Техника безопасности в процессе гидратации ацетилена

Ацетилен с воздухом образует взрывоопасные смеси в широком интер­вале концентраций ацетилена - от 2 до 80 % объемных процентов ацетилена. При температурах опыта (95-98 °С) возможен взрыв установки, если ацети­лен недостаточно очищен от воздуха. Кроме того, наличие кислорода в аце­тилене приводит к ингибированию катализатора и изменению направления процесса. Поэтому необходимо соблюдать следующие предосторожности;

1. Получать чистый ацетилен с содержанием воздуха менее 2 %.

2. Очистку реакционной системы ацетиленом от воздуха проводить на холо­де при комнатной температуре.

Нагрев реактора подключать только после очистки системы от воздуха.

Получение, очистка и анализ ацетилена

Ацетилен для реакции гидратации получают (под тягой!) гидролизом карбида кальция водой

СаС₂ + 2Н₂О → Са(ОН)₂ + С₂Н₂

Карбид кальция загружается в коническую колбу - I (рисунок 7.1), в пробку ко­торой вставлены капельная воронка - 2 с водой и две трубки, отводящие газ. Одна из них соединена с очистительной системой - 3, другая - с предохрани­тельным клапаном. Ацетилен необходимо тщательно очищать от летучих соединений серы и фосфора.

Рисунок 7.1 - Схема получения ацетилена

Очистительная система состоит из четырех последовательно соединен­ных промывных склянок. Две первые склянки заполняются насыщенным раствором хромпика в серной кислоте, третья - 50 %-ным раствором азотной кислоты, четвертая - 20 %-ным раствором щелочи.

Последняя стадия очистки - колонка с активированным углем. До на­чала сбора ацетилена он пропускается через склянку с водой. Через 30 минут после начала получения ацетилена газ качественно, с помощью бумажки, смоченной 10-%-ным раствором AgNO₃, анализируется на присутствие серы и фосфора. В случае отрицательной реакции ацетилен анализируется на со­держание воздуха. Анализ ацетилена на содержание воздуха осуществляется путем вымывания ацетилена проточной водой (водопроводной).

Чистый ацетилен собирается в газометр, заполненный раствором пова­ренной солью. Контактная кислота готовится в соответствии с варьируемыми пара­метрами процесса. Для этого готовится водный раствор кислоты нужной концентрации, в котором растворяется необходимое количество сернокис­лотного трехвалентного железа.

Аппаратура и методика проведения опыта

Реакционным сосудом для проведения гидратации ацетилена служит «утка» -1, закрепленная в установке для встряхивания (рисунок 7.2). Перед про­ведением опыта холодильники - 2 для поглощения ацетальдегида заполня­ются

Рисунок 7.2 - Схема гидратации ацетилена по Кучерову

1 – «утка»; 2 – холодильник; 3 – газометр; 4 – паровик; 5 – бюретка

дистиллированной водой на 2-3 шарика и к кожуху холодильников под­ключается вода для внешнего охлаждения. Для проведения опыта в «утку» вносится 15 мл контактной кислоты, и затем навеска окиси ртути (0,184 г), за­тем «утка» встряхивается в течение 5 минут для распределения катализатора в системе. Изолированная от внешней среды и герметичная система из газо­метра 3 промывается 1-1,5 л ацетилена на холоде! Только после этого к «ут­ке» подключают нагрев. Температура в «утке» на протяжении всего опыта поддерживается постоянной равной 96 ° С; Для этого через внешний кожух «утки» продувается пар из паровика 4.

Перед началом опыта проводится нулевой отсчет объема газа в газо­метре и измерительной бюретке 5. Затем с помощью крана газометра и крана сифона бюретки устанавливается заданная скорость подачи ацетилена по градуированному реометру и включается мотор болтушки. При интенсивном встряхивании «утки» ацетилен с заданной скоростью пропускается через систему до тех пор, пока общий объем пропущенного ацетилена по газомет­ру составит 4 л (каждом опыте). Непрореагировавший ацетилен вместе с продуктами реакции поступает из «утки» в шариковые приемники, напол­ненные дистиллированной водой. Ацетальдегид поглощается водой, а ацети­лен проходит дальше в измерительные бюретки, позволяющие определить объем ацетилена, не вступившего в реакцию.

