1 − Трехгорлая колба (реактор); 2 − штатив; 3 − водяная баня;

4 − Мешалка; 5 − термометр; 6 − электродвигатель;

7 − Обратный холодильник;

Рисунок 2 − Схема установки кислотного разложения

гидропероксида изопропилбензола в присутствии серной кислоты

Реакция осуществляется в трехгорлой колбе, снабжённой мешалкой, обратным холодильником, капельной воронкой и термометром. Постоянная температура во время реакции от 35 до 40 °С поддерживается с помощью водяной бани. Разложению подвергается раствор гидропероксида в изопропилбензоле с массовой долей не более 30 % до остаточной массовой доли гидропероксида не более 1 %.

Вносим в реактор 20 см³ о-ксилола и 0,5 см³ серной кислоты, заливаем в капельную воронку реакционную массу. Включаем воду на обратный холодильник, помещаем колбу в предварительно нагретую до 35 °С водяную баню и включаем мешалку.

При достижении в колбе температуры 35 °С медленно прикапываем раствор гидропероксида из капельной воронки с тем, чтобы температура не превышала 40 °С.

Перед началом опыта и через 30 минут произвести отбор проб на содержание гидропероксида через боковой отвод при остановленной мешалке. Проба отбирается массой от 0,2 до 0,5 г в предварительно взвешенную на аналитических весах колбу [1].

2.3 Обобщение и оценка результатов

Масса исходной смеси 19,94 г.

Содержание гидропероксида в смеси 30,7 %.

Масса гидропероксида в исходной смеси:

m_гип = 19,94·0,307 = 6,12 г.

Количество гидропероксида в исходной смеси:

^моль.

2.3.1 Определение ацетона в реакционной смеси

Реакционная смесь содержит ацетон и фенол. Так как ацетон мешает определению фенола бромированием, то предварительно он отгоняется с водяным паром из подщелоченной реакционной смеси.

Анализ проводится по методике [1 с. 35-36].

В круглодонную колбу на 250 см³ берут массу от 2,5 до 3,0 г реакционной смеси, приливают 25 см³ NaOH массовой долей 10 % и 120 см³ дистиллированной воды, и присоединяют к шариковому холодильнику. Коническую колбу на 150 см³ , содержащую 25 см³ раствора c(NH₂OH·HCl) = 1 моль/дм³ и несколько капель индикатора бромфенолового синего, ставят под аллонж так, чтобы его конец опускался в жидкость. Содержимое круглодонной колбы нагревают до кипения и ведут отгонку ацетона с водяным паром в течение от 20 до 25 минут после начала кипения. По окончании отгонки содержимое приемника оттитровывают раствором с(КОН) = 0,1 моль/дм³ до изменения цвета от желтого до синего.

Предварительно оттитровывают холостую пробу без анализируемой реакционной смеси для определения кислотности исходного раствора гидроксиламина солянокислого.

Расчёт содержания ацетона ведут по формуле:

^,

где W − массовая доля ацетона, %;

V_а − объём раствора NaOH с концентрацией c(NaOH) = 0,1 моль/дм³, пошедший на титрование анализируемой пробы, см³;

V_в − объём раствора NaOH с концентрацией c(NaOH) = 0,1 моль/дм³, пошедший на титрование холостой пробы, см³;

t − титр раствора NaOH с концентрацией c(NaOH) = 0,1 моль/дм³ (1,0123);

с − количество ацетона, соответствующее 1 см³ раствора NaOH с концентрацией c(NaOH) = 0,1 моль/дм³, г/см³ (0,0058);

g − масса анализируемой смеси, г.

Масса анализируемой смеси 2,58 г.

Объём раствора NaOH с концентрацией c(NaOH) = 0,1 моль/дм³, пошедший на титрование холостой пробы равен 0,4 см³.

Объём раствора NaOH с концентрацией c(NaOH) = 0,1 моль/дм³, пошедший на титрование анализируемой пробы равен 18,7 см³.

^%.

Масса о-ксилола:

m_о-кс = V_о-кс · ρ_о-кс = 20 · 0,881 = 17,62 г.

Масса ацетона:

^г.

2.3.2 Определение фенола в реакционной смеси

Анализ проводится по методике [1 с. 36-38].

Определение фенола в подщелоченной реакционной смеси, оставшейся после отгонки ацетона, основано на реакции бромирования избытком брома. Бром получают при подкислении бромид-бромата калия:

5КВг + KBrO₃ + 6НСI → ЗВг₂ + 6КС1 + ЗН₂0 ;

С_бН₅-ОН + ЗВг₂ → Br₃-C₆H₂-ОН + ЗНВг .

Непрореагировавший бром определяется йодометрически:

Br₂ + 2KI → 2KBr + I₂ ;

I₂ + 2Na₂S₂0₃ → Na₂S₄0₆ + 2NaI .

