Получение акролеина газофазным окислением пропилена кислородом воздуха

1.2 Характеристика реакционного процесса

Процесс получения акролеина прямым окислением пропилена кислородом воздуха проходит по реакции

k1

СН2 = СН –– СН3 + О2 CH2 = CH –– COH + H2O (1)

r1

Кроме неё протекают побочные реакции:

k2

С3Н6 + 4,5О2 3CO2 + 3H2O (2)

r2

k3

С3Н6 + 3О2 3CO + 3H2O (3)

r3

Все три реакции необратимы и протекают одновременно. Реакция окисления пропилена протекает при температуре 380-420°С и давлении 0,1 МПа. Реакция каталитическая.

В качестве катализатора используется оксиды металлов (Cu, Mo, Bi и многие другие).

Одним из наиболее часто применяемых является катализатор Cu2O на силикагеле или пемзе.

Катализаторы V2O3, WO3, MoO3, и Cr2O3 хотя и давали значительное количество акролеина, но реакция протекала неселективно. Оптимальным количеством катализатора Cu2O, нанесённого на силикагель, является 1,0-1,5 % меди. При более высоких концентрациях на катализаторе присутствовала частично металлическая медь, способствующая образованию СО2. Кроме акролеина образуются оксиды углерода, которые как обычно при гетерогенно-каталитическом окислении, получаются непосредственно из пропилена и из акролеина. Для селективного осуществления процесса необходимо иметь катализаторы, направляющие окисление в сторону преимущественного образования акролеина. Таким катализатором и является Cu2O. На этом катализаторе достигается высокая селективность при малом времени контакта и умеренной температуре. На оксиде меди (I) время контакта составляет 0,2 с при температуре 380-420°С. Состав исходной смеси ограничивается пределами взрывоопасных концентраций (для пропилена 2,8-3,1% (об.)). В нашем случае концентрация попилена составляет менее 2% (об). В качестве газа-окислителя используем технический воздух, который дешевле технического кислорода. Процесс ведется с избытком кислорода. Степень конверсии пропилена меняется в пределах 60-100%, а селективность от 70-100% [1].

1.3 Термодинамический анализ процесса

Цель данного раздела состоит в анализе термодинамической вероятности протекания основной и побочных реакций в заданном интервале температур. Расчёт энергии Гиббса ведём по методу Тёмкина-Шварцмана [2]. Необходимые для расчета энтальпии () и энтропии (образования, а также коэффициенты (а, в, с) в уравнениях теплоёмкости определяем из (3) и (4). Расчёт энергии Гиббса ведём при температурах 380°С и 420°С. Необходимые для расчета коэффициенты Тёмкина-Шварцмана определяем по [2].

Для Т = 653К (380°С) М0 = 0,24 М1 = 0,0967·103 М2 = 0,0406 · 106

Для Т = 693К (420°С) М0 = 0,2735 М1 = 0,1125 · 103 М2 = 0,0484 · 106

Значения , в, с приведены в таблице 1.2.

Таблица1.2

определяем термодинамическую вероятность протекания реакции (1):

СН2 = СН –– СН3 + О2 СН2 = СН –– СНО + Н2О

Поскольку энергия Гиббса для реакции (1) при температурах 653 и 693К принимает отрицательное значение, то в интервале температур от 653 до 693К реакция (1) термодинамически возможна.

Определяем термодинамическую вероятность протекания реакции (2):

С3Н6 + 4,5О2 3СО2 + 3Н2О

Поскольку энергия Гиббса для реакции (2) при температурах 653 и 693К принимает отрицательное значение, то в интервале температур от 653 до 693К реакция (2) термодинамически возможна.

Определяем термодинамическую вероятность протекания реакции (3):

С3Н6 + 3О2 3СО + 3Н2О

 Скачать реферат