Дегидрирование циклогексана в бензол

(Лабораторная работа N 10)

Дегидрогенизация циклогексана является классической реакцией, происходящей при ароматизации бензиновых фракций на комплексах производства ароматических углеводородов. Для этих целей в качестве сырья берут узкие фракции прямогонных бензинов. При получение бензола, толуола используют фракцию 62-120 С, при получение ксилолов - фракцию 120-150 С.

Процесс ведут на металлических катализаторах, содержащих платину, каллодий. В зависимости от типа условий работы катализатора температуру прцесса можно варьировать в пределах 170-400 С.

Наиболее часто для целей дегидрирования используют катализаторы, нанесенные на уголь или асбест.

Реакция дегидрирования нефтенов была открыта Н.Д. Зелинским и сводится к отщеплению трех молекул водорода от циклогексанового кольца, причем на металлических катализаторах промежуточных продуктов - олефинов не образуется.

СН₂

/ \ / \

СН₂ СН₂ -3Н₂

| | ——› | О |

СН₂ СН₂

\ / \ /

СН₂

В лабораторных услових процесс дегидрирования циклогексана проводится на той же установке, что была использована в работе N 9.

11.1. АППАРАТУРА И РЕАГЕНТЫ

Пилотная установка приведена на рис. 4. Отличие состоит в том, что в реактор (3) загружается катализатор pd/С (типа ГИПХ- 108) с размерами зерен 3-5 мм.

Установка работает следующим образом. Циклогексан из сырьевой бюретки (1) микронасосом (2) со скоростью 30 мл/ч подается в нагретый до 300 С реактор (3), заполненный катализатором pd/C с размерами зерен 3-5 мм (объем катализатора - 50 мл).

Продукты реакции (водород, бензол) из реактора (3) после охлаждения в холодильнике (4) разделяются. Катализат стекает в приемник (5), а водород проходит через газовые часы (6) и выводится в атмосферу. Перед подачей

- 30 -

сырья катализатор в реакторе (3) активируется при температуре 200-250 С путем подачи водорода на верх реактора (3).

Температура в реакторе (3) регулируется ЛАТРом, контролируется термопарой. При выполнении работы необходимы следующие реагенты :

- циклогексан;

- бензол;

- катализатор pd/C;

- водород в волейбольной камере.

11.2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Работа проводится так. Сначала в бюретку (1) заливается циклогексан, а в реактор (3) загружается 50 мл катализатора pd/С. После этого вся схема проверяется на герметичность, в холодильник (4) подается вода. На втором этапе при неработающем микронасосе (2) линия от входа сырья в реактор до выхода продуктов с установки продувается водородом в течение 30 мин, при этом включается обогрев в реакторе (3) и устанавливается температура 200-250 С. После окончания продувки включается микронасос (2) и температура в реакторе (3) поднимается до 300 С. Процесс дегидрирования ведется при подаче циклогексана - 30 мл/ч.

Через 20 мин работы установки начинается отсчет контрольного времени и каждые 10 мин в журнале фиксируются в виде таблицы следующие показатели :

а) время опыта; б) расход циклогексана; в) температура в реакторе; г) количество катализата в приемнике; д) количество газов, прошедших через газовые часы.

После 1 ч работы установки опыт заканчивается и составляется материальный балланс процесса.

ПРИМЕР составления материального баланса дан ниже:

	Компонент	Объем, мл	Плотность, г/мл	Масса, г
Взято	циклогексан		0,779	23,37
Получено	катализат		0,829	23,21
	газа		-----	-----
	потери	-----	-----	0,16

Катализат, полученный в ходе опыта, анализируется на рефрактометре для определения показателя преломления. По калибровочному графику

- 31 -

ГРАФИК ДЛЯ РАСЧЕТА КОНВЕРСИИ ЦИКЛОГЕКСАНА

n²⁰_д (А) = 1, 4263

n²⁰_д (Б) = 1, 5011

“состав катализата - n²⁰_д катализата” определяется выход бензола. На рис. 6 приведен пример такого калибровочного графика.

Все эксперементальные данные (режим работы реактора, расход сырья) фиксируются каждые 10 мин и вместе с результатами расчета баланса, конверсии включаются в отчет по данной работе.

- 32 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По каждой лабораторной работе готовится отчет и проводится собеседование с преподавателем, ведущим лабораторные занятия, целью которого является выявление глубины усвоения студентами данного анализа, данного процесса. Типичными контрольными вопросами по лабораторным работам N 1-7 могут быть следующие:

а) в чем суть метода;

б) для чего проводится данный анализ;

в) какая допускается погрешность определения.

Для лабораторных работ N 8-10 могут быть предложены при собеседовании следующие вопросы:

а) какой катализатор используется в данном процессе, каковы его основные характеристики;

б) как используются продукты, полученные в данном процессе;

в) каков механизм процесса.

При положительных ответах на поставленные вопросы и грамотном оформлении лабораторных работ работа заканчивается.

- 33 -

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Б.М. Рыбак “Анализ нефти и нефтепродуктов”

М. , Гостоптехиздат, 1962 г.

2. Практическое руководство по методам контроля качества

сырья для производства углеграфитовых материалов, М.,

Минцветмет, 1982г.

3. ГОСТ 2177 - 82

4. ГОСТ 9951 - 73

5. ГОСТ 7846 - 73

6. Г.И. Годовская и др. Технический анализ, М., Высшая

школа , 1979г.

7. Химия нефти. Руководство к лабораторным занятиям. Л.,

Химия, 1990 г .

8. Г. В. Исагулянц и др. Каталитическая ароматизация

алифатических углеводородов, М., Наука, 1983 г.

9. Практикум по технологии переработки нефти, М.,

Химия, 1978 г.

10.Практикум по органическому катализу, М., МГУ, 1966г.

11.Олигомеризация низких олефинов ( методическое ру-

ководство), Уфа, УНИ, 1992 г.

12.А.А. Гуреев и др. Химмотология, М., Химия, 1986 г.

- 34 -

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ............................................................................... 2

1. Основные правила техники безопасности при работе в

лабораториях....................................................................... 3

2. Определение содержания серы ламповым методом ( ла-

бораторная работа N 1)...................................................... 5

3. Определение содержания влаги в буром угле (лабора-

торная работа N 2) ............................................................. 8

4. Определение содержания золы в буром угле (лабора-

торная работа N 3) ............................................................. 10

5. Определение выхода летучих веществ в буром угле (ла-

бораторная работа N 4) .................................................... 12

6. Определение фракционного состава бензина по Энгле-

ру (лабораторная работа N 5) ........................................... 14

7. Определение грунтового состава гудрона ( лаборатор-

ная работа N 6 ) .................................................................. 17

8. Анализ газов на аппарате ОРСа (лабораторная рабо-

та N 7) ................................................................................... 19

9. Полимеризация бутиленов в газовой фазе (лаборатор-

ная работа N 8) .................................................................. 21

10. Дегидроциклизация н-гептана (лабораторная работа

N 9) ..................................................................................... 25

11. Дегидроциклизация циклогексана в бензол (лабора-

торная работа N 10) ........................................................ 29

Заключение ........................................................................ 32

Рекомендуемая литература .............................................. 33