Промишлени методи за производство на оцетна киселина
Историята на откриването на оцетната киселина, основните характеристики, производство и приложение. Основните методи за производство на оцетна киселина, технологичният процес за производство на оцетна киселина чрез окисляване на ацеталдехид, получаване от метанол и въглероден оксид.
Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу
Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.
Публикувано наhttp://www.allbest.ru/
Оцетната киселина е първата от органичните киселини, станала известна на човека. За първи път е получен от I. Glauber през 1648 г. и в концентрирана форма чрез замразяване на водните му разтвори и разлагане на калциев ацетат със сярна киселина от G. Stahl през 1666-1667 г. Елементният състав на оцетната киселина е установен от J. Berzelius през 1814 г. До началото на 19 век оцетната киселина се произвежда изключително от естествени суровини: пирогенна обработка на дървесина и окислителна ферментация на хранителен етанол с оцетна киселина. Понастоящем производството на оцетна киселина от дървохимически суровини е от второстепенно значение, въпреки че мащабът му се измерва в стотици хиляди тонове. При този метод оцетната киселина се изолира от кондензираната част на парообразните продукти от термичната обработка на дървесина (течност), получена в процеса на изгаряне на дървени въглища. Добивът на киселина е около 20 kg на 1 m 3 дървесина.
Биохимичният метод за производство на оцетна киселина се използва само за производството на естествен хранителен оцет.
Появата на синтетични методи за производство на оцетна киселина е свързана с разработването и промишленото внедряване на реакцията за получаване на ацеталдехид според Кучеров. През 1910-1911г Патентован е процес за производство на оцетна киселинакиселини чрез окисляване на ацеталдехид, а по време на Първата световна война в Германия и Канада промишленото производство е организирано по този метод. С някои технологични промени този метод е запазил своята стойност и е един от основните в продължение на повече от петдесет години.
Оцетната киселина е била единствената известна на древните гърци.
Оттам идва и името му: "оксос" - кисел, кисел вкус. Оцетната киселина е най-простият вид органични киселини, които са неразделна част от растителните и животинските мазнини. В малки концентрации присъства в храните и напитките и участва в метаболитните процеси по време на узряването на плодовете. Оцетната киселина често се среща в растенията, в животинските секрети. Солите и естерите на оцетната киселина се наричат ацетати.
1. Аналитичен преглед
Оцетната киселина е слаба (само частично се дисоциира във воден разтвор). Въпреки това, тъй като киселинната среда потиска жизнената активност на микроорганизмите, оцетната киселина се използва при консервиране на храни, например като част от маринати.
Оцетната киселина се получава чрез окисляване на ацеталдехид и други методи, хранителната оцетна киселина се получава чрез ферментация на етанол с оцетна киселина. Използва се за получаване на лечебни и ароматни вещества, като разтворител (например при производството на целулозен ацетат), под формата на трапезен оцет при производството на подправки, маринати и консерви. Оцетната киселина участва в много метаболитни процеси в живите организми. Това е една от летливите киселини, присъстващи в почти всички храни, кисела на вкус и основната съставка на оцета. Структурата на оцетната киселина представлява интерес за химиците от откриването на трихлороцетната киселина от Дюма, тъй като това откритие нанесе удар на доминиращата тогаваелектрохимичната теория на Берцелиус. Последният, разпределяйки елементите на електроположителни и електроотрицателни, не признава възможността за заместване в органичните вещества, без дълбока промяна в техните химични свойства, на водород (електроположителен елемент) с хлор (електроотрицателен елемент), но междувременно, според наблюденията на Дюма („Comptes rendus“ на Парижката академия, 1839 г.), се оказа, че „въвеждането на хлор на мястото на водорода не променя напълно външните свойства на молекулата, поради което Дюма се чуди дали електрохимичните възгледи и идеи са в покой.за полярността, приписвана на молекулите (атомите) на прости тела, върху толкова ясни факти, че те могат да се считат за обекти на безусловна вяра; ако трябва да се разглеждат като хипотези, отговарят ли тези хипотези на фактите? Трябва да се признае, продължава той, че това не е така.
Берцелиус трябваше да допусне възможността за заместване на водорода с хлор без промяна на химическата функция на първоначалното тяло, в което се извършва заместването. Без да се спираме върху приложението на неговите възгледи към други съединения, ние се обръщаме към трудовете на Колбе, който за оцетната киселина, а след това и за други ограничаващи едноосновни киселини, откри редица факти, които бяха в хармония с възгледите на Берцелиус (Жерар). Отправната точка за работата на Колбе беше изследването на кристално вещество, състава CCl4SO2, получено по-рано от Берцелиус и Марсе чрез действието на царска вода върху CS2 и образувано от Колбе чрез действието на мокър хлор върху CS2. Под действието на светлина и хлор върху C2Cl4, който беше под вода, Колбе получи, заедно с хексахлороетан, трихлороцетна киселина и изрази трансформацията, както следва:на CS2 реакцията на Колбе е първият синтез на оцетна киселина от елементите.
