ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАКЦИИ ЭТЕРИФИКАЦИИ ФРАКЦИИ 140-250° ОТХОДА ДИИЗОПРОПИЛОВОГО ЭФИРА ЭТИЛЕНГЛИКОЛЕМ

В этой работе исследовано влияние температуры на процесс этерификации фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ этиленгликолем.

Исследование проводилось при соотношении реагентов: фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ к этиленгликолю равного 1÷1,4(моль). Температура изменяется от 140-160⁰С. Катализатор КУ-2 используется в качестве 1% масс. Вода отбирается в ловушке Дина-Старка.  Опыт проводился при температуре 140⁰С. После введения реагентов в трехгорлую колбу и при достижении температуры 140⁰С в ловушке Дина-Старка накапливалась вода и при достижении 3,3 наступило равновесие, т о есть вода перестала накапливаться, прекратилось образование моноэфиров [1, 2]. Материальный баланс этого процесса при температуре 140⁰С указан в таблице 1.

Таблица 1 – Материальный баланс процесса этерификации фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ этиленгликолем при 140⁰С

Выход этерификата составляет 53,64% от теоретически возможного.

Исследование проводилось при соотношении реагентов: фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ к этиленгликолю равного 1÷1,4(моль). Температура изменяется от 140-160⁰С. Катализатор КУ-2 используется в качестве 1% масс. Вода отбирается в ловушке Дина-Старка.  Опыт проводился при температуре 150⁰С. После поступления реагентов в трехгорлую колбу и при достижении температуры 150⁰С в ловушке Дина-Старка началась накапливаться вод и при достижении 4,5 наступило равновесие, пода перестала накапливаться, остановилось собирание моноэфиров. Материальный баланс этого процесса при температуре 150⁰С указано в таблице 2.

Таблица 2 – Материальный баланс процесса этерификации фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ этиленгликолем при 150⁰С

Выход этерификата составляет 63,2% от теоретически возможного.

Исследование проводилось при соотношении реагентов: фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ к этиленгликолю равного 1÷1,4(моль). Температура изменяется от 140-160⁰С. Катализатор КУ-2 используется в качестве 1% масс. Вода отбирается в ловушке Дина-Старка. Ниже описан опыт при температуре 160⁰С. После поступления реагентов в трехгорлую колбу и при достижении температуры 150⁰С в ловушке Дина-Старка началась собираться вода и при достижении 1,8 наступило равновесие, вода перестала собираться, остановилось собирание моноэфиров. Материальный баланс этого процесса при температуре 165⁰С указан в таблице 3.

Таблица 3 – Материальный баланс процесса этерификации фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ этиленгликолем при 165⁰С

Выход этерификата составляет 89,5% от теоретически возможного.

Исследование проводилось при соотношении реагентов: фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ к этиленгликолю равного 1÷1,4(моль). Температура изменяется от 140-160⁰С. Катализатор КУ-2 используется в качестве 1% масс. Вода отбирается в ловушке Дина-Старка. Ниже описан опыт при температуре 160⁰С. После поступления реагентов в трехгорлую колбу и при достижении температуры 150⁰С в ловушке Дина-Старка началась собираться вода и при достижении 1,8 наступило равновесие, пода перестала собираться, остановилось собирание моноэфиров. Материальный баланс этого процесса при температуре 185⁰С указано в таблице 4.

Таблица 4 – Материальный баланс процесса этерификации фракции 140-250⁰С отхода ДИЭ этиленгликолем при 185⁰С

Из таблицы 4 видно, что резко увеличивается выход воды и в то же время уменьшается количество эфира. Это возможно связано с дегидратацией этиленгликоля и поэтому этот опыт не принят во внимание.

1)    C₁₂H₂₅COOH + OH-CH₂-CH₂OH      →        C₁₂H₂₅COO-CH₂CH₂OH + H₂O

2)    C₁₂H₂₅COOCH₂CH₂OH + C₁₂H₂₅COOH      →     C₁₂H₂₅COOCH₂CH₂-OOCC₁₂H₂₅ + H₂O

2C₁₂H₂₅COOH + OH-CH₂-CH₂OH      →      C₁₂H₂₅COOC₂H₄OC₁₂H₂₅ +H₂O

Выход продукта от теоретически возможного проводим по выделившейся воде считая на взятую кислоту.

1)    214     -    258

65     -     x

x = 65 · 258 ÷ 214

x   = 78, 4

78,4     -   100%

42     -     x

x = 42 · 100 ÷ 78, 4

x = 53, 64.

2)     78,4     -   100%

49,5     -     x

x = 49, 5 · 100 ÷ 78, 4

x = 63, 2.

3)    78,4     -   100%

49,5     -     x

x = 70, 2 · 100 ÷ 78, 4

x = 89, 5.

1. При 140⁰С:

Плотность – 0,899;

Температура вспышки – 78⁰С;

Температура воспламенения – 85⁰С;

Вязкость – 9,6.

