-бутанола на сульфонатионитах КУ-1, КУ-2 хорошо описывается уравнением Фороста [44]:
? + ??0y = ?0 ln(1/1-y)
где ?0 - скорость подачи трег-бутанола, м/л кат ч;
y - степень превращения спирта;
?,?- коэффициенты, не зависящие от ?0 и y.
Значение коэффициента ? с незначительной ошибкой может быть принято равным 1 при температуре 70-90С и концентрация трет-бутанола 53-58% (масс).
Выводы: Реакция дегидратации протекает по механизму отщепления в две стадии. Этому способствует строение субстрата, атакующей частицы и уходящая группа. Так как отсутствуют экспериментальные данные по кинетике и механизму реакции дегидратации трет-бутилового спирта, была предложена кинетическая модель для реакций дегидратации трет-бутилового спирта в водных растворах на катионитах. Такие реакции протекают подчиняются модели Лэнгмюра-Хиншельвуда. Также кинетика реакции хорошо описывается уравнением Фореста
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что скорость реакции замедляется по мере увеличения содержания воды в системе. Поэтому количество воды нужно поддерживать в определенном количестве, чтобы реакционная смесь находилась в равновесии с набухшим катализатором.
4. Выбор типа реактора
На основании анализа разделов 1-3 были установлены факторы, которые определяют выбор типа реактора:
. Фазовые состояния реагентов. Реакционная смесь представляет собой жидкофазную гетерогенно - каталитическую систему, состоящую из трет - бутилового спирта и воды в жидком состоянии и макропористого катализатора. Смесь трет бутилового спирта и воды применяется, во первых, по экономическим соображениям, чтобы избежать обогрева трет - бутилового спирта и соответствующих коммуникаций. Это необходимо, т.к. спирт имеет высокую температуру плавления (25,5оС); воду необходимо добавить в количестве 20% чтобы водный раствор трет - бутилового спирта не застывал на холоде [4]. Во вторых, вода необходима, чтобы поступающая реакционная смесь и набухший в воде катализатор находились в постоянном равновесии. Таким образом, фазовое состояние реакционной массы - жидкость.
. Температурный режим, его влияние на селективность. Для достижения максимального выхода и селективности необходимо поддерживать температуру в реакционной среде в пределах 90-140оС. При повышенных температурах, например, 110оС реактор работает в адиабатическом режиме. Предпочтительной с экономичной точки зрения, является температура 100-130оС, т.к. в этом случае выход изобутилена и срок службы катализатора являются оптимальными [29]. При дальнейшем повышении температуры происходит разрушение катализатора и падает селективность процесса, а также увеличивается выход полиизобутиленов и эфиров. Таким образом, температурный режим является одним из главных факторов образования изобутилена.
. Тепловой эффект реакции. Реакция жидкофазной дегидратации изобутилена эндотермична. Таким образом, в процессе синтеза к реактору необходимо подводить тепло, чтобы компенсировать его потери в результате реакции. Следовательно, реактор должен быть снабжен устройством теплообмена. В качестве теплоносителя возможно использование водяного пара.
. Применение давления (0,16-0,8 мПа).
Для процессов протекающих при таких давлениях рекомендуют применять сталь Х17Н13М2Т [45] или 1Х18Н10Т[46]. Давление необходимо, чтобы поддерживать реакционную смесь в жидком состоянии. Во избежание нарушений технологического режима реактор должен быть полностью герметичен.
. Катализатор. Выбранный нами катализатор имеет макропористую структуру.
Поэтому необходимо применение конструкции для нахождения катализатора. Так как исходная смесь пропускается через катализатор только в одном направлении, сверху вниз, то нет необходимости ограничивать слой ионита решетками. Для удержания катионита используют дренажное устройство. Это наиболее сложный элемент реактора. Широкое распространение получило дренажное устройство, состоящее из диска с закрепленными в нем фильтрующими колпачками. Диск закрепляется между днищем и корпусом реактора.
Применяют также трубчатые дренажные устройства [47]. В качестве более простого дренажного устройства могут быть использованы колосовидные решетки на которые укладывается слой фильтрующего материала: стекловаты, тканевого или нетканевого полотна, изготовленного из какого-либо волокнистого материала или простые фильтровальные металлические сетки [48]. Остановим свой выбор на дренажном устройстве с колпачками, т.к. оно подойдет для любого количества катализатора. Исходя из того, что катализатор КУ-2 имеет повышенный срок стабильной работы (5000-6000 ч.[31]) целесообразно использовать реактор с неподвижны