CC BY
3
Список использованной литературы:
1.Шиян, Л. Н. Свойства и химия воды. Водоподготовка: учеб. пособие / Л. Н. Шиян. -Томск: ТПУ, 2004.-72 с.
2.Водный кодекс Республики Беларусь от 30 апреля 2014 г. № 149-З (Зарегистрирован в Национальном реестре правовых актов Республики Беларусь 16 мая 2014 г. № 2/2147).
3.Состояние и перспективы разработки проблемы гигиенического регламентирования вирусного загрязнения питьевой воды в Республике Беларусь / Т.В. Амвросьева, А.Д. Гуринович, П.А. Амвросьев и др. // Международные обзоры по медицинским технологиям и медицинской практике. - Минск, 1998.-№3-4.-С.24-27.
4.Шимова, О.С. Основы экологии и экономика природопользования: Учебник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. - Минск.: БГЭУ, 2001 -367 с.
5.Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества/ Санитарные правила и нормы: СанПиН 10- 124 РБ 99. - Минздрав РБ.-Минск, 2000 //Сборник санитарных правил и норм по питьевому водоснабжению. - 2000. С.3-108.
6.Гигиенический норматив «Показатели безопасности питьевой воды», утвержденный постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 25 января 2021 г. № 37, - 39 с.
7.Авчинников А.В., Недачин А.Е., Рахманин Ю.А. О способе первичной профилактики заболеваемости вирусными инфекциями, передающимся водным путем //Вода: экология и технология: Сборник Тезисов международного конгресса. - М., 1996.- С. 505.
8.Протоколы результатов испытаний воды питьевой централизованного водоснабжения/ государственное учреждение «Миорский районный центр гигиены и эпидемиологии» - 2018-2022. - 96 с. 9.Общая гигиена / под ред. Н. Л. Бацуковой. - Минск: Гревцова, 2012. Ч. 1. -160 с.
10. Вода питьевая. Методы определения жесткости: ГОСТ 31954-2012. - Введ. 01.01.14. - Москва: Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации, 2012. - 18 с.
© Вайдашевич Т.М., Акуленко Д.С., Штокина Е.А., Вишневец А.А., Кацнельсон Е.И., 2023
УДК 311.312
Митрофанов В.В.
магистрант 2 курса ТГУ г. Тольятти, РФ Научный руководитель: Орлов Ю.Н.
К.х.н., доцент, доцент кафедры «Химическая технология и ресурсосбережение»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫДЕЛЕНИЯ ИЗОБУТИЛЕНА ИЗ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ФРАКЦИЙ
Аннотация
В данной статье будет рассмотрено изменение суммарной площади поверхности гранул, активности, полной статической обменной емкости катализатора КУ-2-23ФПП, изготовленного на основе гелевого КУ-2 и макропористого КУ-23, формованного на полипропилене в реакции дегидратации трет-бутилового спирта при изменении формы с цилиндрической на кольцевую.
Ключевые слова
Суммарная площадь поверхности гранул, активность катализатора, полная статическая обменная емкость катализатора, дегидратация трет-бутилового спирта.
Изобутилен - важный мономер для получения изопрена, бутилкаучука, полиизобутилена. Установившимися крупнопромышленными методами получения изобутилена являются дегидрирование изобутана и пиролиз углеводородных фракций. В России основной промышленный способ выделения изобутилена из фракций углеводородов С4 основан на гидратации изобутилена в трет-бутиловый спирт и последующей его дегидратации с применением сульфокатионитных катализаторов [1-2].
В этих процессах в промышленности применяют формованные катализаторы КУ-2-23ФПП на основе гелевого сульфокатионита КУ-2, макропористого сульфокатионита КУ-23 и порошкообразного полипропилена. Активной частью катализатора в реакциях гидратации и дегидратации является сульфокатионит, а полипропилен выполняет роль связующего элемента.
Отличие макропористого сульфокатионита от гелевого заключается в меньшем количестве сшивок между макромолекулами, благодаря чему размер пор у гранул макропористого сульфокатионита больше, чем у гелевого.
При приготовлении формованного катализатора гранулы гелевого и макропористого сульфокатионитов измельчают, смешивают с порошком полипропилена, нагревают выше температуры плавления полипропилена и образующуюся пастообразная масса под избыточным давлением продавливают через фильеру.
На выходе из фильеры давление резко падает до атмосферного, оставшаяся влага испаряется, пары воды взрыхляют катализаторную массу, образуя поры разных размеров и формируя активную поверхность формованного катализатора.
