Синтез бутин-2-диола-1,4 из ацетилена и формальдегида в присутствии медь-цинк-алюминиевого катализатора | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №16 (202) апрель 2018 г.

Дата публикации: 24.04.2018

Статья просмотрена: 375 раз

Библиографическое описание:

Кадирова, Н. Т. Синтез бутин-2-диола-1,4 из ацетилена и формальдегида в присутствии медь-цинк-алюминиевого катализатора / Н. Т. Кадирова, Б. Б. Кадиров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 16 (202). — С. 96-99. — URL: https://moluch.ru/archive/202/49584/ (дата обращения: 05.07.2020).



It was studied the process of receiving the butenedyole -1,4 from acythelene and formaldegid under the atmospheric pressure. It was established the influence o different factors for this process.

The butane — 2 dyole -1,4, butanedyole — 1,4 technology was improved/ The shape — technical documents will be prepared and adopted.

Ключевые слова: синтез, ацетон, формальдегид, катализатор, температурa, реактор, скорость, пропаргиловый спирт, концентрация.

Изучен синтез бутин-2-диола-1,4 из ацетона и формальдегида по методике [1] в присутствии промышленного медь-цинк-алюминиевого катализатора низкотемпературного синтеза метанола марки СНМ-1 состава: % масс: CuO ‒ 53 ± 3,0; ZnO ‒ 26 ± 2 и Al2O3 ‒ 5,5 ± 0,5.

Реакцию ацетилена с формальдегидом изучали в реакторе с мешалкой или в реакторе типа барбатера. Перед проведением синтеза проводили активацию катализатора формальдегидом при температуре 60–75ºС в течение 6–8 часов. При этом расход формальдегида составлял 2,0- 2,5 моль на 1 г — атом меди на катализаторе. После активации катализатора раствор, содержащий муравьиную кислоту, сливали и загружали новую партию формальдегида [2].

Были проведены опыты по синтезу бутин-2-диола-1,4 в реакторе колонного типа с интенсивным перемешиванием реакционной смеси. При этом происходило идеальное перемешивание исходных компонентов.

Результаты показали, что при интенсивном перемешивании реакционной смеси, скорость образования бутин-2-диола-1,4 прямо пропорциональна количеству катализатора (табл. 1), а также уменьшается внутри диффузионное торможение процесса формальдегида и процесс протекает во внешней кинетической области что не зависит от количества формальдегида. Катализатор при этом образует активные комплексы с ацетиленом и формальдегидом. При соприкосновении вышеуказанных активных комплексов между собой образуются пропаргиловый спирт и бутин-2-диол-1,4.

Установлено, что К1‹‹К2; так как из пропаргилового спирта и формальдегида мгновенно образуется бутин-2-диола-1,4. Протекание побочных процессов при бутин-2-диола-1,4, по-видимому, зависит от времени контакта ацетилена с абсорбированной молекулой формальдегида. Чем меньше время контакта ацетилена c формальдегидом, тем меньше образование побочных продуктов.

В качестве побочных продуктов, помимо пропаргилового спирта, образуются диацетил, винилпропаргиловый спирт и смола. Количество побочных продуктов колеблется от 4,5 до 18 % вес (в сумме).

На основании экспериментальных данных нами предложена математическая зависимость скорости реакции образования бутин-2- диола-1.4.

где: K-константа скорости;

-концентрация формальдегида, ацетилена и катализатора соответственно:

n — скорость перемещения

D* — коэффициенты диффузии,

К', К« — коэффициенты внутри диффузионного торможения формальдегида и бутин-2-диола-1,4;

a, b, c коэффициенты, определяемые экспериментальным путём, для каждого случая реакции.

Установлено, что в условиях интенсивного перемешивания начальная скорость образования бутин-2-диола-14 прямо пропорциональна количеству катализатора.

Таблица 1

Зависимость скорости реакции образования бутин-2-диола-1,4 от количества катализатора. (Т=90ºС, Vсн2o 1,0 л; Сcн2o 40,0%)

Количество катализатора, кг

Скорость реакции, моль/час

1

0,1

2,0

2

0,2

4,0

3

0,3

6,0

4

0,4

8,0

5

0,5

8,2

6

0,6

7,4

При этом скорость реакции определяли по изменению концентрации во времени.

Исследование процесса синтеза бутин-2-диола-1,4 в присутствии медь-висмутного (медь-никелевого) катализатора показало, что катализаторы, приготовленные методом многократной пропитки, также нестабильны во времени. С истечением времени наблюдается выделение ацетиленида меди как самостоятельной фазы что приводит к постепенному снижению активности катализатора и выходу целевого продукта [3].

Катализаторы с использованием в качестве носителя керамзита (приготовленного методом горячей пропитки) и оксида алюминия (приготовленного методом мокрого смешения активных компонент с носителем-гидратом оксида алюминия) также не проявили достаточную стабильность.

Среди исследованных образцов катализаторов наибольшую активность и селективность проявил промышленный катализатор низкотемпературного синтеза метанола марки CHM-1. На этом катализаторе нами изучены влияния температуры, времени реакции, pH среды, количества катализатора и др. на выход бутин-2-диола-14.

Температурный режим реакции исследовали в интервале температур от 60 до 110 С (Табл. 2). Установлено, что оптимальной температурой является 90º-95º С.

Таблица 2

Влияние температуры на выход бутин-2-диола-1,4

Температура, ºС

Выход на катализаторах,%

CuO— 53.0

ZnO— 26.0

Al2O3остальное

CuO— 40.0; Bi2O3–10.0;

Al2O3–50.0

1

60

44,0

52,0

2

70

48,0

63,0

3

80

55,0

70,0

4

90

73,0

86,0

5

100

86,0

91,0

6

110

79,0

80,0

Как видно из данных таблицы, оптимальной температурой процесса является 90º-100ºС. Относительно низких температурах выход бутин- при 2-диола-1,4 средний, а при более высокой температуре наблюдается образование значительного количества смолистых веществ. Рассчитали тепловой эффект брутто-процесса образования бутин-2-диола-1,4 по известному методу

При этом найдено, что ∆Н298 =55 Ккал/Моль. С целью выяснения что влияния времени реакции на выход бутин-2-диола-14 были проведены опыты, где продолжительность реакции менялась от 4 до 20 часов.

При этом установлено, что оптимальным является время реакции — 14 часов. Использование катализатора состава СuО- 40,0 %, Bi20- 10,0 %, Al2O3 -50,0 % и медь-цинк-алюминиевого катализатора (CHM-1) дало возможность получить бутиндиoл-14 с достаточно высоким выходом за более короткое время (8–14 часов).

Рис. 1. Влияние времени реакции на выход бутин-2-диола-1,4: а) реакция с катализатором состава; СuО — 40,0 %, Bi2О3- 10,0 %, SiO2–50,0 %; б) реакция с катализатором CHM-1.

Установлены следующие технологические параметры и показатели процесса:

Катализатор CHM-1: CuO-53±3,0 %; ZnO-26±2,0 %;

Al2O3- 5,5–6,0 %

Количество катализатора — 200 г

Количество формальдегида — 500 мл

Температура — 90–95ºС

Продолжительность процесса — 8–10 часов

Начальная концентрация формальдегида — 13,4 моль (40 %).

Балансовый режим ацетилена — 800–1000 мл/мин

pH-реакционной массы — 4–6

Выход бутиндиола -1,4 по формальдегиду — 90–92 %

Конверсия ацетилена — 85–95 %

Изучен процесс гидрирования бутиндиола-1,4 до бутандиола -1,4 в присутствии селективного алюмо-никелевого катализатора Ренея. При гидрировании спиртового раствора бутиндиола-1,4 при 20–40º С и атмосферном давлении получен бутандиол-1,4 95–98 %-ным выходом.

Литература:

  1. Шаповалова А. Н. Синтез бутин-2-диола-1,4 из формалина и ацетилена при атмосферном давлении ЖПХ, 1969, Т. 36, с. 904–909
  2. Сергеев Г. П., Любомилова В. И., Богатырова А. И. Синтез бутин- 2-диола-1,4 из ацетилена и формальдегида при атмосферном давлении Хим. наук и пром. 1957, № 2, с. 272.
  3. Каримов А. У. Исследование технологических процессов синтеза бутин-диола-1.4 и бутандиола-1,4 из ацетилена и формальдегида при атмосферном давлении. Дисс. канд. техн. наук Т., 1997, с. 118
  4. Кадирова Н. Т. Совершенствование технологии производства бутин-2 диола -1,4, бутандиола-1,4 и продуктов их переработки. Дисс. канд. техн. Наук. Т., 2000, с. 96.
Основные термины (генерируются автоматически): катализатор, интенсивное перемешивание, выход, формальдегид, время контакта ацетилена, влияние температуры, влияние времени реакции, активация катализатора, низкотемпературный синтез метанола марки, время реакции.


