Рекомендуемая литература

1. Кутепов А.М., Бондарёва Т.И., Беренгартен М.Т. Общая химическая технология: Учеб. для вузов. - 3-е изд., переб.- М: ИКЦ «Академкнига», 2003. С.272-282.

2. Практикум по общей химической технологии /Под ред. И.П.Мухленова.- М.: Высш. шк., 1973. С. 337-345.

3. Кульский Л.П. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. - Киев: Наукова думка. 1980. С. 418-449.

Работа №2. Дегидратация этилового спирта

Цель работы: ознакомление с особенностями проведения и расчётом сложного обратимого гетеро-каталитического процесса.

2.1. Теоретические сведения

Этанол широко применяется в химической промышленности, в частности, он используется для получения бутадиена-1,3, который является мономером в производстве синтетического каучука. Суммарное уравнение предложенного С.В.Лебедевым синтеза на бифункциональном дегидрирующе-дегидратирующем катализаторе (например, (Al₂O₃+ZnO)), может быть представлено следующим образом:

2С₂Н₅ОН СН₂=СН-СН=СН₂ + 2Н₂О + Н₂ - Q (2.1)

Направление протекания реакции определяется используемым катализатором и температурой проведения процесса. В присутствии дегидратирующего катализатора (-Al₂O₃) при температурах 420-450^оС происходит образование этилена [1]:

(2.2)

При этом могут протекать побочные реакции образования ацетальдегида и диэтилового эфира:

C₂H₅OH  CH₃COH + H₂ , (2.3)

2C₂H₅OH  C₂H₅OC₂H₅ + H₂O . (2.4)

Константа равновесия целевой реакции (2.1) описывается уравнением

K_P = P_эт P_в/P_сп , (2.5)

где P_эт, P_в и P_сп - равновесные парциальные давления этилена, водяных паров и спирта соответственно.

Величину К_р можно рассчитать по уравнению

lg K_P = -G_T/(2,303 R T) , (2.6)

где G_T - изменение энергии Гиббса для реакции (2.2) при данной температуре, Дж/моль; R - газовая постоянная (8,314 Дж/мольК); T - температура, К.

И зменение энергии Гиббса определяется по уравнению

(2.7)

В таблице 2.1 приведены значения констант равновесия реакции (2.2).

Таблица 2.1. Зависимость константы равновесия реакции дегидратации этилового спирта от температуры

Температура, С	200	300	400	500	600
Константа равновесия	36,32	275,09	1127,65	3165,29	6920,37

В связи с тем, что реакция дегидратации этанола сопровождается эндотермическим эффектом и увеличением объёма, для повышения равновесной степени превращения необходимо поднять температуру процесса и снизить парциальное давление паров этилового спирта, проводя процесс при пониженном давлении.

Несмотря на то, что повышение температуры благоприятно влияет на кинетику и состояние равновесия реакции (2.1), увеличение её ограничивается возможностью протекания побочных процессов и полимеризацией этилена на поверхности катализатора с последующим закоксовыванием его поверхности. Оптимальной температурой считается интервал от 400 до 450^оС, который характеризуется достаточно высокими значениями константы равновесия (табл. 2.1).

Для снижения парциальных давлений проводят быструю конденсацию паров воды и непрореагировавшего спирта на выходе из слоя катализатора.