Лабораторна робота "Дослідження швидкості окислення о-ксилолу киснем повітря" - Хімія та технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу

Рідиннофазні реакції каталітичного окислення вуглеводнів, зокрема алкілбензолів, киснем або його сумішами з інертними газами мають величезне значення в сучасній нафтохімічній промисловості і дають масу цінних продуктів.

Ці реакції є ланцюговими реакціями з розгалуженням ланцюгів. Вони багатоступінчасті: утворення початкових радикалів, потім - гідроперекисів, їхній розпад з утворенням нових радикалів, альдегідів, потім кислот і т. д.

Загальна швидкість такого процесу залежить від співвідношення швидкостей двох процесів: фізичної дифузії кисню з газової фази в рідку і хімічного процесу окислення вуглеводню. Ефективну константу швидкості можна знайти з рівняння

(1)

Яке відповідає правилу підсумовування опорів. Загальний опір складається з хімічного і дифузійного опорів. Відносна їхня роль змінюється в залежності від співвідношення величин.

При К >> BF , KЕф= BF , (2)

А при К << BF , KЕф = K. (3)

Останній випадок відповідає кінетичній області. Доля кожної області і перехід з однієї в другу залежить від питомої поверхні контакту фаз f. При малих f дифузійний опір виявляється, незважаючи на достатньо великі коефіцієнти массопередачи В. Навпаки, збільшення f призведе до переходу в кінетичну область навіть тоді, коли хімічна реакція протикає відносно швидко. При барботажі газу через рідину швидкість реакції спочатку лінійно росте з підвищенням лінійної швидкості газу (дифузійна область), потім цей ріст сповільнюється (перехідний режим) і, нарешті, досягається постійна швидкість (кінетична область процесу).

Як модельний процес вивчається рідиннофазне каталітичне окислення о-ксилолу повітрям до о-толуілової кислоти у барботажному реакторі. Температура процесу 120 0С, концентрація стеарату кобальту 0.008 моль/л, швидкість подачі повітря л/хв (0.4; 0.8; 1.2; 2.0).

Мета роботи - знайти кінетичну область протікання реакції.

Експериментальна установка.

Повітря, стиснуте газодувкою, пройшовши через склянку з сірчаною кислотою у реометр, надходить у реактор під рідкий о-ксилол з каталізатором. Температуру в рідкій фазі вимірюють термометром, а регулюють за допомогою ЛАТРу, що змінює напругу на ніхромовій спіралі, що обігріває масляну баню. Повітря, пройшовши через прошарок рідини, сепарується від бризків рідини у верхній частині реактора, прохолоджується в зворотному водяному холодильнику і скидається у витяжну шафу.

Проведення експерименту

О-ксилол залити в реактор. Початкова кількість вуглеводню повинна бути такою, щоб після відбору десятьох проб рівень аерованної рідини залишався б вище бані, що гріється, на 2-3 см.

У ксилол поміщають розраховану кількість каталізатора. Щільно з'єднавши усі роз'ємні частини установки, подають воду до холодильника і включають колбонагрівач. У цей період у реактор також подають невеличку кількість повітря для перемішування і рівномірності обігріву.

При досягненні заданої температури окислення дають повну необхідну витрату газу і відзначають час, рахуючи його початком реакції.

Проби рідини масою (0.3 - 0.5 г) відбирають у зважену колбу місткістю 100 мл через кожні 20 хвилин, продуваючи перед цим пробозбірник за допомогою груші. Після зважування колби з пробою (на технічних вагах, із точністю 0.01 г) до неї добавляють 5 мл ацетону і титрують 0.1н водяним розчином луги при індикаторі тимоловому синьому. Перші проби містять дуже мало кислоти, тому титрувати їх слід обережно, щоб вчасно побачити перехід окрасу від жовтого до блакитного у лужному середовищі.

Паралельно двічі проводять глухий експеримент, середній розмір витрати луги в ньому вводять у подальші розрахунки. Проби відбирають до припинення росту концентрації кислоти (при зберіганні постійними всіх умов окислення). Отримані результати заносять у таблицю 1.

Таблиця 6

Час окислення, хв

Маса, г

Витрата луги, мл

Масова доля кислоти, %

Колби з пробою

Колби

Проби

Глухий експеримент
    1. 2.

Середня

20

    40 60

Маса отриманого оксидату, г

Опрацювання результатів

Масова доля о-толуілової кислоти в пробі розраховується за рівнянням

(4)

Де V, V0 - витрати 0.1н розчину луги на титрування проби й у глухому експерименті, мл; 0.0136 - кількість о-толуілової кислоти в г, що відповідає 1 мл точно 0,1 н розчину луги; m - маса проби, г.

За результатами експериментів на міліметровому папері будують графіки: час (година) - масова доля кислоти (%) для усіх витрат повітря (4 криві).

Розраховують швидкості окислення на стаціонарних ділянках кривих окислення, що пропорційні тангенсам кутів нахилу лінійних ділянок кривих. Криві накопичення стабільного продукту окислення мають S-образний вид, причому індукційний період відсутний у каталітичному процесі.

На другому графіку відбивають залежність швидкості окислення від витрати газу, щоб визначити дифузійну, перехідну і кінетичну області процесу.

Суміші парів о-ксилолу з повітрям, у яких об'ємний вміст вуглеводню знаходиться в межах 3 - 7.5%, є вибухонебезпечні.

Перевірити вплив температури і концентрації даного каталізатора на область реакції можна змінюючи їх у межах 110-130 0С і 0.005-0.012 моль/л відповідно.

Похожие статьи




Лабораторна робота "Дослідження швидкості окислення о-ксилолу киснем повітря" - Хімія та технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу

Предыдущая | Следующая