Световното производство на оцетна киселина в момента е над 3,5 млн. т годишно, у нас през 1980 г. са произведени 250 хил. т. По-голямата част от оцетната киселина се произвежда от ацеталдехид, чрез окисление на бутан и бензинови фракции.
Първият агрегат за производство на синтетична оцетна киселина чрез каталитично окисление на ацеталдехид е пуснат в експлоатация в Чернореченския химически завод през 1932 г., а през 1948 г. е организирано промишленото му производство. До 60-те години на миналия век оцетната киселина също се произвежда чрез пиролиза на ацетон през кетен, окисляване на тесни фракции на бензин и изолиране на твърд парафин от продуктите на окисление. В резултат на развитието на синтетичните методи за производство на оцетна киселина техният дял нараства от 50% през 1963 г. до 70% през 1965 г. и до 90% през 1970 г. През същите години общото производство на оцетна киселина в страната се утроява.
През 1963 г. са пуснати в експлоатация нови предприятия за съвместно производство на оцетна киселина и оцетен анхидрид чрез каталитично окисляване на ацеталдехид в течна фаза, а до 1965 г. производството на оцетна киселина по този метод вече е 17% от общия обем на нейното производство в страната. През същите години производството на оцетна киселина чрез карбонилиране на метанол е усвоено в промишлен мащаб.
1.1 Теоретична информация за оцетната киселина
Карбоксилни киселини - органични съединения, съдържащи една или повече карбоксилни групи - COOH, свързани с въглеводороден радикал. Карбоксилната група съчетава две функционални групи - карбонил и хидроксил, които взаимно се влияят: киселинните свойства на карбоксилните киселини се дължат на изместване на електронната плътност къмкарбонил кислород и произтичащата от това допълнителна (в сравнение с алкохолите) поляризация на O-H връзката.
Разтворимостта във вода и високите точки на кипене на киселините се дължат на образуването на междумолекулни водородни връзки.
С увеличаване на молекулното тегло разтворимостта на киселините във вода намалява.
Карбоксилните киселини са силно реактивоспособни. Те реагират с различни вещества и образуват различни съединения, сред които от голямо значение са функционалните производни, т.е. съединения, получени в резултат на реакции в карбоксилната група.
Оцетната киселина (етанова киселина) е безцветна течност с остър мирис, с температура на кипене 118,1°C, точка на топене 16,75°C и плътност 1,05 t/m3. Безводната, така наречената "ледена" оцетна киселина образува димер с циклична структура поради водородни връзки.
Критичната температура е 321,6°C. Оцетната киселина се смесва във всички отношения с етанол, диетилов етер, бензен и други органични разтворители и с вода. Разтваря някои неорганични и органични вещества, като сяра, фосфор, целулозни ацетати. С въздуха оцетната киселина образува експлозивни смеси с граници на възпламеняване от 3,3 до 22,0% vol. Точката на възпламеняване е 34°C, температурата на самозапалване е 354°C.
Оцетната киселина е слаба. Неговата константа на дисоциация е 1,75*10-5. Образува множество водоразтворими соли (ацетати) и се естерифицира с алкохоли, за да даде естери. Оцетната киселина е силно корозивна за много метали, особено в пари и при точка на кипене, което трябва да се вземе предвид при избора на материали за оборудване. В ледена киселина те са стабилни както на студено, така и приточка на кипене, алуминиеви, силициеви и хромни чугуни, някои видове неръждаема стомана, но медта се разрушава. Техническата оцетна киселина е по-корозивна, което се увеличава при контакт с въздуха. От неметални материали, устойчиви на оцетна киселина, специални видове керамика и емайллакове, киселинноустойчиви цименти и бетони и някои видове полимерни материали (поливинилхлорид и фенолни пластмаси). Инхибитор на корозията в разтвори на оцетна киселина е калиев перманганат.
В изпаренията оцетната киселина има дразнещ ефект върху дихателните пътища, ПДК за нея е 5 mg/m3.
Синтетичната хранителна оцетна киселина е запалима течност, според степента на въздействие върху тялото принадлежи към вещества от 3-ти клас на опасност. При работа с оцетна киселина трябва да се използват лични предпазни средства (филтриращи противогази). Първа помощ при изгаряния - обилно измиване с вода.
Синтетичната хранителна оцетна киселина се налива в чисти железопътни цистерни, цистерни с вътрешна повърхност от неръждаема стомана, контейнери от неръждаема стомана, контейнери и варели с вместимост до 275 dm3, както и стъклени бутилки и полиетиленови варели с вместимост до 50 dm3. Полимерният контейнер е подходящ за залив и съхранение на оцетна киселина в рамките на един месец. Синтетичната хранителна оцетна киселина се съхранява в херметически затворени резервоари от неръждаема стомана. Контейнери, контейнери, бъчви, бутилки и полиетиленови колби се съхраняват в складове или под навес.
Не се допуска съвместно съхранение със силни окислители (азотна киселина, сярна киселина, калиев перманганат и др.).
Транспортира се в железопътни цистерни от неръждаема стомана 12Х18Н10Т или10X17H13M2T, с горен дренаж.
Таблица 1. Физични свойства на оцетната киселина
Безцветна, прозрачна течност без механични примеси