Следует отметить, что при изготовлении формованных катализаторов с применением макропористых сульфокатионитов их преимущество перед гелевыми сульфокатионитами при спекании в порошкообразной форме с полипропиленом нивелируется.
Форма и размеры гранул катализатора являются одними из главных параметров, определяющих эффективность работы аппаратов дегидратации спиртов в олефины [3]. Формованные катализаторы КУ-2-23ФПП выпускаются только в виде цилиндров, а формованные катализаторы КУ-2ФПП, произведённые на основе гелевого сульфокатионита выпускаются в двух типовых формах: цилиндров и колец Рашига.
Полагая, что активность формованного катализатора в процессе выделения изобутилена из С4-фракций через образование и разложение трет-бутилового спирта прямо пропорциональна геометрической поверхности гранул катализатора, в данной работе была проверена возможность повышения активности катализатора КУ-2-23ФПП путём изменения формы его гранул с цилиндрической на кольцевую.
С этой целью по оси цилиндрических гранул катализатора КУ-2-23ФПП диаметром 6-9 мм и длиной 5-15 мм были просверлены отверстия диаметром 2,3 мм.
Определение полной статической обменной емкости (ПСОЕ) катализатора КУ-2-23ФПП проводили согласно ГОСТ 20255.1-74, ГОСТ 20255.2-74, ГОСТ 20255.1-89, ГОСТ 20255.2-89 [4].
Каталитическую активность катализатора КУ-2-23ФПП оценивали по начальной скорости дегидратации трет-бутилового спирта (ТБС) в статических условиях при температуре кипения азеотропной смеси трет-бутиловый спирт (80%)-вода (20%). В колбу загружали навеску сухого катализатора массой (3,0±0,1) г и (15±0,1) г азеотропной смеси. Выделяющийся в ходе реакции изобутилен проходил через обратный холодильник, где конденсировались пары воды, и по короткой трубке сифона поступал в мерный сосуд, заполненный водой. Вода выходила через длинную трубку сифона и заполняла цилиндр. Объём выделившегося изобутилена измеряли по объёму вытесненной воды и приводили к нормальным условиям.
Зависимость изменения объема выделившегося изобутилена от времени и формы гранул катализатора представлена на рисунке 1.
Время, мин.
Рисунок 1 - Зависимость изменения объема выделившегося изобутилена от времени для цилиндрической (1) и кольцевой (2) формы гранул катализатора Источник: разработано автором
Значения начальной скорости реакции дегидратации трет-бутилового спирта определяли по тангенсу угла наклона касательной к графику в нулевой точке.
В таблице 1 суммированы результаты определения ПСОЕ и активности катализатора КУ-2-23ФПП для гранул различной формы.
Таблица 1
Сравнительные результаты активности катализатора КУ-2-23ФПП с различной формой гранул в реакции дегидратации трет-бутилового спирта
Форма гранул катализатора Суммарная площадь поверхности гранул, мм2 ПСОЕ, ммоль/г Активность, моль/(л-с)
Цилиндрическая 440,9 3,1 1,5 Х10-3
Кольцевая 614,2 4,6 2,5 Х10-3
Источник: разработано автором
Как видно из полученных результатов в таблице 1, увеличение площади поверхности гранул катализатора КУ-2-23ФПП на 30% при переходе от цилиндрической формы гранул к кольцевой приводит к соответствующему увеличению значения ПСОЕ и активности катализатора в реакции дегидратации трет-бутилового спирта.
Таким образом, применение катализатора КУ-2-23ФПП в форме колец Рашига позволит повысить активность катализатора и тем самым снизить его расход в процессе выделения изобутилена из фракций углеводородов С4.
Список использованной литературы:
1. Шаронов К.Г., Рожнов А.М. Извлечение изобутилена из промышленных бутан-бутиленовых фракций // Журнал прикладной химии. 2001. №4. С. 670-674.
2. Шаронов К.Г., Рожнов А.М. Способ выделения изобутилена // Заявка № 96111390/04. Россия.
3. Zhang M., Yu Y. Dehydration of ethanol to ethylene // Ind. Eng. Chem. Res. 2013. 52. P. 9505-9514. URL: https://doi.org/10.1021/ie401157c.
4. Розанова В.Н. Иониты. Методы определения обменной емкости // ГОСТ 20255.1-89. ГОСТ 20255.2-89 // Издание официальное. Москва. 1989. С. 6.
© Митрофанов В.В., 2023
