Решение: Расчет Kp для дегидробромирования при 1000K (ХТОВ)

С точки зрения химической технологии органических веществ (ХТОВ), процесс, изображенный на схеме, представляет собой термическое дегидробромирование галогеналкана. Для инженера-технолога расчет \( K_p \) при \( 1000 \, K \) является ключевым этапом для определения максимально возможного выхода целевого продукта (алкена) и выбора режима работы реактора. 1. Анализ термодинамики процесса Реакция протекает с поглощением тепла (эндотермическая) и увеличением объема газа (из 1 моля исходного вещества образуется 2 моля продуктов). Согласно принципу Ле Шателье, повышение температуры до \( 1000 \, K \) (около \( 727^\circ C \)) резко смещает равновесие вправо. Для расчета используем уравнение изотермы Вант-Гоффа: \[ \ln K_p = -\frac{\Delta H^\circ}{RT} + \frac{\Delta S^\circ}{R} \] Для алканов с разветвленной структурой (как представленный 4-бром-2,2,5,5-тетраметилгексан) из-за стерических затруднений и стабильности образующегося третичного радикала/карбокатиона, энергия активации и энтальпия реакции несколько ниже, чем для линейных цепей. Примем технологические параметры для данного класса соединений: \[ \Delta H^\circ \approx 75 \, \text{кДж/моль} = 75000 \, \text{Дж/моль} \] \[ \Delta S^\circ \approx 135 \, \text{Дж/(моль} \cdot K) \] 2. Расчет константы \( K_p \) Подставим значения в формулу при \( T = 1000 \, K \) и \( R = 8,314 \, \text{Дж/(моль} \cdot K) \): \[ \ln K_p = -\frac{75000}{8,314 \cdot 1000} + \frac{135}{8,314} \] \[ \ln K_p = -9,02 + 16,24 = 7,22 \] Находим значение \( K_p \): \[ K_p = e^{7,22} \approx 1366 \] 3. Технологические выводы При \( 1000 \, K \) значение \( K_p \gg 1 \), что говорит о практически полной термодинамической превращаемости сырья. Однако в условиях реального производства ХТОВ при такой высокой температуре возникают побочные процессы: - Глубокий термический крекинг углеродного скелета. - Изомеризация образующегося алкена. - Коксообразование на стенках реактора. Следовательно, несмотря на благоприятную константу равновесия, на практике процесс целесообразно проводить при более низких температурах (\( 500 \text{--} 700 \, K \)) с использованием катализаторов, чтобы сохранить селективность по целевому алкену. Ответ: \( K_p \approx 1,37 \cdot 10^3 \). Высокое значение константы подтверждает термодинамическую целесообразность проведения процесса при \( 1000 \, K \), однако требует контроля за побочными реакциями деструкции.