Дипломная работа. Получение 2-метилпропена дегидратацией ,2-диметилэтанола-1 (стр. 5 )

Для исследуемой реакции:

(CH3)3COH → (CH3)2C=CH2 + H2O

рассчитывается значение энтальпии ( Н0298), энтропии (S0298) и температурных коэффициентов (а, в,с, d, c | ) при температуре 298 К для всех веществ участвующих в реакции. Эти данные представлены в таблице 2.1

Изменение энтальпии, энтропии и температурных коэффициентов рассчитываются по закону Гесса:

Н0298 = Н0298((CH3)2CH=CH2 ) + Н0298(H2O ) - Н0298((CH3)3COH)

S0298 = S0298 ((CH3)2CH=CH2 ) + S0298 (H2O ) - S0298 ((CH3)3COH )

а = а((CH3)2CH=CH2) + а(H2O ) - а((CH3)3COH )

в = в((CH3)2CH=CH2) + в(H2O) - в((CH3)3COH )

Аналогичным образом рассчитывают с и c |.

Таблица 2.1

Исходные и расчетные данные термодинамики дегидратации трет-бутилового спирта

Вещества	Н0298 Дж/моль	S0298 Дж/моль*К	а Дж/моль*К	в * 103 Дж/моль*К	с * 106 Дж/моль*К	d * 109 Дж/моль*К	c | * 10-5 Дж/моль*К
1	2	3	4	5	6	7	8
(CH3)2C=CH2	-13990	293.6	7.08	321.63	-166.07	33.5	---------
H2O	-241840	188.74	30.00	10.71	----	----	0.33
сумма продуктов реакции	-255830	482.34	37.08	332.34	-166.07	33.5	0.33
(CH3)3COH	-303010	317.79	20.42	398.2	-146.6	-----	-----
	47180	164.55	16.66	-56.86	-19.47	35.5	0.33

2.2 Расчет термодинамических функций

Для исследуемой реакции выбираем интервал температур от 50 до 160 0С, т. к. оптимальная температура 90 0С лежит именно в этом интервале.

Изменение энтальпии при указанных температурах определяется по закону Кирхгоффа:

Н0r. t = Н0298 + а(Т-298) + в/2(T2 -2982 ) + с/3(T3 - 2983 ) + d/4(T4 - 2984 ) + c | (1/298-1/T)

Произведем расчет тепловых эффектов реакции в интервале температур от 323 до 433 К с шагом 10 К.

Н0r.323 = 47180 + 16,66*(323-298) - 56,86*10-3 /2(3232 -2982 ) - 19.47*10-6 /3(3233 - 2983 )+ +33.5*10-9/4(3234 - 2984 ) + 0.33*105 (1/298-1/323) = 47141.57 Дж/моль

Н0r.333 47180 + 16,66* (333298) - 56,86*10-3 /2(3332 -2982 ) - 19.47*10-6 /3(3333 - 2983 ) +33.5*10-9/4(3334 - 2984 ) + 0.33*105 (1/298-1/333) = 47115.57 Дж/моль

Н0r.343 = 47180 + 16,66* (343-298) - 56,86*10-3 /2(3432 -2982 ) - 19.47*10-6 /3(3433 - 2983 )+ +33.5*10-9/4(3434 - 2984 ) + 0.33*105 (1/298-1/343) = 47083 Дж/моль

Значения при других температурах приведены в таблице 2.2.

Определяем изменение энтропие реакции при заданных температурах.

Энтропия определяется по формуле:

S0r. t = S0298 + аln(T/298) + в(T -298 ) +c/2(T2 - 2982 ) + d/3(T3 - 2983 ) + c | (1/2982 -1/T2 )

S0r.323= 164,55 +16,66*ln(323/298) - 56,86*10-3 (323 -298 ) -19,47*10-6 /2 (3232 - 2982 )+ 33,5*10-9/3(3233 - 2983 ) + 0,33*105 (1/2982 -1/3232 )= 164,46Дж/моль К0r.333 =164,55 +16,66*ln(333/298) - 56,86*10-3 (333 -298 ) -19,47*10-6 /2 (3332 - 2982 )+ 33,5*10-9/3(3333 - 2983 ) + 0,33*105(1/2982 -1/3332 )= 164,39 Дж/моль К0r.343= 164,55 +16,66*ln(343/298) - 56,86*10-3 (343 -298 ) -19,47*10-6 /2

(3432 - 2982 )+ 33,5*10-9/3(3433 - 2983 ) + 0,33*105(1/2982 -1/3432 )=164,29 Дж/моль К

Значения при других температурах приведены в таблице 2.2.

Изменение изобарно-изотермического потенциала реакции для каждой температуры определяется по уравнению:

G0r. t = Н0r. t - ТS0r. t

G0r.323 = 47141 - 323*164,46 = -5,977 кДж/моль

G0r.333 = 47115 - 333*164,39 = -7,624 кДж/моль

G0r.343 = 47083 - 343*164,29 = -9,271 кДж/моль

Значения при других температурах приведены в таблице 2.2.

Константа равновесия реакции при заданных температурах определяется по уравнению нормального химического сродства:

G0r. t =-RТlnKp, отсюда lnKp = -G0r. t /RТ тогда Kp = exp(-G0r. t /RТ)

Kp1 = exp( 5977 /8,314*323 ) = 9,26p2 = exp( 7624 /8,314*333 ) = 15,7p3 = exp( 9271 /8,314*343 ) = 25,81

Значения при других температурах приведены в таблице 2.2.

Обобщенные расчетные данные сведем в таблице 2.2

Таблица 2.2

Термодинамические функции реакции.

№ п/п	Т, К	Н0r, t кДж/моль	S0r, t Дж/моль*К	G0r, t кДж/моль	Kp
1	2	3	4	5	6
1	323	47,141	164,46	-5,977	9,26
2	333	47,115	164,39	-7,624	15,7
3	343	47,083	164,29	-9,271	25,81
1	2	3	4	5	6
4	353	47,045	164,19	-10,916	41,81
5	363	47,001	164,08	-12,560	64,19
6	373	46,951	163,95	-14,203	97,52
7	383	46,895	163,81	-15,844	144,88
8	393	46,833	163,66	-17,484	210,84
9	403	46,766	164,49	-19,122	310,02
10	413	46,693	163,32	-20,758	547,48
11	423	46,614	163,14	-22,392	629,52
12	433	46,529	162,94	-24,025	791,30

По полученным данным построим соответствующие графики: