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 370о 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%.
