Nennen Sie die möglichen Reaktionsprodukte der Alkoholdehydrierung. Oxidation von primären Alkoholen
Spezialität: Chemische Technologie
Abteilung: Anorganische Chemie und chemische Technologie
Genehmigen
Abteilungsleiter
_____________________) (Unterschrift, Nachname, Initialen)
"___" ____________ 20
KURSARBEIT
Durch Disziplin: Industrielle Katalyse
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Zum Thema: katalytische Dehydrierung
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Bezeichnung der kirgisischen Republik - 02068108 - 240100 - 2015
Student Fazylova L. A.
Login 435.
Kopf _______________ kuznetsova i.v.
Voronezh - 2015.
Einführung
Herstellung von Katalysatoren für Dehydrierungsprozesse Alkylaromatische Kohlenwasserstoffe.
Katalytische Dehydrierung von Alkanov
Ausrüstung für katalytische Dehydrierung von Alkanen
Regeneration von Katalysatoren.
Liste der literarischen Quellen
Einführung
Dehydrierung ist die Umsetzung der Wasserstoffspaltung aus dem organischen Verbundmolekül; Es ist eine reversible Umkehrreaktion - Hydrierung. Gleichgewichtsverdrängung in Richtung Dehydrierung trägt zur Erhöhung der Temperatur- und Druckreduzierung bei, einschließlich Verdünnung des Reaktionsgemisches. Reaktionskatalysatoren Hydrierung - Dehydrierung sind Metalle 8b und 1b Untergruppen (Nickel, Platin, Palladium, Kupfer, Silber) und Halbleiteroxide (Fe 2 O 3, CR 2 O 3, ZnO, MOO 3).
Dehydrierungsprozesse werden in der industriellen organischen Synthese weit verbreitet:
1) Alkoholdehydrierung wird erhalten: Formaldehyd, Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon.
2) Dehydrierung von alkylaromatischen Verbindungen werden erhalten: Styrol, α-Methylstyrol, Vinyltoluluol, Divinylbenzol.
3) Die Dehydrierung von Paraffinen wird erhalten: Olefine (Propylen, Butylen und Isobutylen, Isopenten, höhere Olefine) und Diene (Butadien und Isopren)
Katalytische Dehydrierung von Alkoholen
Alkohol-Dehydrierungsreaktionen sind notwendig, um Aldehyde und Ketone zu erhalten. Ketone werden aus sekundären Alkoholen und Aldehyden aus primären Alkoholen erhalten. Katalysatoren in Prozessen sind Kupfer, Silber, Kupferchromiten, Zinkoxid usw. Es ist erwähnenswert, dass im Vergleich zu den Kupferkatalysatoren von Zinkoxid anhaltender ist und während des Prozesses keine Aktivität verliert, sondern kann die Dehydratisierungsreaktion provozieren. In der allgemeinen Form kann die Dehydrierungsreaktion von Alkoholen wie folgt dargestellt werden:
In der Industrie wird Alkoholdehydrierung durch Verbindungen wie Acetaldehyd, Aceton, Methylethylketon und Cyclohexanon erhalten. Die Prozesse gehen in den Strom des Wasserdampfs fort. Die häufigsten Prozesse sind:
Ethanol-Dehydrierung. Es wird auf einem Kupfer- oder Silberkatalysator bei einer Temperatur von 200 - 400 ° C und Atmosphärendruck durchgeführt. Der Katalysator ist ein Träger Al 2 O 3, SNO 2 oder Kohlefaser, der auf die Komponenten von Silber oder Kupfer aufgebracht wird. Diese Reaktion ist eine der Komponenten des Superprozesses, dh ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Essigsäurealdehyd aus Ethanol durch Dehydrierung oder Sauerstoffoxidation.
Methanol-Dehydrierung.. Dieser Prozess ist nicht voll studiert, aber die meisten Forscher identifizieren es als vielversprechendem Prozess der Formaldehyd-Synthese, das kein Wasser enthält. Es werden verschiedene Parameter des Prozesses vorgeschlagen: Die Temperatur beträgt 600 bis 900 ° C, die aktive Komponente des Katalysators von Zink oder Kupfer, den Träger von Siliziumoxid, die Möglichkeit, die Reaktion von Wasserstoffperoxid usw. zu initiieren usw. Im Moment wird der größte Teil des Formaldehyds der Welt durch Oxidation von Methanol erhalten.
