Trên cơ sở xúc tác đã tổng hợp được, chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến hiệu suất tạo sản phẩm trên hệ sơ đồ đã được trình bày ở phần 2.2.
3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất vùng phản ứng đến hiệu suất sản phẩm
Đây là phản ứng giảm thể tích S CH CH HS CH CH2 = 2 + → 3 − 2
Trên cơ sở tổng quan tài liệu, chúng tôi lựa chọn khoảng áp suất phản ứng từ 1-6 atm. Các thông số khác vẫn giữ nguyên (nhiệt độ, tỷ lệ xúc tác, tốc độ không gian,...)
Điều kiện phản ứng:
- Thời gian phản ứng: 15 phút - Nhiệt độ phản ứng: 2500C - Tốc độ thể tích: 0,6 phút-1
- Trên các mẫu xúc tác: Mẫu 3: 15% MoO3/ γ −Al203; Mẫu 4: 18% MoO3/ 203
Al
γ −
- Áp suất thay đổi P = 1 – 6 atm
Kết quả thí nghiệm được trình bày trên bảng 3.3 và hình 3.17
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của áp suất phản ứng đến độ chuyển hóa etylen
TT Áp suất (atm) Độ chuyển hóa
Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4
1 1 40,5 46,8 40
2 3 50,1 55,0 41
3 5 57 67,5 48
4 6 57 67,7 48
Từ số liệu của bảng 3.3 chúng tôi xây dựng đồ thị 3.2 như sau:
Kết quả khảo sát ở bảng 3.3 và đồ thị 3.2 cho thấy áp suất vùng phản ứng ảnh hưởngrõ nét đến độ chuyển hóa. Khi áp suất tăng thì hiệu suất chuyển hóa của 3 mẫu đều tăng, đến trên 5 atm thì sự tăng chậm lại và chúng tự dừng ở 6 atm (vì điều kiện nên không tăng )
So sánh giữa 3 mẫu thì mẫu số 3 có độ chuyển hóa cao nhất (đạt gần 70%), tiếp đến mẫu số 2 và thấp nhất là mẫu số 4. Khi đó hàm lượng MoO3 (18%) quá lớn nên trên bề mặt có sự bón cục, độ phân tán thấp.
Vậy chúng tôi chọn điều kiện tối ưu về áp suất là 5 atm để nghiên cứu phần tiếp theo.
3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độphản ứng đến độ chuyển hóa etylen
Chúng tôi khảo sát thông số công nghệ quan trọng thứ hai là ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ chuyển hóa etylen. Khoảng nhiệt độ thay đổi chúng tôi chọn là từ 200oC đến 300oC. Với điều kiện phản ứng như sau:
Áp suất phản ứng: 5 atm Thời gian phản ứng: 15 phút Tốc độ thể tích: 0,6 phút-1
Trên các mẫu xúc tác số: 2; 3 và 4 Nhiệt độ thay đổi từ: 200 – 3000C
Kết quả thí nghiệm được trình bày trên bảng 3.4 và đồ thị 3.3
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến độ chuyển hóa etylen
TT Nhiệt độ phản ứng, 0C Độ chuyển hóa (α%)
Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4
1 200 60,3 61,2 55
2 240 68,8 69,8 57,5
3 270 67,0 68,0 54,1
4 300 64,1 65,6 52,5
Đồ thị 3.3Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng
Từ kết quả của bảng 3.4 và đồ thị 3.3, ta nhận thấy nhiệt độ tăng từ 200 – 2400C. Tất cả 3 mẫu đều tăng nhưng trên 2400C thì hiệu suất chuyển hóa giảm.
So sánh giữa 3 mẫu xúc tác chúng tôi thấy kết quả có thể chứngminh cho độ phân tán kim loại – Độ phân tán càng cao thì hiệu suất chuyển hóa đạt tối đa. Vì vậy hiệu suất chuyển hóa của mẫu 3 là cao nhất, tiếp đến mẫu 2 và thấp nhất là mẫu 4.
Nhiệt độ tối đa của phản ứng là 2400C ở áp suất 5 atm.
3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứngđến độ chuyến hóa etylen
Vì 3 mẫu đưa ra khảo sát, chúng tôi thấy mẫu số 3 là cho độ chuyển hóa cao nhất, vì vậy các khảo sát tiếp theo chúng tôi chỉ khảo sát mẫu số 3.
Như vậy, qua các khảo sát ở trên đã cho thấy ở nhiệt độ và áp suất phản ứng tương ứng là 240oC và 5 atm cho độ chuyển hóa etylen là 69,8%. Tuy nhiên, cần xác định được thời gian phản ứng thích hợp, do đó chúng tôiđã khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng thay đổi từ 10 phút đến 25 phút, trong khi giữ nguyên các thông số nhiệt độ, áp suất và lưu lượng dòng. Kết quả được trình bày trên bảng 3.5 và đồ thị 3.4
Bảng 3.5Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến độ chuyển hóa etylen Thời gian phản ứng (phút) Lưu lượng thể tích (phút-1) Nhiệt độ phản ứng (oC) Áp suất phản ứng (atm) Độ chuyển hóa etylen (%) 10 0,6 240 5 60,8 15 0,6 240 5 70,0 20 0,6 240 5 68 25 0,6 240 5 66.5
Từ kết quả ởbảng 3.5 được trình bày trên đồ thị 3.4
Đồ thị 3.4Ảnh hưởng của thời gian τphản ứng đến hiệu suất phản ứng
Từ bảng 3.5 và đồ thị 3.4 thấy rằng thời gian tiến hành phản ứng ảnh hưởng không lớn đến độ chuyển hóa etylen. Với điều kiện phản ứng như nhiệt độ (240oC), áp suất (5atm), lưu lượng thể tích (0,6ph-1) giữ nguyên thì khi thời gian phản ứng tăng từ 10 phút đến 15 phút độ chuyển hóa tăng từ 60,8% lên đến 70,0%. Tuy nhiên, khi tiếp tục tăng thời gian phản ứng thì độ chuyển hóa etylen lại giảm, chứng tỏ khi kéo dài thời gian phản ứng, hoạt tính xúc tác bị giảm do đó độ chuyển hóa etylen cũng giảm theo. Do đó chúng tôi chọn thời gian phản ứng thích hợp là 15 phút.
3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu đến hiệu suất sản phẩm
Tỷ lệ nguyên liệu/xúc tác được thể hiện qua thông số lưu lượng thể tích (gam nguyên liệu/gam xúc tác. thời gian).
Như vậy lưu lượng thể tích không chỉ ảnh hưởng đến độ chuyển hóa etylen mà còn ảnh hưởng đến thời gian làm việc của xúc tác. Chúng tôi đã tiến hành khảo sát lưu lượng thể tích thay đổi từ 0,3 ph-1 đến 1,0 ph-1. Kết quả được trình bày trên bảng 3.6 vàđồ thị 3.5
Bảng 3.6Ảnh hưởng của lưu lượng thể tích đến độ chuyển hóa etylen
Lưu lượng thể tích (phut-1) Thời gian phản ứng (phút) Nhiệt độ phản ứng (oC) Áp suất phản ứng (atm) Độ chuyển hóa etylen (%) 0,3 15 240 5 65 0,6 15 240 5 67 0,8 15 240 5 70 1,0 15 240 5 69
Từ kết quả ở bảng 3.6 được trình bày trên đồ thị 3.5
Đồ thị 3.5Ảnh hưởng của lưu lượng thể tích phút-1đến hiệu suất phản ứng Qua bảng 3.6 và đồ thị 3.5 thấy rằng lưu lượng thể tích tăng dần đã kéo theo độ chuyển hóa etylen tăng, nhưng khi lưu lượng thể tích đạt 0,8 phút-1 thì độ chuyển hóa đạt cực đại (70%) và giảm xuống. Như vậy, khi tăng lưu lượng thể tích lên cao làm cho thời gian tiếp xúc giữa nguyên liệu và xúc tác giảm xuống dẫn đến tốc độ phản ứng giảm đi.
Tóm lại, qua các khảo sát ảnh hưởng của áp suất, nhiệt độ, thời gian phản ứng và lưu lượng thể tích, chúng tôi đã rút ra kết luận sau:
Độ chuyển hóa etylen đạt cao nhất là 70% ở điều kiện áp suất phản ứng 5 atm, nhiệt độ phản ứng 240oC, thời gian phản ứng 15phút, và lưu lượng thể tích là 0,8phút-1.
3.2.5 Kết quả phân tích các tính chất hóa lý đặc trưng của sản phẩm
Chúng tôi đã tiến hành phân tích sắc ký khối phổ mẫu sản phẩm lỏng thu được, kết quả đượcthể hiện trên phổ đồ GC-MS thể hiện trên hình 3.16 và bảng 3.7
RT:0.00 - 29.50 SM:7G 0 5 10 15 20 25 Time (min) 0 20 40 60 80 100 Relat iv e A bundanc e 6.49 1.76 4.57 8.85 11.60 15.09 17.94 21.17 24.04 27.19 NL: 9.04E7 TIC F: MS test_dua03
Hình 3.16Sắc ký đồ khối phổ của mẫu sản phẩm lỏng thi được
Bảng 3.7Kết quả tổng hợp các sản phẩm thu được
Thời gian lưu,
phút
Diện tích pic Tỷ lệ diện tích
pic, %
Sản phẩm từ thư viện phổ chuẩn
1.76 4518049 0.71 Methoxyamine
1.86 1174678 0.18 Methyltartronic acid
1.93 662251 0.10 Acetic acid, anhydride
6.49 633176839 98.96 Ethyl mecaptan
6.93 327250 0.05 Vết
Như vậy, sản phẩm thu được có thành phần ethyl mecaptan rất cao, điều đó chứng tỏ điều kiện tiến hành phản ứng cũng như hệ xúc tác đưa ra là hợp lý. Ngoài sản phẩm chính có tỷ lệ 98,96%, các sản phẩm phụ khác chiếm tỷ lệ không đáng kể
Tiếp theo, sản phẩm thu được từ phản ứng tổng hợp ethyl mecaptan được tiến hành phân tích các đặc tính kỹ thuật cho các kết quả trong bảng 3.8:
Bảng 3.8Kết quả phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật sản phẩm EM tổng hợp
TT Chỉ tiêu kỹ thuật Đơn vị Sản phẩm tổng hợp Mẫu so sánh EM nguyên chất
1 Cảm quan -
Chất khí hoặc lỏng dễ
cháy, không màu, có
mùi đặc trưng
Chất khí hoặc lỏng dễ
cháy, không màu, có
mùi đặc trưng 2 Tỷ trọng ở 20 0C g/cm3 0,832 0,82 ÷ 0,87 3 Tỷ trọng pha hơi - 1,91 1,6 ÷ 2,14 4 Nhiệt độ nóng chảy °C -* -123 ÷ - 148 5 Nhiệt độ sôi °C 9 6 ÷ 35 6 Nhiệt độ chớp cháy °C -* < - 18 7 Độ bền vững - Bền vững ở nhiệt độ thường Bền vững ở nhiệt độ thường 8 Giới hạn nổ - -* 2,8 – 18
9 Độ hòa tan trong nước % 0,65 Max. 0,7*
10 Áp suất hơi ở 20°C mmHg 1.22 442 ÷ 1.520
11 Ăn mòn tấm gang - đạt Đạt
12 Ăn mòn tấm đồng - đạt Đạt