Химическое равновесие и необратимая реакция в открытой системе. Газовая хроматография: Методическое пособие, страница 4

t = V/u.

Его можно увеличивать, уменьшая скорость потока реакционной смеси или увеличивая навеску катализатора. При достижении равновесия состав реакционной смеси перестает зависеть от t.

Дегидрирование и дегидратация изопропанола.

Дегидрирование спиртов в альдегиды или кетоны является широко известным промышленным процессом, он имеет важное практическое значение в получении веществ, использующихся в косметической и фармацевтической отраслях. Дегидрирование изопропанола – это один из методов получения ценного химического продукта ацетона. Ацетон является сырьём для синтеза кетена, а последний – уксусного ангидрида. Из ацетона получают метилизобутилкетон и другие вещества. Один из ценных продуктов переработки ацетона – бифенол А, который является в свою очередь сырьём для производства поликарбонатов, полиуретанов и эпоксидных смол. Кроме того, дегидрирование изопропанола – очень удобный модельный процесс для изучения термодинамики и кинетики обратимой реакции.

Превращение изопропанола может происходить в трех направлениях: (1) в результате дегидрирования образуется ацетон; (2) в результате дегидратации образуется пропилен; (3) и диизопропиловый эфир. Обычно считается, что дегидрирование изопропанола происходит на сильных оснóвных центрах, но некоторые исследователи полагают, что процесс катализируется комбинацией кислотных и оснóвных центров, или ред-окс центрами и происходит по концертному механизму. Хорошо известно, что реакция дегидратации катализируется кислотными центрами.

Медь-содержащие катализаторы представляют большой интерес для реакции дегидрирования, поскольку, кроме особенностей окислительно-восстановительных свойств, имеют высокую селективность и сравнительно недороги [[i]]. Обычно для этих реакций требуются катализаторы с высоким содержанием меди. Самым известным катализатором является хромит меди со структурой типа шпинели, содержащий 30–50 вес.% меди. В последнее время существуют строгие ограничения на содержание шестивалентного хрома, присутствия которого нельзя избежать при низкотемпературной (350–400 °С) термообработке на воздухе катализаторной массы, поэтому многие исследователи заняты поиском медьсодержащих катализаторов другого состава, которые не представляли бы опасности для окружающей среды.

В предлагаемой лабораторной работе альтернативой хромиту меди (СС) является медно-кремниевый оксидный катализатор (CS). Получают оксидные катализаторы методом термической обработки совместных гидроксосоединений. В случае катализатора СС предшественником является гидроксокарбонат меди-хрома со структурой типа стихтита, в случае катализатора CS – гидроксосиликат меди. Некоторые характеристики этих катализаторов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики медьсодержащих катализаторов

*хризоколла – гидроксосиликат меди типа минерала хризоколлы Cu₄H₄[Si₄O₁₀](OH)₈×nH₂O, представляет собой студенистый рентгеноамор-фный осадок вплоть до 700 °С.

Катализаторы первоначально находятся в оксидном состоянии, предварительно прокалённые в токе сухого аргона (CC) и воздуха (CS) при 350 и 450 °С, соответственно.

Катализатор перед использованием в реакции требует восстановитель-ной активации в водороде или в водородсодержащем газе. Температуру активации определяют на основании результатов ДТА в водороде. Максимум экзотермического эффекта, соответствующего восстановлению ионов меди из хромита меди находится при 200 °С, для восстановления меди из хризоколлы – при 185–190 °С. Полное завершение взаимодействия с водородом происходит в области 300 °С для обоих образцов.  Активацию катализаторов в водородсодержащем газе необходимо проводить при температуре 300⁰С в течение 2-часов. Поскольку восстановление ионов меди водородом – процесс экзотермический, во избежание локальных перегревов подъём температуры необходимо проводить с небольшой скоростью не более 2 град/мин.