2. Herstellung von Katalysatoren für Alkohol-Dehydrierungsprozesse
Bekannter Katalysator für Alkoholdehydrierung mit Oxiden, 5 Zink und Eisen. Der neueste ist der Katalysator für die Dehydrierung von Alkoholen, das ein Oxid von Yttrium oder ein Seltenerd 10-Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, der Neodym, Maler, Ytterbium enthält.
Der Nachteil der bekannten Katalysatoren ist ihre unzureichend hohe Aktivität und Selektivität.
Der Zweck der Wissenschaft besteht darin, die Aktivität und Selektivität des Katalysators für die Dehydrierung von Alkoholen zu erhöhen. Dieses Ziel wird dadurch gelöst, dass der Katalysator auf der Grundlage von Yttriumoxiden oder einem Seltenerdelement, ausgewählt aus der Gruppe, die Neodymium, Praseodymium, ytterbium umfasst, zusätzlich Technetium enthält.
Die Einführung in das Katalysator-Technetium ermöglicht das Erhöhen der Aktivität der Roller-Überlastung, die dadurch ausgedrückt wird, dass der Umwandlungsgrad des Alkohols in 2-5 mal erhöht und die Temperatur des Beginns der Dehydrierungsreaktion um 80-120 0 s verringert wird . Zur gleichen Zeit erwirbt der Katalysator rein dehyzöser Eigenschaften, was es ermöglicht, die Selektivität zu erhöhen. Bei der Umsetzung der Alkoholdehydrierung, wie beispielsweise Isopropyl in Aceton bis zu 100%.
Ein solcher Katalysator wird durch Imprägnierung mit einer festen Lösung von vorgeformten Katalysatorteilchen erhalten. Das Volumen der Lösung übersteigt 1,4 ─ 1,6-facher Masse des Katalysators. Die Menge an Technetium im Katalysator wird durch spezifische Radioaktivität bestimmt. Nasskatalysator getrocknet. Das trockene Produkt wird 1 h in einem Wasserstoffstrom zuerst bei 280 bis 300 0 ° C erhitzt (zur Umwandlung von Perthotat in Technetdioxid), dann bei 600 bis 700 ° C für 11 Stunden (um das Technetiumdioxid an Metall zu reduzieren ).
Beispiel. Der Katalysator wird durch Imprägnieren des Yttriumoxids mit einer Lösung von Ammoniumpeter Aruptuation hergestellt, wobei das Volumen von Yttriumoxid 1,5-fach beträgt. Die imprägnierten Katalysatorteilchen werden 2 Stunden bei 70-80 ° C getrocknet. Dann wird die Verringerung des Wasserstoffstroms 1 Stunde bei 280 0 S bei einer Temperatur von 600 ° C durchgeführt.
Die Untersuchung der katalytischen Aktivität erfolgt in dem Beispiel der Zersetzung des IMeopropylalkohols in der Einstellung des Durchflusstyps. Katalysatorgewicht.
0,5 g bei einem Volumen von 1 cm. Die Größe der Partikel des Katalysators 1, 5 beträgt 2 mm. Spezifische Oberfläche 48,5 m / g. Die Alkoholzuführrate beträgt 0,071 ml / min.
Die Zersetzung von Isoopylalkohol auf dem vorgeschlagenen Katalysator erfolgt nur in Richtung der Dehydrierung mit der Bildung von Aceton und Wasserstoff, es werden keine anderen Produkte erfasst. Auf ITRIA-Oxiden ohne Hinzufügen einer Technetiumzersetzung von Isopropylalkohol geht in zwei Richtungen: Dehydratisierung und Dehydratisierung. Erhöhen der Aktivität des Katalysators ist der größere, desto höher ist die Menge an Technetium. Katalysatoren mit 0,03 - 0,05% Techniken sind selektiv, was den Prozess nur in eine Richtung in Richtung Dehydrierung leiten.
3. Dehydrierung von alkylaromatischen Verbindungen
Die Dehydrierung von alkylaromatischen Verbindungen ist ein wichtiger industrieller Prozess der Styrolsynthese und ihrer Homologe. Die Prozesskatalysatoren werden in den meisten Fällen Kaliumoxide, Calcium, Chrom, Cer, Magnesium, Eisenoxidzink gefördert. Ihr unterschiedliches Merkmal ist die Fähigkeit, die Selbstdegen unter dem Einfluss von Wasserdampf zu entehren. Es sind auch Phosphat, kupferchromische und sogar Katalysatoren, die auf einer Mischung aus Eisen- und Kupferoxidgemisch basieren, bekannt.
Die Dehydrierungsprozesse von alkylaromatischen Verbindungen gehen bei Atmosphärendruck und bei einer Temperatur von 550 bis 620 ° C im Molverhältnis von Rohstoffen zu einem Wasserpaar von 1:20. Paare sind nicht nur erforderlich, um den Partialdruck von Ethylbenzol zu reduzieren, sondern auch, um die Selbsteindringung von Eisenoxidkatalysatoren aufrechtzuerhalten.
Ethylbenzol-Dehydrierung ist die zweite Stufe des Prozesses des Erhaltens von Styrol aus Benzol. In der ersten Stufe wird Alkylierung von Benzol-Chlorhetan (Friedel-Krafts-Reaktion) an einem Alumochromkatalysator durchgeführt, und auf dem zweiten erhaltenen Ethylbenzol, das auf Styrol dehydriert ist. Das Verfahren zeichnet sich durch einen hohen Wert der Aktivierungsenergie 152 kJ / Mol aus, in Ansicht, auf der die Reaktionsgeschwindigkeit stark von der Temperatur abhängig ist. Deshalb wird die Reaktion bei hohen Temperaturen durchgeführt.
Parallel, in dem Dehydrierungsprozess von Ethylbenzol, nachteilige Reaktionen Flow-Cola-Formation, Skelettisomerisierung und Rissbildung. Cracking und Isomerisierung reduzieren die Selektivität des Prozesses, und die Cox-Bildung beeinflusst die Deaktivierung des Katalysators. Damit der Katalysator länger arbeitet, ist es notwendig, die oxidative Regeneration regelmäßig durchzuführen, die auf der Vergasungsantwort basiert, "brennend" den größten Teil des Koks von der Oberfläche des Katalysators.
Der allgemein akzeptierte Mechanismus der Dehydratisierung von Alkoholen ist der folgende (zur Vereinfachung, Ethylalkohol wird als Beispiel genommen):
Der Alkohol verbindet die Wasserstoffionenstufe (1), um einen protonisierten Alkohol zu bilden, der die Stufe (2) dissoziiert, wodurch ein Wassermolekül und das Carbonia-Ion ergibt; Dann verliert das Ionen der Carbonia-Stufe (3) Wasserstoffion und Alkene.
Somit ist die Doppelbindung in zwei Stufen gebildet: der Verlust der Hydroxylgruppe in Form von [Stufe (2) und den Verlust von Wasserstoff (Stufe (3)). Dies zeichnet sich durch diese Reaktion aus der Dehydrogalogenierung-Reaktion aus, wobei die Spaltung von Wasserstoff und Halogen gleichzeitig auftritt.
Die erste Stufe repräsentiert das Säurebasisgleichgewicht nach Brenstec - Loury (Abschnitt 1.19). Wenn sich Schwefelsäure in Wasser zum Beispiel löst, tritt beispielsweise die folgende Reaktion auf:
Das Wasserstoffion hat von einer sehr schwachen Base zu einer stärkeren Base mit der Bildung eines Oxoniumions bewegt. Die Haupteigenschaften beider Verbindungen sind natürlich ein Dampfpaar von Elektronen fällig, das das Wasserstoffion binden kann. Der Alkohol enthält auch ein Sauerstoffatom mit einem anderen Elektronenpaar und seine Basizität ist vergleichbar mit der Basizität des Wassers. Die erste Etappe des vorgeschlagenen Mechanismus kann höchstwahrscheinlich wie folgt einreichen:
Das Wasserstoffion umgeschaltet aus dem Bisulfat-Ion zu einem stärkeren Basen (Ethylalkohol) mit der Bildung eines substituierten Oxonie-Ionen von protoniertem Alkohol.
