CC BY
28
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КАТАЛИТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА НИТРИЛОВ
Мурадова Дилафруз Кадировна
канд. хим. наук,
Джизaкского гoсудaрствeнного пeдaгoгичeского институа, Республика Узбекистан, г. Джизак
Муродов Кадир Муродович
канд. хим. наук,
Самаркандского государственного университета, Республика Узбекистан, г.Самарканд
Анваров Тохир Уткирович
докторант,
Самаркандского государственного университета, Республика Узбекистан, г.Самарканд Е-mail: ozod-11-87 @mail.ru
OPTIMIZATION OF THE PROCESS OF CATALYTIC SYNTHESIS OF NITRILE
Dilafruz K. Muradova
Candidate of Chemical Sciences of the Jizzakh State Pedagogical Institute,
Uzbekistan, Jizzakh
Kadir M. Murodov
Candidate of Chemical Sciences, Samarkand State University,
Uzbekistan, Samarkand
Tokhir Ut. Anvarov
doctoral student, Samarkand State University, Uzbekistan, Samarkand
АННОТАЦИЯ
Процесс синтеза пешадецилонитрила оптимизирован на основании из ученных кинетических данных. Найдено оптимальные условия для синтеза высокомолекулярных нитрилов из соответствующих спиртов и аммиака.
ABSTRACT
The synthesis process of pentadecylonitrile is optimized based on the studied kinetic data. The optimal conditions for the synthesis of high molecular weight nitriles from the corresponding alcohols and ammonia have been found.
Ключевые слова: Кинетическое уравнение, пентадецилонитрил, катализ, оптимизация, аммиак, пентадеци-ловый спирт.
Keywords: Kinetic equation, pentadecylonitrile, catalysis, optimization, ammonia, pentadecyl alcohol.
Введение
Во всем мире нефть и продукты его переработки, в частности нитрилы, занимают особое место в энергетических и других потребностях народного хозяйства. Алифатические жирные нитрилы широко применяются как растворители, способствующие реакциям ионизации, как исходные продукты получения всевозможных производных, находящих ши-
рокое применение в области синтеза различных материалов, получения избирательных растворителей органических и неорганических веществ [1]. Производства высших алифатических нитрилов (С15-С16) не налажено в связи с отсутствием эффективной технологии их получения Из-за отсутствия промышленного производства, высшие нитрилы пока не нашли широкого промышленного применения в раз-
Библиографическое описание: Мурадова Д.К., Муродов К.М., Анваров Т.У. Оптимизация процесса каталитического синтеза нитрилов // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. 12(78). URL:
https://7universum. com/ru/nature/archive/item/11014
личных отраслях производства. Однако их производные - высшие амины применяются в качестве эффективных флатореагентов, эмульгаторов и в качестве исходных веществ в синтезе различных классов органических соединений. В то же время изучение кинетики, термодинамики синтеза высших нитрилов и создание эффективных катализаторов реакции являются одними из актуальных проблем.
Экспериментальная часть
В промышленном и лабораторном масштабе каталитические гетерогенные процессы осуществляются в проточном оборудование. Основная причина этого в том, что это позволяет нам изучать кинетику и механизмы реакций с использованием современных методов и технологий. С целью изучения кинетических закономерностей реакции цианирования пентадецилового спирта с аммиаком было изучено влияние парциальных давлений исходных веществ и продуктов реакции на скорость превращения спирта в нитрил. Эксперименты проводились при 330-350-370° С. При исследовании влияния парциального давления веществ использовался однофакторный экспериментальный метод, то есть изменялось только парциальное давление компонентов. Для других веществ необходимое количество азота добавлялось к исходному материалу в нужное время, чтобы парциальное давление не изменялось во время эксперимента [2, 3]. Сравнивая результаты экспериментов, можно увидеть следующие общие закономерности: в диапазоне исследуемых параметров скорость реакции образования нитрила уменьшается с увеличением парциального давления спирта. При постоянном значение объемной скорости спирта степень превращения спирта в нитрил от в его парциального давления зависит экстремально. Кроме того, парциальные давления аммиака, водорода и нитрила в исследованном диапазоне парциальных давлений не влияют на скорость реакции образования нитрила. Увеличение парциального давления водяного пара резко снижает скорость реакции [4]. Из этого можно сделать вывод, что механизм образования высокомолекулярных нитрилов аналогичен механизму
образования алифатических и ароматических нитрилов, несмотря на различия в структуре исходных спиртов и составе используемых катализаторов. Также признано, что самой медленной стадией процесса является реакция дегидрирования исходного спирта в присутствии двух активных центров катализатора. К этому случаю применимо следующее кинетическое уравнение.
Ш =
к ККсн2ОНрЯСН2он
{1+К^сН20НрЯСН2 0Н+КН2ПРН2 о)2
(1)
где: Ш —скорость реакции образование пентодецилонитрила, моль/кг.кат.час;
к —константа скорoсти реакции,
моль/кг.кат.час;
Кцсн2онРцсн2 он —коэффициент адсорбции и парциальное давление пeнтaдецилoвого спирта, МПа-1, МПа, соответственно;
КН20РН2о — коэффициент адсорбции и парциальное давление воды, МПа-1, МПа, соответственно Чтобы оптимизировать синтез пентадецило-нитрила, время реакции (обратное объемной скорости спирта, парциальное давление спирта (Я) и его степень вращения) использовали уравнение 2.
