25. Метанол синтезінің физика-химиялық негіздері. Процестің технологиялық параметрлері. Метанол медицинада қолданылуы
жүктеу/скачать 1,86 Mb.
|
25.-Метанол-синтезіні -физика-химиялы -негіздері.-Процесті -техн
|
25. Метанол синтезінің физика-химиялық негіздері. Процестің технологиялық параметрлері. Метанол медицинада қолданылуы. Метанол (метил спирті) өндірісі – химия өндірісіндегі өнімдер өндірісінің маңызды да, кең ауқымды өндірістердің бірі . Метил спирті,метанол СН3ОН – шекті, біратомды спирттердің ең қарапайым өкілі болып табылады. Бос күйінде табиғатта кездеспейді және өте аз мөлшерде, мысалы эфир майларының құрамында. Оның туындылары, керісінше, көптеген өсімдік майларында (күрделі эфирлер), табиғи бояғыштар, алколоидтар (жай эфирлер) және т.б. құрамдарында кездеседі. Метанолдың өнім ретінде алғаш рет 1661жылы Боульдің ағашты құрғақ айдаудың нәтижесінде байқалып, ал тек екі он жылдықтан соң ғана таза күйінде 1684жылы Думас пен Пелиготтың көмегімен алынды. Метанолды алу тәсілдерінің негізгі екі тәсілі белгілі: ағаш ұнтағын және лигнинді құрғақ айдау; құмырсқа қышқылының тұздарының термиялық ыдырауы, және метанның катализаторлардың бетінде, не катализаторсыз қысым жағдайында толық емес тотығуы.Аталған тәсілдердің ішінде өндірісте ағаш ұнтағын құрғақ айдау тәсілі ғана негізін тапты.Бұл 60жыл бұрын жалғыз қамтылған процесс болған тәсіл, қазір өзінің өндірістік мәнін метанолды көміртегінің оксиді мен сутегіден каталитикалық синтездеу жаңа процессімен ауыстырылды. Физикалық қасиеті Метанол, метил спирті, ағаш спирті, СН3ОН – иісі (этил спиртінің иісіне ұқсас) бар, түссіз сұйықтық; • тығыздығы. 0,7924 г/см3 (20ӘС-та), • балқу t – 97,9ӘС, • қайнау t 64,5ӘС. Сумен (кез келген қатынаста), спиртпен, бензолмен, ацетонмен, т.б. органикалық еріткіштермен оңай араласады. Синтез-газдан катализдік реакция арқылы алынады. Формальдегид, сірке қышқылы, әр түрлі эфирлер алуда, бояғыш заттар мен дәрілік заттарды ерітуде, отынға қоспа ретінде қолданылады. Химиялық қасиеті: Метанол - молекуласында көмірсутек тізбегінен басқа бір ОН тобы бар органикалық зат. Метанол-электролит емес, сулы ерітіндіде иондарға ыдырамайды;оның қышқылдық қасиеттері суға қарағанда әлсіз: а) реакция жану оттегіде және ауада: б) галогенді-сутекті қышқылдармен әрекеттесу реакциясы: в) белсенді сілтілік металдармен әрекеттесу реакциясы: Технологиялық бастапқы шикізат болатын газ - көмірсутектік газдың : табиғи газдың, ацителен өндірісінің синтез газының, кокс газының, сұйық көмірсутектердің (мұнай, мазут, жеңіл каталитикалық крекингтің) және қатты отындардың (көмір,сланец) конверсиясы (айналуы) нәтижесінде алынады. Метанол синтезі үшін бастапқы газды сутегі алу өндірісіндегі барлық шикізат қорынан алуға болады, мысалы аммиак синтезі және майларды гидрлеу процесстері. СО+2Н2→СН3ОН Жоғарыда келтіріген реакцияға сәйкес бастапқы шикізат – газдағы сутегі мен көмірқышқыл газының қатынасы 2:1, яғни, теориялық жүзінде бастапқы газда 66,66 көл.% Н2 және 33,34 көл. % СО болуы керек. Өндірістік жағдайларда циркуляциялық ағымда Н2:CO қатынасын стехиометриялық циклден асыра жүргізеді. Сол себепті бастапқы газда сутегінің көп көлемі қажет, яғни Н2:CO 1,5-2,25 ұсталады. Метанол синтезі катализаторына қойылатын негізгі талаптар:жоғарғы активтілігі, селективтілігі (процесті метанол түзілу бағытына қарай бағыттауы), жұмыс барыс бірқалыптылығы, тепература өзгерістеріне тұрақтылығы және жоғары механикалық беріктік. Метанол синтезі катализаторлары екі топқа бөлінеді : мырыш-хромды және мыс құрамды (мырыш-мыс-алюминиилі және мырыш-мыс-хромды). Метанол өндірісінің Ресейдің отандық өнеркәсіптерінде негізінен 250-400кгс/см2 – қысым, 380-4000С температура жағдаларында активті мырыш - хромды катализаторлар қолданылады. Мырыш - хромды катализаторлар мырыш оксидінен және мырыш хромитінен тұрады. Оның химиялық құрамы төмендегідей : ZnO-ZnCr2O; 3ZnO-ZnCr204; 3,3ZnO-ZnCr20. Метанолды алудың бірнеше әдісі белгілі: ағаш пен лигнинді құрғақ айдау, формаль қышқылы тұздарының термиялық ыдырауы, метаннан метилхлорид арқылы синтездеу, содан кейін жуу, метанның толық емес тотығуы және синтез газынан алу. Бастапқыда өнеркәсіпте ағашты құрғақ айдау арқылы метанол алу әдісі игерілді, бірақ кейіннен ол өнеркәсіптік маңыздылығын жоғалтты. Көміртегі тотығы мен сутегі метанолының заманауи өндірісін Германияда алғаш рет 1923 жылы BASF жүзеге асырды. Процесс 320-450 °C температурада мырыш-хром катализаторында (ZnO/Cr2O3) 10-35 МПа қысыммен жүргізілді, содан кейін Англияда дамыған мырыш, хром және т.б. 200-300 °C және 5-10 МПа қысымында мыс бар катализаторларда метанол синтезі таралды. Метанолдың қолданылуы Метанол өндірісте формальдегид, полимерлер, бояғыш заттар, фармацевтикалық препараттар алу үшін; Бояулар мен лактарды ерітетін еріткіш ретінде; Этил спиртін денатурациялануда қолданылады; Aнтифриз құрамына кіреді; Метанол әсерінен көз торлары, көру жүйкелері зақымданады, ал кейде емделмейтін соқырлық ауруы пайда болады ; Метил спиртімен жұмыс істегенде, оның өте улы екенін үмытпау керек. Бірнеше грамынан адам сокыр болады, одан көбірек болса, уланып өледі; Метил спирті клеткалар мен ұлпалардағы тотығу тотықтыру процестері мен қышқылды-сілтілік тепет-еңдікті бұзады. 26. Этил спиртін алудың өнеркәсіптік әдістері. Этанолдың медицинада қолданылуы. Этил спирті, этанол, С2Н5ОН – біратомды қаныққан-алифатты спирт, түссіз, күйдіргіш дәмі және өзіндік исі бар оңай қозғалатын сұйықтық; балқу t –144,15°С, қайнау t 78,39°С. Этанол көкшіл жалынмен жанады . Этилды өнеркәсіпте алу үшін этиленді күкірт қышқылы арқылы немесе тікелей гидраттайды; зимаза ферментінің әсерімен а. ш. шикізаттарын (картоп, дәнді дақылдар, т.б.) ашытады ағашты, т.б. өсімдіктерді гидролиздейді. Этил спирті екі түрлі тәсілмен алады: ферментативтік немесе биохимиялық; химиялық немесе синтетикалық. Бірінші тәсілде ашытқы ферменттерінің әсерінен қанттың ашуынан алынады, екінші тәсілде этиленге катализатор көмегімен суды қосу арқылы алынады. Этил әр түрлі өндіріс салаларында (лак-бояу, фармацевтика, тұрмыстық химия, т.