Проекты

Влияние состава катализатора на показатели процесса дегидрирования изопропилового спирта

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Прикладная химия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2026
Предметы: Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

В нашей жизни встречается немало химических превращений, протекающих в присутствии катализаторов. Примером каталитических процессов является синтез белковых молекул из аминокислот, расщепление углеводов, жиров, белков в живых организмах, фотосинтез. Ни один биологический процесс, протекающий с участием живых организмов, не проходит без участия катализаторов реакции.

В химической промышленности бурный рост был бы невозможен без развития новых химических технологий. В значительной мере это связано с широким применением катализаторов, с помощью которых низкосортное сырьё превращается в высокоценные продукты. Кроме того, использование катализаторов позволяет снизить энергетические затраты.

В современных условиях, когда в мире наблюдается недостаток энергетических ресурсов, это особенно актуально. Также известны реакции, которые без катализатора вообще неосуществимы. В ряде случаев присутствие катализатора позволяет изменить результаты превращения.

Цель

Изучить влияние состава катализатора и температуры на процесс дегидрирования изопропанола до ацетона.

Задачи

  1. Изучить в научной литературе информацию о катализаторах, которые используются при дегидрировании спиртов до кетонов (получение ацетона).
  2. Провести экспериментальную работу.
  3. Обработать полученные в результате эксперимента данные.
  4. Определить зависимость процесса дегидрирования изопропанола от состава катализатора.
  5. Изучить влияние температуры на процесс дегидрирования изопропанола.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Установка для проверки активности гетерогенного катализатора

Описание

В ходе проведения работы автором были изучены гетерогенные катализаторы процессов дегидрирования, получение ацетона из изопропилового спирта; проведён ряд исследований свойств гетерогенного катализатора (процессы дегидрирования спиртов) в кварцевом реакторе с полкой для катализатора по известной методике (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема установки для проверки активности гетерогенного катализатора

Определён состав полученного конденсата с помощью газожидкостной хроматографии (рисунок 2).

Рисунок 2. Образец хроматограммы конденсата процесса дегидрирования изопропилового спирта

Определено количество ацетона, поглощённого раствором гидроксиламина солянокислого с помощью кислотно-основного титрования (оксимный метод) по известной методике.

Рисунок 3. График выхода ацетона и водорода от содержания оксида магния

Рассчитаны материальный баланс и показатели процесса.

Результаты работы/выводы

1. С увеличением содержания оксида магния в составе катализатора селективность основного продукта ацетона увеличивается, побочного – пропилена – уменьшается.

2. Увеличение содержания оксида магния в составе катализатора не влияет на выход основного продукта – ацетона, тогда как выход побочного продукта – пропилена – уменьшается.

3. Конверсия ИПС с увеличением содержания оксида магния в составе катализатора уменьшается незначительно.

4. Увеличение температуры не увеличивает селективность по основному продукту – ацетону, но увеличивает селективность по побочному продукту – пропилену.

5. Выход как основного, так и побочного продуктов при увеличении температуры температуры изменяется незначительно.

6. Конверсия ИПС увеличивается как при увеличении, так и при уменьшении температуры.

7. Из полученных данных для дегидрирования ИПС до ацетона можно рекомендовать содержание 15% оксида магния в составе катализатора и температуру 375 °С.

Таким образом, состав катализатора влияет на селективность процесса; изменение температуры в небольшом интервале не влияет на процесс дегидрирования изопропанола до ацетона.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МИРЭА – Российский технологический университет;

Институт тонких химических технологий имени М. В. Ломоносова