Введение 5
1 Теоретическая часть 7
1.1 Иониты, ионообменные смолы 7
1.1.1 Сульфокатионитные катализаторы 9
_1.2 Обзор существующей методики 17
1.2.1 Недостатки методики 18
1.3 Разработка методики определения активности сульфокатионитных
катализаторов 21
1.3.1 Лабораторная установка 21
1.3.2 Проведение опыта 22
1.3.3 Определение концентрации изобутилена 23
1.3.4 Физико-химические основы процесса 29
1.3.5 Определение константы скорости реакции дегидратации ТМК 30
1.4 Патентный поиск 33
2 Экспериментальная часть 34
2.1 Экспериментальные данные 34
2.2 Расчет концентрации изобутилена 36
2.3 Расчет константы скорости реакции дегидратации ТМК 38
2.3.1 Расчет активационных параметров 42
Заключение 44
Список используемой литературы и используемых источников 45
В настоящие время, невозможно представить крупные химические предприятия, в которых технологические процессы протекают без использования катализаторов [38]. В промышленности применяют различные виды катализаторов, например, алюмосиликаты, различные минеральные кислоты, которые используются в таких реакциях, как крекинг, полимеризация, изомеризация, алкиллирование, риформинг, гидрирование, дегидрирование [51].
Катализаторы представляют собой вещества, способные изменять скорость протекания реакции и снижать затраты на её проведение, но при этом сами катализаторы не растворяются в объёме смеси, а некоторые из них, например, сульфокатиониты могут увеличивать свою ионно-обменную ёмкость.
Широкое использование в качестве катализаторов получили ионообменные смолы, в частности, сульфкатиониты, получаемые полимеризацией или поликонденсацией органических веществ и способные к обмену собственных ионов на ионы, которые находятся в растворе.
«В качестве катализаторов испытано множество сульфированных полимеров - фенолформальдегидные, КУ-1, сополимеры стирола и бутадиена, КУ-2 и КУ-23. Наиболее широко применяются сульфированные сополимеры стирола и дивинилбензола, получаемые на основе доступного сырья по относительно простой технологии (рисунок 1), они представляют собой сшитые макромолекулы, способные к протонированию сорбента» [15].
Сульфкатиониты используются в реакции гидратации и дегидратации трет-бутилового спирта для получения изобутилена, который является основным сырьём в производстве изопрена и бутилкаучука. В данной реакции применяются различные виды сульфкатионитов, одними из которых являются формованный и макропористый катализатор, имеющие разную каталитическую активность, поверхностную пористость и ионно-обменную ёмкость.
На основе формованного сульфокатионитного катализатора КУ-2ФПП была разработана методика научно-исследовательским институтом мономеров для синтетического каучука (НИИМСК) в 1989 году по определению активности сульфокатионитов в реакции дегидратации триметилкарбинола. Суть методики заключается в определение количества выделяющегося изобутилена в процентах (%) от теоретически возможного за 2 часа проведения опыта. Однако, при этом существенно уменьшается концентрация ТМК и изменяется температура, которые на ряду с катализатором оказывают существенное влияние на скорость реакции, что сказывается при проведении опытов на различных сульфокатионитных катализаторах. 1олученные активности невозможно сравнить и сделать выбор в пользу подходящего под процесс сульфокатионита. В этом и заключается недостаток данной методики.
Таким образом, для сравнения активности разных катализаторов необходимо придерживаться следующих условий:
- постоянство температуры на протяжении всего опыта,
- постоянство концентраций катализатора и воды,
- постоянство константы скорости реакции.
Поэтому, целью данной выпускной квалификационной работы является разработка новой методики, которая будет учитывать вышеизложенные условия, что позволит производить сравнение активностей сульфокатионитных катализаторов.
В данной выпускной квалификационно работе были решены все поставленные задачи:
- исследованы кинетические и термодинамические закономерности протекания реакции дегидратации ТМК в присутствие сульфокатионтиных катализаторов в научно-технической и патентной литературе,
- изучены физико-химические свойства и строение различных сульфокатионитных катализаторов,
- изучены имеющиеся методики по определению активности сульфокатионитов в реакции дегидратации ТМК,
- разработана методика определения активности сульфокатионитных катализаторов в реакции дегидратации ТМК при малом изменении концентрации исходных реагентов и постоянном температурном режиме с точностью ±0,1°С,
- исследована по разработанной методике влияние температуры на скорость реакции, определены константы скорости реакции и её активационные параметры,
- разработаны и обоснованы условия проведения опытов по определению активности сульфокатионитных катализаторов в реакции дегидратации ТМК.
Таким образом, разработанная в рамках данной бакалаврской работы методика позволяет определять активность сульфокатионитных катализаторов в реакции дегидратации терт-бутилового спирта при нормальных условиях. Это позволяет производить сравнение активности разных типов сульфокатионитов для выбора более активного или подходящего под определенные условия. Также в данной бакалаврской работе были выполнены исследования по влиянию концентрации воды и триметилкарбинола на константу скорости реакции дегидратации ТМК в присутствии макропористого сульфокатионитного катализатора СТ-275.
