Лабораторная работа №7 Получение ацетальдегида окислением этилена



Дата15.10.2018
өлшемі82.6 Kb.
#88317
түріЛабораторная работа

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Получение ацетальдегида окислением этилена

По масштабам производства ацетальдегид, наряду с формальдегидом, стоит на первом месте среди альдегидов, что обусловлено его большой ценностью в качестве промежуточного продукта органического синтеза. Окислением ацетальдегида получают уксусную кислоту, уксусный ангидрид, надуксусную кислоту. Реакцией с синильной кислотой и последующими превращениями циангидрина получают молочную кислоту, акрилонитрил и эфиры акриловой кислоты. Другие методы переработки ацетальдегида состоят в процессах типа альдольной конденсации (получение пентаэритрита, бутандиола-1,3, кротонового альдегида и др.).

Ацетальдегид в промышленности получают:


  • жидкофазной гидратацией ацетилена в присутствии ртутьсодержащих и парофазной гидратацией в присутствии кадмийкальцийфосфатных катализаторов;

  • каталитическим окислительным дегидрированием этанола;

  • окислением легких насыщенных С3 – С4 углеводородов;

  • прямым каталитическим окислением этилена.

Из всех методов получения ацетальдегида наибольшее распространение получил процесс прямого окисления этилена в присутствии хлорида палладия.

Реакция окисления этилена в ацетальдегид сопровождается выделением значительного количества тепла:


СН2=СН2 + 0,5О2  СН3СНО -Н = +221,5 кДж/моль
Процесс получения ацетальдегида окислением этилена может осуществляться на твердом катализаторе (гетерогенно-каталитический процесс). Однако это сопряжено с трудностями, связанными с отводом значительного количества тепла. Применение жидкого катализатора (гомогенно-каталитический процесс) позволяет проще решать проблему отвода тепла – путем испарения части воды, содержащейся в катализаторном растворе.

Непрерывный процесс получения ацетальдегида состоит из двух стадий:



  1. Карбонилирование

С2Н4 + PdCl2 + H2O  CH3CHO + Pd + HCl

Установлено, что промежуточным соединением при введении этилена в водный раствор хлорида палладия является комплекс этилен – палладийхлорид.



Cl Cl C2H4

2Н4 + 2PdCl2Pd Pd ,

C2H4 Cl Cl

который при взаимодействии с водой очень быстро разрушается с образованием ацетальдегида и металлического палладия:



О

[PdCl2 C2H4]2 2СН3-С + 2Pd + 4HCl

Н

  1. Окисление:

Pd + 2HCl + 0,5O2 PdCl2 + H2O

Скорость реакции окисления значительно ниже, чем реакции карбонилирования, поэтому активность катализатора быстро падает.

Для повышения скорости окисления палладия применяются водные растворы хлоридов меди и железа, играющие роль переносчиков кислорода:

Pd + 2CuCl2 PdCl2 +2CuCl

2CuCl + 2HCl + 0,5O2 2CuCl2 + H2O

В качестве побочных продуктов при окислении этилена в ацетальдегид образуются уксусная кислота, муравьиная кислота, хлорсодержащие соединения (метилхлорид, этилхлорид, ацетальдегидхлорид), продукты конденсации (кротоновый альдегид), диоксид углерода.

В промышленности существуют два варианта технологического оформления гомогенно-каталитического процесса – одностадийный (карбонилирование и окисление катализатора в одном аппарате) и двухстадийный (карбонилирование в одном аппарате, окисление металлического палладия – в другом).

Цель работы

Получение ацетальдегида прямым окислением этилена в присутствии жидкого катализатора, определение выхода ацетальдегида на пропущенный этилен и конверсии этилена в ацетальдегид.



Порядок проведения работы

При подготовке к лабораторной работе студент оформляет таблицу , которая заполняется данными по мере их получения во время опыта.

Таблица

Результаты опытов



Количество залитого катализаторного раствора, см3




Температура в реакторе, оС




Расход этилена, мл/мин




Расход воздуха, мл/мин




РН катализаторного раствора




Соотношение этилен – воздух




Продолжительность опыта, мин




Количество пропущенного этилена, л




Давление окружающей среды, мм.рт.ст.




Температура окружающей среды, оС




Реактивы

Хлорид палладия;

Хлорид меди;

Хлорид железа;

Уксусная кислота (или уксуснокислая медь);

10 %-ный раствор солянокислого гидроксиламина;

0,1М раствор гидроксида натрия;

Индикатор бромфенолблау.



Установка получения ацетальдегида

Опыт проводят на установке, схема которой приведена на рис.

Этилен из баллона 1 и воздух из воздуходувки 2 через реометры 3 поступают в реактор 4, где проходят через нагретый катализаторный раствор. Непрореагировавшие газы и продукты реакции вместе с увлеченной из катализаторного раствора водой проходят через водяной холодильник 5 и направляются в скруббер 6, орошаемый холодной водой, которая растворяет поступающий в нижнюю часть скруббера газообразный ацетальдегид. Скрубберную воду собирают в приемник 7 и сливают через определенные промежутки времени для определения содержания ацетальдегида гидроксиламинным методом. Непрореагировавшие газы выбрасываются в атмосферу.

Опыт начинают с подачи воздуха в левую секцию реактора и этилена – в правую. Затем, постепенно взбалтывая, заливают в реактор 200 мл катализаторного раствора. После этого по реометрам устанавливают необходимые расходы этилена и воздуха – 200 мл/мин и 180 мл/мин соответственно. Включают обогрев реактора. Температуру катализаторного раствора в реакторе поддерживают в течение всего опыта в пределах 83-85оС. Затем начинают подавать воду в верхнюю часть скрубберов со скоростью 50-60 капель в минуту. После установления необходимой температуры реакции из приемника сливают накопившуюся воду и с этого момента начинают отсчет времени опыта. Скрубберную воду сливают каждые 20, 40 и 60 минут от начала опыта, замеряют ее количество, результаты сводят в таблицу . Затем определяют содержание ацетальдегида гидроксиламинным методом.

Таблица

Результаты отбора проб



Время от начала опыта, мин

Температура в реакторе

Скрубберная вода







Номер отобранной пробы

Объем пробы, мл

0

20

40



60




1

2

3








Рис. Схема установки для получения ацетальдегида окислением этилена:

1 – баллон с этиленом; 2 – воздуходувка; 3 – реометр; 4 – реактор; 5 – холодильник; 6 – скруббер; 7 – приемник; 8 - термометр



Определение количества полученного ацетальдегида гидроксиламинным методом

Гидроксиламинный метод основан на реакции:



СН3СНО + NH2OHHCl CH3HC=N-OH + H2O +HCl

В колбу Эрленмейера емкостью150-200 мл пипеткой отмеряют 5 мл скрубберной воды, добавляют 3-4 капли индикатора бромфенолблау и 10 мл 10 %-ного водного раствора солянокислого гидроксиламина. Содержимое колбы перемешивают встряхиванием и оставляют стоять в течение 30 минут, после чего выделившуюся соляную кислоту оттитровывают 0.1 н раствором гидроксида натрия до перехода желтой окраски раствора в сине-фиолетовую.

Параллельно ставят холостой опыт (берут те же реактивы и в таких же количествах, но без скрубберной воды и титруют раствором щелочи).

Обработка экспериментальных результатов

1. Количество ацетальдегида определяют по формуле:



где:


Gaколичество ацетальдегида, г; 0,0044 – число грамм ацетальдегида, соответствующее 1 мл 0.1 н раствора NaOH; a – объем 0.1 н раствора NaOH, пошедший на титрование холостого опыта, мл; b - объем 0.1 н раствора NaOH, пошедший на титрование пробы, мл; d – суммарный объем скрубберной воды, полученной за время опыта, мл.

2. Результаты определения количества полученного ацетальдегида сводят в таблицу .

Таблица

Результаты определения количества полученного ацетальдегида



№ пробы

Время от начала опыта,

мин


Объем скрубберной воды, мл

Объем 0.1 н раствора NaOH, мл

Количество полученного ацетальдегида, г

На титрова-

ние навески вещества



На холостой опыт

На 200 мл катализаторного раствора

На 1 л катализа-торного раствора

1

2

3



20

40

60


















  1. Строят график зависимости выхода ацетальдегида от времени реакции (рис. ).

Рис. Изменение выхода ацетальдегида от времени реакции

4. Приводят объем пропущенного этилена к нормальным условиям:



5. Рассчитывают выход ацетальдегида на пропущенный этилен:





где: Ga - количество полученного ацетальдегида, г; Gэ – количество пропущенного этилена, г.

6. Рассчитывают конверсию этилена:





где: Ga – количество полученного ацетальдегида, г; V0 – количество пропущенного этилена при нормальных условиях, л; Ма – молекулярная масса ацетальдегида
Каталог: study -> ucheb mat
study -> Генетика наука о наследственности и изменчивости организмов. Генетика наука о наследственности и изменчивости организмов
study -> Вопросы экологической паразитологии доц. Надежда Георгиевна Перевозчикова
study -> Курсовая работа "Моделирование развития аденокарциномы-755 " Дисциплина: "Моделирование в медицине"
study -> Анализаторы (сенсорные системы) Попробуйте последовательно ответить на несколько вопросов
study -> Желательно владение переводческой нотацией, или сокращенной записью
ucheb mat -> Лабораторная работа №1 Очистка газа от кислых примесей абсорбцией алканоламинами
ucheb mat -> Методические указания по выполнению курсового проектирования по курсу
ucheb mat -> Лабораторная работа №2 Адсорбционная очистка газа от кислых примесей цеолитами


Достарыңызбен бөлісу:




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет