Кинетическая модель реакции

Изучение кинетических закономерностей процесса дегидратации трет-бутанола, с помощью ионообменных смол и количественная обработка результатов приводится в работах Фриллета, Моувера и Рубина, а также Чаплица, Самохваловой, Тюряева [12].

Фриллет и другие рассматривали реакцию дегидратации на сульфокатионите Dowex-50, как поверхностно каталитическую, а не как реакцию, протекающую в гомогенной сфере, а сульфокатионит — как пористое твердое тело с каталитическими участками, распределенными на внутренних поверхностях. Вывод кинетического уравнения авторы основывают на модели Ленгмюра-Хиншельвуда, в которой постулируется концентрирующая сорбция спирта и воды.

Уравнение скорости реакции имело вид:

R=(dn/d)/N = k₃[A]/([A]+ (1/k_a)+ (k_w/k_a)[W]).

где: R=(dn/d)/N — удельная скорость дегидратации;

n — количество прореагировавшего спирта;

N — гигруемая кислотность катализатора;

[А], [W] - мольные доли спирта и воды соответственно;

k₃ — константа скорости дегидратации;

k_a.k_w— константы адсорбционного равновесия спирта и воды соответственно;

— время контакта.

Экспериментальная проверка кинетического уравнения была проведена в статических условиях при температуре кипения и показала применимость данного уравнения для описания кинетики дегидратации трет-бутанола на катионите.

Чаплиц, Самохвалова, Тюряев нашли, что скорость процесса дегидратации трег-бутанола на сульфонатионитах КУ-1, КУ-2 хорошо описывается уравнением Фороста [44]:

б + вх₀y = х₀ ln (1/1-y).

где х₀ — скорость подачи трег-бутанола, м/л кат ч;

y — степень превращения спирта;

б, вкоэффициенты, не зависящие от х₀ и y.

Значение коэффициента в с незначительной ошибкой может быть принято равным 1 при температуре 70−90°С и концентрация трет-бутанола 53−58% (масс).

Выводы: Реакция дегидратации протекает по механизму отщепления в две стадии. Этому способствует строение субстрата, атакующей частицы и уходящая группа. Так как отсутствуют экспериментальные данные по кинетике и механизму реакции дегидратации трет-бутилового спирта, была предложена кинетическая модель для реакций дегидратации трет-бутилового спирта в водных растворах на катионитах. Такие реакции протекают подчиняются модели Лэнгмюра-Хиншельвуда. Также кинетика реакции хорошо описывается уравнением Фореста.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что скорость реакции замедляется по мере увеличения содержания воды в системе. Поэтому количество воды нужно поддерживать в определенном количестве, чтобы реакционная смесь находилась в равновесии с набухшим катализатором.