2. При 150⁰С:

Плотность – 0,88154369;

Температура вспышки – 75⁰С;

Температура воспламенения – 82⁰С;

Вязкость – 9,8.

3. При 165⁰С:

Плотность – 0,8648;

Температура вспышки – 72⁰С;

Температура воспламенения – 80⁰С;

Вязкость – 10,1.

Выводы и обсуждение

Анализ полученного продукта.

Полученный продукт был подвергнут разгонке под атмосферным давлением до температуры 200^оС. При этом отгонялись непрореагировавшие исходные реагенты, далее разгонка проводилась под вакуумом 2 мм.рт.ст. При этом были отогнаны 2 фракции: 1-ая фракция с температурными пределами кипения 110-120⁰С и 2-ая фракция 185-200^оС. Выделенные продукты подвергали анализу при этом были определены коэффициент рефракции, плотность, температура застывания, температура вспышки и кинематическая вязкость, а также был проведен спектральный анализ. В ИК спектрах наблюдается интенсивная полоса в области 1725 см -1, что свидетельствует о наличии сложной эфирной группы. ИК спектр показывает полосы в интервале частот 2860-2900 см-1 и 2870-3000 см-1 что свидетельствует о наличии гидроксильной группы [3].

Интенсивные пики в области как в первой, так и во второй фракции указывают на присутствие алифатических углеводородов [4].

Из спектограммы было выявлено что реакции образования эфиров этиленгликоля с непредельными алифатическими кислотами протекает в 2 стадии. В продуктах реакции присутствуют как моноэфиры, так и диэфиры.

Присутствие моно- и диэфиров подтверждается также и на основании изучения физико-химических свойств полученного продукта.

CH₃-(CH₂)₇-CH=CH-CH₂COOH + OHCH₂-CH₂OH → CH₃-(CH₂)₇-CH=CH-CH₂COO-CH₂-CH₂OH + H₂O

Расчет экспериментального MRD C₁₄H₂₆O₃.

MRD = (n2-1÷ n2+2) X m÷ρ

где, n – коэффициент рефракции – n_D²⁰, M – молекулярная масса, ρ – плотность – ρ₄²⁰.

MRD = 1,456² -1 / 1,456² + 2 · 242 / 0,8398 = 77,87

Показатели для компонентов эфира взяты из справочника [5]:

C – 2,418

H – 1,1

O – в эфире – 1,643

O – в гидроксильной группе 1,325

2, 418 · 14 ÷ 26 · 1,1 + 1,643 · 2 + 1,525·1 = 67,3

Как видно из данного расчета, MRD – имеет экспериментальное значение выше, чем теоретический расчет для моноэфира. Это означает, что в 1 фракции присутствует также диэфир этиленгликоля и высокомолекулярной кислоты [6].

Расчет экспериментального MRDC₂₆H₄₆O₄.

где, n – коэффициент рефракции - , M – молекулярная масса, – плотность - .

MRD теоретическое:
2,418 •26 + 46• 1,1 + 1,643 •4 = 120,04
Из данного расчета следует что расхождение в значениях экспериментального и теоретического значений MRD возможно связано с присутствием во фракции 2 и более тяжелых углеводородов.

Выводы

1. В результате реакции этерификации фракции 140-250⁰С отхода диизопропилового эфира, который был получен в результате сернокислотного производства изопропилового спирта этиленгликолем, получен этерификат, соответствующий всем требованиям для трансформаторных масел.
2. Выявлено, что при реакции этерификации этиленгликоля с непредельными алифатическими кислотами образуются как моноэфиры, так и диэфиры.

1. Ф.М. Шахвердиева, Н.А. Салимова, М.А. Гусейнова. Расширение ресурсов синтеза диэлектрической жидкости, Нефтепереработка и нефтехимия, №5, 2014, с.37.
2. Салимова Н.А., Шахвердиева Ф.М., Гусейнова М.А. Синтез диэлектрической жидкости на основе отхода сернокислотного производства изопропилового спирта, Нефтепереработка и нефтехимия, № 11, 2012, с.42.
3. Салимова Н.А., Шахвердиева Ф.М., Амиров С.Г. Вторичная переработка отходов, Баку, 2011.
4. Р.П.Джафаров, Н.Ф.Садиева, С.А.Искендерова, Э.Б.Зейналов. Исследование реакции этерификации 1,3-бутандиола с алифатическими жирными кислотами на основе регрессивной модели, Азербайджанский Химический Журнал №2, 2007, с.61.
5. В.Д. Стыценко, А.А. Лавриенко, Л.Е. Надра, В.А.Винокуров Перспективу улучшения экологических и эксплуатационных свойств моторных топлив, Химия и технология топлив и масел, №5, 2008.
6. С.А. Искендерова, Н.Ф. Садиева, Э.Б. Зейналов, Е.А. Ждан, А.З. Алиева. Разработка метода синтеза моно- и симметричных диэтиленгликолевых эфиров жирных кислот, Процессы нефтехимии и нефтепереработки, №3, 2006, с.3.

Все статьи автора «Aygun»