Теоретические основы процесса

Лабораторная работа 2

Получение 1,3-бутадиена

Разложением этилового спирта

Разработано: преподаватель

профессиональных модулей ___________________ Смирнова Н.Н.

Теоретические основы процесса

Получение 1,3- бутадиена из этилового спирта по способу С.В. Лебедева в настоящее время применяется в лабораторных условиях. Процесс идет при температуре 370^о С и давлении 0,1 МПа на алюмоцинковом катализаторе, содержащим дегидрирующие, дегидратирующие и конденсирующие компоненты. Суммарное уравнение реакции следующее:

2С₂Н₅ОН → СН₂ = СН − СН = СН₂ + Н₂ + 2Н₂О

Особенностью способа получения 1,3 - бутадиена из этилового спирта является то, что контактное превращение этилового спирта в 1,3 - бутадиен идет в одну стадию, на катализаторе, одновременно способствующий реакциям конденсации, дегидрирования и дегидратации.

Механизм превращения этилового спирта в 1,3 - бутадиен на алюмоцинковом (ZnO +Al₂O₃) катализаторе С.В. Лебедева изучался весьма детально. При образовании 1,3 - бутадиена из этилового спирта последовательно протекают следующие реакции.

а) Дегидрирование этилового спирта в уксусный альдегид:

СН₃ − СН₂ОН → СН₃ − СНО + Н₂

б) Конденсация уксусного альдегида с отщеплением воды и образованием

кротонового альдегида:

СН₃ −СНО + СН₃ −СНО→СН₃−СНОН−СН₂ −СНО→ → СН₃ − СН = СН− СНО + Н₂О

кротоновый альдегид

в) Восстановление карбонильной группы кротонового альдегида водородом (отдаваемым этиловым спиртом) с получением кротилового спирта:

СН₃ − СН= СН− СНО + СН₃ − СН₂ОН →

О

→ СН₃ − СН = СН− СН₂ОН + СН₃− С

Н

г) Дегидратация кротилового спирта, сопровождающаяся перегруппиров-

кой двойных связей и образованием бутадиена:

СН₃ − СН = СН− СН₂ОН→ СН₂=СН− СН= СН₂+ Н₂О

 

Контактное превращение этилового спирта в 1,3 - бутадиен является сложным химическим процессом, на что указывает образование большого количества побочных продуктов - свыше 30 различных соединений.

Основными факторами, влияющими на эффективность процесса контактного превращения этилового спирта в 1,3 - бутадиен, являются: активность катализатора, температура контактирования, состав сырья (наличие примесей), давление в реакторе, скорость подачи спирта на контактирование, время контакта.

Имеется температурный оптимум процесса контактирования, ниже которого выходы 1,3 - бутадиена понижаются вследствие замедления реакции, а выше - понижаются за счет протекания побочных реакций – разложение 1,3 - бутадиена. Температура влияет не только на выходы 1,3 - бутадиена, но также и на выходы побочных продуктов реакции.

В качестве побочных продуктов получаются водород, оксид углерода, метан, этан, этилен, бутены, высшие олефины, толуол, ксилол, диэтиловый эфир, спирты, альдегиды, кетоны и углерод в виде сажи, отлагающейся в значительном количестве на катализаторе. Эффективность процесса контактного разложения этилового спирта определяется выходом 1,3 - бутадиена на разложенный спирт и пропущенный спирт. Эффективность работы катализатора характеризуется: его селективностью.

Теоретический выход 1,3-бутадиена в расчете на пропущенный спирт (100%-ный) составляет 58,7% (масс.). В оптимальных условиях выход 1,3-бутадиена достигает 40-41% (масс.) при конверсии спирта 50%.