Ключевые слова

скорость, катализатор, концентрация, синтез, реактор, формальдегид, ацетон, температурa, пропаргиловый спирт

Похожие статьи

Создание селективного катализатора для синтеза метанола

В настоящие время используется промышленные катализаторы синтеза метанола, которые делятся: на низкотемпературные — цинк-медь-алюминиевые, цинк-хром-медные и другие медьсодержащие катализаторы и на высокотемпературные — цинк-хромовые...

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на...

Мольное отношение этилбензол:метанол: Н2 составляло 2:1:3. Предварительные опыты показали, что катализатор сохраняет активность в алкилировании этилбензола метанолом в течение 30 ч. Специальными опытами при постоянном эффективном времени контакта W/FЭБ...

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции...

Влияние температуры на состав продуктов алкилирования бензола этанолом вприсутствии пентасилов модифицированных фосфором.

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на биметаллическом катализаторе на основе цеолита типа ЦВМ.

Синтез катализатора для восстановления 4-нитрофенола из...

Время реакции варьируется от 1 до 60 мин. В каждый указанный промежуток времени отбирали 1мл смеси в 9 мл холодной воды и измерили молекулярные спектры на

Молекулярные спектры UV-Vis реакционного раствора без катализатора в разное время приведены на рис. 1.

Разработка катализаторов для синтеза N-винилморфолина

Исследовано влияние температуры на реакцию ацетилена с морфолином в гетерогенных условиях в присутствии катализатора, приготовленного на основе активированного угля с размером частицы 200–250 нм.

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Пара-ориентирующее влияние модификаторов на активность цеолитов в реакциях алкилирования алкилароматических углеводородов метанолом и

Температура реакции мало оказывает влияние на конверсию спирта, которая составляла 94,5–99,9 %. Таблица 1.

Парофазная и жидкофазная дегидратация метилфенилкарбинола...

 разогрев узла и активация катализатора

Однако кольцеобразный оксид алюминия обладает меньшей истираемостью, хорошей механической прочностью, большей поверхностью контакта и тем самым наблюдается уменьшение выхода побочных продуктов.

Некоторые предпосылки подбора катализаторов синтеза пиррола...

В настоящее время единой теории подбора катализаторов не существует.

д) способ приготовления катализатора, его активации, носителей и др.

При относительно низких температурах (350…4000С) γ — Al2O3 катализирует аммонолиз ацетилена в направлении...

Похожие статьи

Создание селективного катализатора для синтеза метанола

В настоящие время используется промышленные катализаторы синтеза метанола, которые делятся: на низкотемпературные — цинк-медь-алюминиевые, цинк-хром-медные и другие медьсодержащие катализаторы и на высокотемпературные — цинк-хромовые...

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на...

Мольное отношение этилбензол:метанол: Н2 составляло 2:1:3. Предварительные опыты показали, что катализатор сохраняет активность в алкилировании этилбензола метанолом в течение 30 ч. Специальными опытами при постоянном эффективном времени контакта W/FЭБ...

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции...

Влияние температуры на состав продуктов алкилирования бензола этанолом вприсутствии пентасилов модифицированных фосфором.

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на биметаллическом катализаторе на основе цеолита типа ЦВМ.

Синтез катализатора для восстановления 4-нитрофенола из...

Время реакции варьируется от 1 до 60 мин. В каждый указанный промежуток времени отбирали 1мл смеси в 9 мл холодной воды и измерили молекулярные спектры на

Молекулярные спектры UV-Vis реакционного раствора без катализатора в разное время приведены на рис. 1.

Разработка катализаторов для синтеза N-винилморфолина

Исследовано влияние температуры на реакцию ацетилена с морфолином в гетерогенных условиях в присутствии катализатора, приготовленного на основе активированного угля с размером частицы 200–250 нм.

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Пара-ориентирующее влияние модификаторов на активность цеолитов в реакциях алкилирования алкилароматических углеводородов метанолом и

Температура реакции мало оказывает влияние на конверсию спирта, которая составляла 94,5–99,9 %. Таблица 1.

Парофазная и жидкофазная дегидратация метилфенилкарбинола...

 разогрев узла и активация катализатора

Однако кольцеобразный оксид алюминия обладает меньшей истираемостью, хорошей механической прочностью, большей поверхностью контакта и тем самым наблюдается уменьшение выхода побочных продуктов.

Некоторые предпосылки подбора катализаторов синтеза пиррола...

В настоящее время единой теории подбора катализаторов не существует.

д) способ приготовления катализатора, его активации, носителей и др.

При относительно низких температурах (350…4000С) γ — Al2O3 катализирует аммонолиз ацетилена в направлении...

Задать вопрос