In ähnlicher Weise drückt die Stufe (3) nicht das freie Ionen des Wasserstoffs, sondern sein Übergang zum stärksten der bestehenden Gründe, nämlich
Für den Komfort wird dieser Prozess oft als Füge oder Spaltung von Wasserstoffionen dargestellt, aber es sollte verstanden werden, dass in allen Fällen tatsächlich eine Protonentransfer von einer Basis zur anderen ist.
Alle drei Reaktionen sind als Gleichgewicht angegeben, da jede Stufe reversibel ist; Wie unten gezeigt, ist die umgekehrte Reaktion die Bildung von Alkoholen (Abs. 6.10). Gleichgewicht (1) wird sehr nach rechts verschoben; Es ist bekannt, dass Schwefelsäure in Alkoholösung fast vollständig ionisiert ist. Da die Konzentration von Carboniumionen, die in jedem Moment verfügbar sind, sehr klein ist, ist das Gleichgewicht (2) nach links verschoben. Irgendwann reagiert eines dieser wenigen Carboniumionen durch Gleichung (3), um Alkene zu bilden. In der Dehydratisierung wird das flüchtige Alken normalerweise aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert, sodass der Restbetrag (3) nach rechts verschiebt wird. Infolgedessen kommt die gesamte Reaktion am Ende.
Das Carboniumion ist als Ergebnis der Dissoziation von protonisierter Alkohol ausgebildet; Gleichzeitig wird das geladene Teilchen von getrennt
das neutrale Teilchen ist offensichtlich, dieses Verfahren erfordert wesentlich weniger Energie als die Bildung von Carboniumionen aus dem Alkohol selbst, da in diesem Fall das positive Teilchen aus dem Negativ abreißt. Im ersten Fall wird die schwache Base (Wasser) aus dem Carbononiumion (Lewis-Säure) gespalten (Lewis-Säure) ist wesentlich einfacher als eine sehr starke Basis, Hydroxylion, d. H. Wasser ist die beste ausgehende Gruppe als Hydroxylion. Es ist gezeigt, dass das Hydroxylionen fast nie aus Alkohol spaltet; Die Reaktion der Spaltung in Alkohol in fast allen Fällen erfordern einen sauren Katalysator, deren Rolle, wie im vorliegenden Fall, die Protonierung von Alkohol ist.
Es versteht sich schließlich, dass die Dissoziation von protonisierter Alkohol nur aufgrund der Solvatation von Carboniumionen (Cp. Abschnitt 5.14) möglich wird. Die Energie zum Brechen der Bondage von Kohlenstoff-Sauerstoff wird aufgrund der Bildung einer großen Anzahl von Ionen-Dipol-Bindungen zwischen dem Carbonia-Ion und dem polaren Lösungsmittel aufgenommen.
Carboniumion kann verschiedene Reaktionen eingeben; Welche auftritt, hängt von den experimentellen Bedingungen ab. Alle Reaktionen von Carboniumionen sind gleichermaßen in Rechnung gestellt: Sie erwerben ein Paar Elektronen, um ein Oktett in einem positiv geladenen Kohlenstoffatom zu füllen. In diesem Fall wird das Wasserstoffion von dem Kohlenstoffatom abgespalten, angrenzend an das Kohlenstoffatom eines positiv geladenen, erschöpften Elektronen; Ein Paar von Elektronen, die zuvor in Verbindung mit diesem Wasserstoff in Eingriff steht, kann jetzt -Eb bilden
Dieser Mechanismus erklärt die saure Katalyse während der Dehydratisierung. Erklärt dieser Mechanismus auch die Tatsache, dass die Leichtigkeit der Dehydratisierung von Alkoholen in einer Reihe von tertiärer sekundärer Primär sinkt? Bevor Sie diese Frage beantworten, müssen Sie herausfinden, wie sich die Stabilität von Carboniumionen ändert.
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