б.) еріткіш ретінде; хлороформ, диэтил эфирі, этилацетат, диэтиламин, сірке қышқылы, т.б. органик. өнімдерді алу үшін бастапқы шикізат ретінде; мотор отыны, антифриз, т.б. түрінде кеңінен қолданылады. Өндірілетін этилдің көп бөлігі спирттік сусындар жасау үшін жұмсалады. Денеге түскен этил спирті бас ми қабығына әсер етеді. Мұнда адам алькоголдық қозуға орай мас болады. Алкоголь әсерінен қозу процесі тежеу процесінен басым болып шығады. Көп мөлшерде этанолды әрі жұлын, әрі сопақ ми қызметіне қысым жасап , терең наркоздық күйге алып келеді. Өлім тыныс орталығының жансыздауы нәтижесінде пайда болады . Этил спирті жергілікті, рефлекторлы және резорбтивті әсер көрсетеді. Медицинада негізінен жергілікті әсер үшін қолданылады. Кейде әлсіз спирт ерітіндісі қосылған шарапты, сыраны, қымызды науқастарға тәбетін жоғарылату үшін және асқорыту жолдарының қызметін қалпына келтіру үшін береді. Соңғы жағдайда этил спиртін қосындының құрамына тағам ретінде тағайындайды. Қызыл шараптың аз ғана мөлшерін атерогенді липопротеиндердің тромбодиттік агрегациясын және қант диабетімен ауыратындарда глюкозаны төмендетеді. Этил спиртін ұзақ қабылдау Бауыр циррозы Жүрек бұлшықеттері және бүйректің бұзылысы Бет тамырларының (мұрын тамырларының) тұрақты ұлғайуы Бұлшықет дірілдеуі Галлюцинация Ерлер мен әйелдер жыныс бездерінің бұзылысы 27. Ацетилен өндірісі және оны қайта өңдеу. Оның химия өнеркәсібінде қолданылуы. Ацетилен (ИЮПАК — этин бойынша) — CH≡CH көміртегі атомдары арасында реакциялық қабілеті жоғары үштік байланысы бар ацетилен көмірсутектері қатарының бірінші мүшесі. Ацетиленді СН≡СН алғаш 1836 жылы Эдмунд Дэви калий карбидіне сумен әсерлесу арқылы алған болатын: К2С2 + 2Н2О С2Н2 + 2КОН Ол жаңа газды екі көміртекті сутегі деп атады. СН≡СН - әлсіз эфир иісі бар түссіз газ. Ацетилен ауаның 2-ден 81% -на дейін жарылыс қаупі бар қоспаларын түзеді, осыған байланысты ацетиленнің өндірістік орындардың атмосферасына енуіне жол берілмейді және ауаның ацетилені бар технологиялық қондырғылар мен құбырларға енуін болдырмау қажет. Н2 және көптеген газ тәрізді көмірсутектерден ерекшелігі:
СaO + C > CaC2 + CO CaC2 + H2O >C2H2 + CaO Кальций карбидін өндірудегі барлық шығындардың негізгі бөлігін өте жоғары температурада (1900-1950С) эндотермиялық реакция жүруін қамтамасыз ететін электр энергияға кететін шығын құрайды. Қазіргі кезде ацетиленді алудың негізгі тәсілі метанды және табиғи газды пиролиздеу болып табылады. Ацетиленді КС-ден алу өндірісі 20 ғасырдың соңғы ширегінде қалыптаса бастады. Метан және басқа парафиндерден жоғары температуралы пиролиз қатысында ацетилен алады: Электрлік доғадағы пиролиз (электрпиролиз). Электрдоғалық пештерде жүргізілетін метанның электр пиролизі 1940 жылдан бастап өнеркәсіптік мәнге ие болды. Метанды вольт доғасы арқылы екі метал элетродтарының арасынан өткізеді. Кернеуі шамамен 8000 вольт тұрақты тоқты пайдаланады. Газдың доға арқылы өту жылдамдығы шамамен 1000 м3/с; доғаның температурасы шамамен 50000С, ал оған дейін газ қыздырылатын температура шамамен 16000С. Шығатын