УДК 544.47
AGRIS P33

Изучение кинетических особенностей синтеза анилина на Ni-содержащем сверхсшитом полистироле

Исследование выполнено в рамках проекта РНФ 18-79-10157

Изучение кинетических особенностей синтеза анилина на Ni-содержащем сверхсшитом полистироле
©Мушинский Л. С., ORCID: 0000-0002-0819-6664, SPIN-код: 5679-1478, Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия
©Навроцкая И. В., Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия
©Бровко Р. В., ORCID: 0000-0001-9945-566X, SPIN-код: 1638-1220, Ивановский химико-технологический университет, г. Иваново, Россия, romanvictorovich69@mail.ru
©Долуда В. Ю., ORCID: 0000-0002-2865-9945, SPIN-код: 8836-6137, д-. хим. наук, Ивановский химико-технологический университет, г. Иваново, Россия, doludav@yandex.ru

Аннотация. В работе представлено исследование кинетических закономерностей каталитического гидрировании нитробензола с образованием анилина в присутствии Ni-содержащего катализатора на основе сверхсшитого полистирола. Гидрирование анилина является сложным многостадийным процессом сопровождающимся образованием большого количества как промежуточных, так и побочных продуктов, включая азобензол, азоксибензол, нитрозобензол, фенилгидроксиламин и т. п. В связи с чем изучение кинетики этого процесса является важной научно-технической задачей необходимой для повышения выхода целевого продукта — анилина. Реакцию гидрирования нитробензола проводили в шестиячеечном реакторе высокого давления Parr instruments, Series 5000. Анализ продуктов осуществлялся хроматографический методом с использованием газового хроматографа Кристаллюкс-4000М (Россия, Мета-Хром). Было исследовано влияние температуры, давления, концентрации катализатора, выбраны оптимальные условия проведения реакции, обеспечивающие максимальный выход анилина. Исследование влияния начальной концентрации нитробензола на скорость его трансформации, что увеличение соотношения катализатора к нитробензолу с 0,2 до 0,6 кг (Кат)/кг(НБ) приводит к линейному росту скорости трансформации нитробензола с 0,0002 кг(НБ)/(кг(Кат)*с) до 0,0028 кг(НБ)/(кг(Кат)*с), дальнейшее увеличение соотношения концентрации катализатора к концентрации нитробензола до 1,2 кг(Кат)/кг(НБ) приводит к стабилизации скорости трансформации нитробензола на уровне 0,003 кг(НБ)/(кг(Кат)*с). Увеличение температуры проведения реакции с 90 до 160 °С способствует значительному росту скорости трансформации нитробензола. Построенные зависимости позволили рассчитать кажущуюся энергию активации процесса, которая составила 50,4 кДж/моль и предэкспоненциальный множитель, который составил 15821,11/с. Исследована применимость модели Ленгмюра–Хеншельвуда для описания основных кинетических закономерностей реакции каталитического гидрирования нитробензола с образованием анилина. Численными методами в среде Matlab были определены значения предэкспоненциальных множителей и энергий активации процессов гидрирования нитробензола, адсорбции нитробензола и адсорбции водорода, что позволило установить область проведения процесса гидрирования нитробензола Pн2=15–18 атм, С(НБ)=1,2 кг(НБ)/кг(Кат), t=115–120 °C обеспечивающая максимальную скорость.

Ключевые слова: нитробензол, анилин, гидрирование, кинетика, сверхсшитый полистирол.

Study of Nitrobenzene Kinetic Particularities over Ni-containing Hypercrosslinked Polystyrene
©Mushinskii L., ORCID: 0000-0002-0819-6664, SPIN-code: 5679-1478, Tver State Technical University, Tver, Russia
©Navrotskaya I., Tver State Technical University, Tver, Russia
©Brovko R., ORCID: 0000-0001-9945-566X, SPIN-code: 1638-1220, Ivanovo State University of Chemical Technology, Ivanovo, Russia, romanvictorovich69@mail.ru
©Doluda V., ORCID: 0000-0002-2865-9945, SPIN-code: 8836-6137, Dr. habil., Ivanovo State University of Chemical Technology, Ivanovo, Russia, Russia, doludav@yandex.ru

Abstract. This paper presents a study of the kinetics of catalytic hydrogenation of nitrobenzene to aniline in the presence of Ni-containing catalysts based on super-crosslinked polystyrene. Aniline hydrogenation is a complex multi-stage process accompanied by the formation of a large number of both intermediate and by-products, including azobenzene, azoxybenzene, nitrosobenzene, phenylhydroxylamine and other substances. Therefor the study of the process kinetics is an important scientific and technical task necessary to increase the yield of the target product — aniline. The hydrogenation reaction of nitrobenzene was carried out in a six-cell high-pressure reactor Parr instruments, Series 5000. The products were analyzed by chromatography using a gas chromatograph Kristallux-4000M (Russia, Meta–Chrom). The effect of temperature, pressure, and concentration of the catalyst was studied; optimal reaction conditions were selected that ensure the maximum yield of aniline. Investigation of the effect of the nitrobenzene initial concentration on the rate of its transformation shows that increase of catalyst to nitrobenzene ratio from 0.2 to 0.6 kg (Cat)/kg (NB) leads to a linear increase in the rate of transformation of nitrobenzene from 0.0002 kg (NB) / (kg (Cat)*s ) to 0.0028 kg(NB)/(kg(Cat)*s), a further increase in the ratio of catalyst concentration to nitrobenzene concentration to 1.2 kg (Cat)/kg(NB) leads to stabilization of the nitrobenzene transformation rate at the level of 0.003 kg(NB)/(kg(Cat)*s). An increase in the temperature of the reaction from 90 to 160 °C contributes to a significant increase in the nitrobenzene transformation rate. The constructed dependences made it possible to calculate the apparent activation energy of the process, which amounted to be 50.4 kJ/mol and the preexponential factor, which amounted to be 15821.1 1/s. The applicability of the Langmuir–Henschelwood model to describe the basic kinetic laws of the reaction of catalytic nitrobenzene hydrogenation with the formation of aniline is studied. Numerical methods in the Matlab software allows to determine the values of preexponential factors and activation energies of the nitrobenzene hydrogenation processes, adsorption of nitrobenzene and adsorption of hydrogen, which made it possible to establish the optimal area of nitrobenzene hydrogenation process of hydrogenation of Pн2 = 15–18 atm, C(NB) = 1.2 kg(NB)/kg(Cat), t =115–120 °C providing maximum speed.

Keywords: nitrobenzene, aniline, hydrogenation, kinetics, super-stitched polystyrene.

Ссылка для цитирования:

Мушинский Л. С., Навроцкая И. В., Бровко Р. В., Долуда В. Ю. Изучение кинетических особенностей синтеза анилина на Ni-содержащем сверхсшитом полистироле // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №4. С. 18-26. https://doi.org/10.33619/2414-2948/53/02

Cite as (APA):

Mushinskii, L., Navrotskaya, I., Brovko, R., & Doluda, V. (2020). Study of Nitrobenzene Kinetic Particularities over Ni-containing Hypercrosslinked Polystyrene. Bulletin of Science and Practice, 6(4), 18-26. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/53/02

© 2015–20 Издательский центр НАУКА И ПРАКТИКА. Сайт создан на Wix.com

  • Facebook Social Icon
  • Twitter Social Icon