_ 1 _
V
((1 + Р0КН20)\ 1
к К„,
Рп
1п-
1-х
(Кн2о Кксн2он)
*(2 + Кн 2оРо + Кксн2онРо)х — °,5Рох2{^н2о — Кксн2он))
(2)
Кинетические величины этого уравнения были определены только для экспериментов при температурах 330, 350 и 3700 С. Для остальных значений температуры их значения находились по экспоненте.
Значения кинетических величин, представляющих закономерности реакции пентадецилового спирта с аммиаком, приведены в таблице-1 для других значений температуры.
Таблица 1.
Значения постоянных кинетических величин, используемых в процессе оптимизации реакции
цианирование пентадецилового спирта
1
Температура, k ±5, Кясн2он±5, К„2 о±5,
0С моль/кг.кат.час МПа-1 МПа-1
340 83,0 176,2 204,9
360 135,0 164,5 183,3
380 224,0 152,1 165,6
385 255,0 151,0 162,3
390 280,0 147,8 157,5
395 303,3 146,6 151,2
400 342,1 144,5 149,4
На основании значений, приведенных в таблице 1, была рассчитана степень, в которой объемная скорость соответствует парциальному давлению спирта, соответствующему значению 0,95 скорости
превращения для диапазона температур 330-400° С. Расчетные значения магнитуды показаны на рис. 1. Из значений, приведенных на рисунке 1, можно
увидеть, что эффективность катализатора увеличивается с увеличением температуры. Наибольший выход достигается при значениях парциального давления исходного спирта 0,005-0,008 МПа. При малых и больших значениях данного диапазона эффективность процесса снижается. Снижение эффективности увеличивается с повышением температуры.
Рисунок 1. Зависимость удельный скорости подачи при степени превращения 0,95 от парциального давления спирта расчитанная по уравнению 2(1-3300С, 2-3400С, 3-3500С, 4-3600С, 5-3700С, 6-3800С, 7-3850С, 8-3900С, 9-3950С, 10-4000С)
Для полной оптимизации процесса эксперименты проводились в диапазоне температур 380-400° С. При температуре выше 400 ° C наблюдается образование многих побочных продуктов из-за разрушения первичного спирта. Снижение температуры приводит к снижению производительности процесса.
На основании указанных данных был осуществлен ряд экспериментов по синтезу пентадецилонит-рила из пентадецилового спирта и аммиака в интервале температур 380-4000С. Выбор этого интервала обусловлен тем, что при более высоких температурах
образуется значительное количество побочных продуктов, а при более низких снижается производительность катализатора. Парциальное давления спирта при этом находилось на уровне 0,007МПа, аммиака 0,093 МПа. Полученные результаты представлены в таблице-2.
Таблица 2.
Результаты цианирования пентадецилового спирта аммиаком в условиях, рассчитанных по уравнению (2)
Температура, 0С Удельная скорость подачи спирта, моль/кг.кат.час. Степень превращение спирта в нитрил,% Производительность катализатора, моль/кг.кат.час
380 17,8 95,1 16,9
385 20,0 96,0 19,2
390 22,9 95,3 21,8
395 26,0 92,5 24,1
400 28,5 83,0 23,6
Из таблицы-2 видно, что наилучшими условиями для синтеза пентадецилонитрила являются: температура 3950С, парциальное давление спирта 0,007 МПа, аммиака 0,093 МПа, удельная скорость подачи спирта 26,0 моль/кг.кат.час. В этих условиях степень превращения в нитрил (при незначительном расходе пентадецилового спирта на образование побочных продуктов) достигает 92,5% и производительност по целевому продукту (24,1 моль/кг.кат.час).
Таким образом, предложено кинетическое уравнение, адекватно описывающее закономерности для высоких степеней превращения и оптимизирована условия синтеза.
Выводы
1. Наиболее оптимальное условия для каталитического синтеза пентадецилонитрила можно считать: температура -3950С, парциальное давление спирта -0,007 МПа, парциальное давление аммиака -0,093 МПа, значение объемной скорости спирта -26,0 моль / кг.кат.ч.
2. В этих условиях скорость превращения первичного спирта в нитрил достигает 92,5%, а эффективность процесса по нитрилу достигает 24,1 моль / кг / ч.
Список литературы:
1. Попов М.А., Шуйкин Н.И. Каталитический синтез нитрилов// Сообшения II. Получение нитрилов из алифатический спиртов и аммиака - Изв.АН СССР. ОХН.- 1969.№ 2.-С.1992-1998
2. Муродов К.М., Файзуллаев Н.И. Оптимизация процесса синтеза алифатических нитрилов // Химическая промышленность. №3 -Россия.- 2003.-С.3-7.
3. Fayzullayev N.I., Murodov K.M., Fayzullaev O.O., Catalytic synthesis of nitriles from alcohols and ammonia // 223h National Meeting. -April 7-11. -Orlando. Fl.- P.62.
4. Корчалова Э.Х. Каталитический синтез бутиронитрила //Диссер. на соискание уч.ст.канд.хим.наук. Рига. ИОХАН ЛССР. 1980.