Для непрерывного проведения опыта система снабжена двумя измери­тельными бюретками. Как только одна бюретка заполнится газом, записыва­ется объем газа в бюретке и ток ацетилена переключается на вторую бюрет­ку. Первая бюретка соединяется с атмосферой и с помощью уравнительной «груши» ацетилен выбрасывается в атмосферу, бюретка заполняется насы­щенным раствором поваренной соли и снова готова к измерению. Аналогич­ная операция повторяется со второй бюреткой. В ходе опыта смена бюреток осуществляется несколько раз, и каждый раз фиксируется объем ацетилена, собранный в бюретках.

Анализ водного раствора ацетальдегида производится по методике, предложенной Гуляевой. Определение основывается на способности аце­тальдегида реагировать с солянокислым гидроксиламином и выделившаяся кислота оттитровывается 0,1 н раствором щелочи в присутствии смешанного индикатора метилоранж-индигокармин (1 часть 0,1 н раствора метилоранжа и одна часть 0,25 %-ого раствора индигокармина). Водный раствор гидроксиламина подвергается гидролизу и поэтому имеет собственную кислот­ность, которую необходимо определить. Для этого в коническую колбу нали­вается 10 мл дистиллированной воды и 5 мл 1н раствора гидроксиламина. После пятиминутного отстаивания смесь оттитровывается 0,1 н раствором щелочи в присутствии смешанного индикатора. Количество мл щелочи, ушедшей на титрование, определяется кислотностью гидроксиламина.

Анализ ацетальдегида ведется так: из мерной колбы на 1000 мл пипет­кой 10 мл раствора переносятся в коническую колбу на 100 мл. Туда же вво­дится 5 мл 1н раствора гидроксиламина. Раствор стоит 5-8 минут, после чего к нему добавляется 3-5 капель смешанного индикатора и содержимое оттит­ровывается щелочью до зеленой окраски. (В кислой среде индикатор имеет фиолетовую окраску, а щелочной - зеленую).

Расчет проводится по формуле:

Г=(А-В)·0,0044·100

где Г - содержание ацетальдегида в граммах в 1л раствора;

А - количество мл 0,1 н раствора щелочи, пошедшей на титрование рас­твора;

В - кислотность гидроксиламина в мл ОД н раствора щелочи;

0,0044 - титр ацетальдегида в г, эквивалентный 1 мл 0,1 н раствора щело­чи.

По данным титрования производится расчет выхода ацетальдегида в % на пропущенный и вступивший в реакцию ацетилен, в конце опыта записы­ваются: объем пропущенного ацетилена (н.у.), выход ацетальдегида (%) на пропущенный и вступивший в реакцию ацетилен.

Контрольные вопросы

1. Реакция гидратации по Кучерову.

2. Способы получения и применение ацетальдегида.

3. Методика проведения работы.

4. Определение содержания ацетальдегида в растворе.

Литература

1. С.И.Вольфкович и др. Общая химическая технология, т. П, М., Госхимиз-дат, 1959 г., стр. 444.

2. Б.Н. Долгов. Катализ в органической химии. Л., Госхимиздат, 1959 г., стр.516.

Лабораторная работа №8

Тема: Получение компаундированного дорожного битума на основе

асфальта деасфальтизации

Теоретические основы

Дорожные битумы являются вяжущим для получения дорожных покрытий (асфальтобетона). Битумы по своему химическому составу состоят из масляной или углеводородной части и неуглеводородной части (смолы, асфальтены, карбены и корбоиды), являются высоковязкими продуктами процессов переработки нефтяных остатков. Битумы по способу получения бывают остаточные (продукты глубоковакуумной перегонки мазутов), окисленные (продукты окисления гудронов кислородом воздуха) и компаундированные (полученные смешением).

С целью получения битумов, различающихся по эксплуатационным свойствам, и использования остатков деасфальтизации применяют метод компаундирования асфальта деасфальтизации и продуктов перегонки нефти: мазутов и гудронов. Компаундированные битумы отличаются от окисленных высокой растяжимостью при 25 °С, низкой температурой хрупкости, достаточно широким диапазоном пластичности при температуре эксплуатации.

Цель работы

Получить дорожный битум методом компаундирования, освоить основные методы определения качества дорожных битумов.

Материалы и оборудование

1. Сырьё – гудрон, мазут, асфальт деасфальтизации.

2. Электроплитка.

3. Металлические пенетрационные чашки ёмкостью 100 ÷ 150 г.

4. Пенетрометр.

5. Прибор для определения температуры размягчения.

6. Водяная баня.

7. Электромешалка.