газдарды лезде су бүркіп суытады (150-2000С-қа дейін). Автотермиялық пиролиз. Бұл үдерісті парциалдық тотықтыру, толық емес жану немесе термототықтырғыш пиролиз деп те атайды. Бұл әдіс метанның (немесе басқа көмірсутектік шикізаттың оттекті жеткіліксіз бергенде) жану жылуының (ішкі жандыру) есебінен қыздыруға негізделген. Метанның автотермиялық пиролизі жағдайларында мынадай реакциялар жүретіндіктен: 2СН4 + О2 > 2СО + 4Н2 2СН4 > С2Н2 + 3Н2 өнімдер әрқашанда ацетиленнің, көміртек оксидінің және сутектің қоспасы болып табылады. Жоғарыда көрсетілген реакциялардан басқа автотермиялық пиролиз кезінде келесі реакциялар да жүруі мүмкін: СН4 + 2О2 >СО2 + 2Н2О С2Н2 + 2Н2О > 2СО + 3Н2 С2Н2 + 2СО2 >4СО + Н2 С + Н2О > СО + Н2 С + СО2 >2СО Ацетилен түзілуінің жиынтық реакциясын мынадай түрде көрсетуге болады: 6СН4 + 4О2 > С2Н2 + 8Н2 + 3СО + СО2 + 3Н2О 15000С-тан төмен болмайтындай температураға жеткізу тиіс болғандықтан үдерісті технологиялық рәсімдеуге бұның кейбір шектелімдері болады. Біріншіден, таза оттекті пайдалану қажет, өйткені ауада болатын азот метанды жандырғандағы біраз жылуды жұтады және химиялық реакцияларға қатысуы мүмкін. Екіншіден, максималды температураға жетуді жеңілдету үшін газды алдын ала қыздыру керек. Алайда шикізатты алдын ала қыздырудың дәрежесі метанның крекингілеуі басталатын температурамен және тұтанудың ертерек иницирлену қауіптілігімен шектелген. Бастапқы газ қоспасында оттектің метанға көлемдік қарым-қатынасы 1:2 болады. Ацетиленнің өнеркәсіптік қолданылуы. Егер бұрын ацетиленді негізінен автогендік пісіруге қолданса, қазіргі кезде оның 50%-нан артығын химиялық өнімдер өндіру үшін шикізат ретінде пайдаланады. Ацетиленнен алынатын негізгі өнімдер мономерлер (хлорлы винил, винилацетат, акрилонитрил, винилацетилен, винил эфирлері) болып табылады. Олар пластикалық массалар, синтездік талшықтар және каучуктер өндіру үшін шикізат болады; көптеген оттекқұрамды өнімдерді (спирттер, күрделі эфирлер, қышқылдар, кетондар) алу үшін пайдаланатын ацетальдегид; еріткіш ретінде қолданылатын хлортуындылар (хлорэтилендер). 28. Ацетилен негізіндегі синтездер. Ацетилен негізіндегі полимерлер. Ацетиленнің реакцялық қабілеті жоғары! CuCl₂ қатысындағы полимеризация нәтижесінде тізбекті димерлер, тримерлер және т.б. түзіледі. Басқа жағдайларда реакция циклдік қосылыстар – бензол түзумен жүреді: Хлорлау: Гидрохлорлау: Гидратациялау: Ацетилен негізіндегі полимерлер: Ацетилен негізіндегі синтездер: Карбонилді қосылыстармен конденсациясы: Ацетальдегид (сірке альдегиді) — табиғатта кең таралған және көп мөлшерде индустриалды түрде өндірілетін маңызды альдегидтердің бірі. Сірке альдегиді ацетиленді гидратация арқылы сынап тұздарының қатысуымен (Кучеров реакциясы) алынады, ол альдегидке изомерленетін энол түзеді. Бұл әдіс бұрын мыс немесе күміс катализаторында этил спиртінің тотығуы немесе дегидратациясымен жүретін Вакер процесі пайда болғанға дейін басым болды. Винилдеу: Азот қышқылымен нитрлеу: жүктеу/скачать 1,86 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|