Остаток после отгонки ацетона охлаждается и количественно переносят в мерную колбу на 250 см³, содержимое колбы доводят дисиллированной водой до метки и перемешивают. Берут пипеткой 10 см³ этого раствора и помещают в коническую колбу на 250 см³, затем приливают 50 см³ водного раствора бромид-бромата калия и 6 см³ концентрированной соляной кислоты. Закрыв колбу пробкой, тщательно перемешивают ее содержимое и оставляют на 30 минут при комнатной температуре. После этого приливают 15 см³ раствора KI, снова энергично перемешивают и оттитровывают выделившийся йод раствором гипосульфита в присутствии раствора крахмала. В тех же условиях проводят холостой опыт, но вместо анализируемой фенольной воды берут такое же количество дистиллированной воды.

Расчёт содержания фенола ведут по формуле:

^,

где W − массовая доля фенола, %;

V_а − объём раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование холостой пробы, см³;

V_в − объём раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование анализируемой пробы, см³;

t − титр раствора тиосульфата натрия (0,9607);

g − масса анализируемой смеси, взятой на анализ, г;

0,0016 − масса фенола, соответствующая 1 см³ раствора тиосульфата натрия, г/см³.

Масса анализируемой пробы 2,58 г.

Объём тиосульфата натрия, пошедший на титрование анализируемой пробы равен 23,0 см³.

Объём тиосульфата натрия, пошедший на титрование холостой пробы равен 29,5 см³.

^%.

Масса фенола:

^г.

2.3.3 Материальный баланс процесса

Таблица 5 − Материальный баланс процесса кислотного разложения гипериза при температуре 35 ^оС, катализатор H₂S0₄

Соедине­ние	М, г/моль	Взято			Получено
		m, г	моль	m, г		моль
Гипериз	152,19	6,12	0,040	-		-
О-ксилол	106,16	31,44	0,296	31,44		0,296
Фенол	94,11	-	-	3,04		0,0323
Ацетон	58,08	-	-	1,31		0,0226
Потери	-	-	-	1,77		-
Всего	-	37,56	0,336	37,56		-

2.3.4 Расчёт безразмерных характеристик процесса

Степень превращения гипериза:

^%.

Выход ацетона:

^%.

Выход фенола:

^%.

Селективность:

^%;

^%.

^{Теоретические расходные коэффициенты:}

^{т гипериза/т ацетона;}

^{т гипериза/т фенола.}

^{Практические расходные коэффициенты:}

^{т гипериза/т ацетона;}

^{т гипериза/т фенола.}

2.4 Выводы

1) Изучили процесс кислотного разложения гипериза в присутствии серной кислоты.

2) Определили содержание ацетона и фенола в полученной реакционной смеси. Составили материальный баланс процесса, который представлен в таблице 5.

3) Конверсия гипериза составила 100,0 %, выход ацетона 56,50 %, выход фенола 80,75 %.

4) Рассчитали практические и теоретические расходные коэффициенты. Данные величины представлены в пункте 2.3.4.

3.4 Выводы:

1) Изучили реакцию каталитического дегидрирования н-пропилового спирта при t = 450 °С в присутствии катализатора К-24 при объемной скорости подачи 1,0 ч^-1.

2) Составили материальный баланс процесса дегидрирования н-пропилового спирта. Материальный баланс представлен в таблице 9.

3) Получили выход целевого продукта пропаналя^{%, а селективность %.}

Заключение

1) Изучили процесс каталитического окисления ИПБ в присутствии катализатора резината марганца и добавки Na₂CО₃ при температуре реакции 110 °С.

2) За 2 часа реакции содержание гидропероксида изопропилбензола в оксидате достигло 22,2 %.

3) Построили кривую накопления гидропероксида изопропитбензола. Данная кривая представлена на рисунке 1.

4) Изучили процесс кислотного разложения гипериза в присутствии серной кислоты.

5) Определили содержание ацетона и фенола в полученной реакционной смеси. Составили материальный баланс процесса, который представлен в таблице 5.

6) Конверсия гипериза составила 100 %, выход ацетона 56,5 %, выход фенола 80,75 %.

7) Рассчитали практические и теоретические расходные коэффициенты. Данные величины представлены в пункте 2.3.4.

8) Изучили реакцию каталитического дегидрирования н-пропилового спирта при t = 450 °С в присутствии катализатора К-24 при объемной скорости подачи 1,0 ч^-1.

9) Составили материальный баланс процесса дегидрирования н-пропиловогоспирта. Материальный баланс представлен в таблице 9.

10) Получили выход пропаналя^{%, а селективность %.}

Список использованных источников

1 Тепеницина, Е. П. Химическая технология органических веществ. − − Ярославль.: ЯПИ, 1993. − 132 с.

2 Гороновский, Н. Т. Краткий справочник по химии / Н. Т. Гороновский, Ю. П. Назаренко, Е. Ф. Некряч. − Киев.: Наукова думка, 1974. − 992 с.