Question

Prin procedeul oxidării cumenului se obțin 4,7 tone de fenol, cu randament de 85%. Ce cantitate de hidroperoxid de cumen de concentrație 90% a intrat în reacție, și ce volum de aer (c.n.) s-a folosit în faza de oxidare a cumenului?
Mulțumesc! :)​

Answer 1

Răspuns:

Rezolvarea popusă:

Notăm:

ct=cantitatea teoretică de fenol, kg

X= masa de hidroperoxid de cumen, ce produce stoechiometric cantitatea teoretică de fenol

ms=masa soluție de hidroperoxid de cumen ce conține X kg  de hidroperoxid dizolvat și are concentrația procentuală de masă (C%) =85%

Y=volumul de oxigen consumat pentru ct fenol (m³, dacă lucrăm cu kg)

Z=volum de aer cu 20% volum de oxigen  (c.n. de temperatură și presiune)

Calcule:

1) ct de fenol din randament(85%) și cantitatea practică (cp=4,7 t=4700 kg):

η (randament) =cp.100/ct,  ct= cp.100/85

ct=4700.100/85=5529,41 kg, aprox. 5529 kg de fenol

2) Calculăm X, kg de hidroperoxid de cumen prin calcul stoechiometric, pe bază de ecuație chimică, cu 5529 kg fenol și masele moleculare respective.

Avem:

5529 kg                    X

C₆H₅-OH ............C₆H₅-(CH₃)₂-C-OOH

M=77+17=94kg/kmol ....M=120+2.16=152 kg/kmol

X= 5529kg. 152g/mol/94 g/mol=8940,5kg, aprox.8941 kg  

3) Calculăm masa soluției de hidroperoxid de cumen(ms) cu C%=90% și masa dizolvată de cumen=X=8941 kg (apa de dizolvare nu conține această substanță), cu ajutorul relației matematice pentru C%:

C% =md.100/ms, unde ms = md.100/C%

ms= 8941kg.100%/90%=9934kg soluție cu 90% hidroperoxid de cumen

4) Calculăm volumul (Y) de oxigen consumat pentru formarea de 5529 kg de  fenol:

Y m³.....................5529 kg fenol teoretic

O₂...........................C₆H₅OH

1kmol.........................1kmol

22,4 m³................94 kg/kmol

Y =22,4 m³/kmol.5529 kg/ 94 kg/kmol=1317,5 aprox.1318 m³ de oxigen pur

4) Calculăm volum (Z) de aer cu 20% v de O₂, c.n. cu egula de trei simplă:

dacă 100% vaer...............................are 20% v O₂

atunci Z m³ aer ...............................au 1318 m ³O₂

Z=100.1318 m³/ 20=6590 m³ aer

R: aprox. 9934soluție 90% hidroperoxid de cumen; 6590 m³aer.

Explicație:

Avem o metodă industrială de obținere a fenolului prin oxidarea cumenului (izopropilbenzen), cu oxigen la 100 grade C, la hidroperoxid de cumen, care se descompune prin încălzire cu acid sulfuric diluat în fenol și acetonă, produs secundar, cu importanță comercială.

Reacțiile chimice sunt (tehnica îmi permite să le scriu astfel):

C₆H₅- (CH₃)₂-C-H   + O₂ → C₆H₅-(CH₃)₂-C-OOH    →C₆H₅OH + (CH₃)₂C=O

cumen                     oxigen    hidroperoxid de cumen  fenol    acetonă

1mol ...........    1mol(22,4L c.n.)......  1mol .............................1mol.........1mol

1kmol..................22,4 m(3)...............1kmol.............................1kmol........1kmol

Pentru a afla cantitățile necunoscute de cumen (apoi masa soluției cu 90% cumen) și de aer (cu 20%volum de oxigen) ne folosim de calcul stoechiometric, plecând de la cantitatea teoretică de fenol obținută, care se calculează din randament și cantitatea practică(4,7 t=4700 kg). Pe reacție se pune obligatoriu cantitatea teoretică, nu cea practică, fiindcă există pierderi de substanță, în proces și se vor acoperi, dacă întră cantități mai mari de reactanți.        

Verificați calculele, am lucrat cu aproximări.