Промисловий метод одержання оцтової кислоти
Історія відкриття оцтової кислоти, основні характеристики, виробництво та застосування. Основні способи одержання оцтової кислоти, технологічний процес виробництва оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду, одержання з метанолу та оксиду вуглецю.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено наhttp://www.allbest.ru/
Оцтова кислота - перша з органічних кислот, яка стала відома людині. Вперше вона була отримана І. Глаубером в 1648 і в концентрованому вигляді шляхом виморожування її водних розчинів і розкладанням ацетату кальцію сірчаною кислотою Г. Шталем в 1666-1667 рр. Елементний склад оцтової кислоти був встановлений Я. Берцеліусом в 1814 р. До початку XIX століття оцтову кислоту виробляли виключно з природної сировини: пірогенетичною обробкою деревини та окислювальним оцтовокислим бродінням харчового етанолу. В даний час виробництво оцтової кислоти з лісохімічної сировини має другорядне значення, хоча його масштаби вимірюються сотнями тисяч тонн. У цьому методі оцтову кислоту виділяють із сконденсованої частини пароподібних продуктів термічної обробки деревини (жижки), одержуваної у процесі вуглепечіння. Вихід кислоти становить близько 20 кг на 1 м3 деревини.
Біохімічний метод виробництва оцтової кислоти використовують лише виробництва натурального харчового оцту.
Поява синтетичних методів виробництва оцтової кислоти пов'язана з розробкою та промисловою реалізацією реакції одержання ацетальдегіду за Кучеровим. В1910-1911 рр.. патентується спосіб виробництва оцтовоїкислоти окисленням ацетальдегіду, а роки першої світової війни у Німеччині та Канаді за цим методом було організовано промислове виробництво. З деякими технологічними змінами цей метод зберіг своє значення і протягом понад п'ятдесят років є одним з основних.
Оцтова кислота була єдиною, яку знали давні греки.
Звідси і її назва: «оксос» – кисле, кислий смак. Оцтова кислота це найпростіший вид органічних кислот, які є невід'ємною частиною рослинних та тваринних жирів. У невеликих концентраціях вона присутня у продуктах харчування та напоях та бере участь у метаболічних процесах при дозріванні фруктів. Оцтова кислота часто зустрічається у рослинах, у виділеннях тварин. Солі та ефіри оцтової кислоти називаються ацетатами.
1. Аналітичний огляд
Оцтова кислота – слабка (дисоціює у водному розчині лише частково). Тим не менш, оскільки кислотне середовище пригнічує життєдіяльність мікроорганізмів, оцтову кислоту використовують при консервуванні харчових продуктів, наприклад у складі маринадів.
Одержують оцтову кислоту окисленням ацетальдегіду та іншими методами, харчову оцтову кислоту оцтовокислим бродінням етанолу. Застосовують для одержання лікарських та запашних речовин, як розчинник (наприклад, у виробництві ацетату целюлози), у вигляді столового оцту при виготовленні приправ, маринадів, консервів. Оцтова кислота бере участь у багатьох процесах обміну речовин у живих організмах. Це одна з летких кислот, що є майже у всіх продуктах харчування, кисла на смак і головна складова оцту. Будова оцтової кислоти зацікавила хіміків з часу відкриття Дюма трихлороцтової кислоти, оскільки цим відкриттям було завдано удару панівної тодіелектрохімічної теорії Берцеліуса Останній, розподіляючи елементи на електропозитивні та електронегативні, не визнавав можливості заміщення в органічних речовинах, без глибокої зміни їх хімічних властивостей, водню (елемента електропозитивного) хлором (елементом електронегативним), а тим часом за спостереженнями Дюма ("Comptes rendus" Паризької академії, 1839) ) Виявилося, що "введення хлору на місце водню не змінює зовсім зовнішніх властивостей молекули чому Дюма і задається питанням" чи спочивають електрохімічні погляди та уявлення про полярність, що приписується молекулам (атомам) простих тіл, на настільки ясних фактах, щоб їх можна було вважати предметами безумовної віри; якщо ж їх слід розглядати як гіпотези, то чи підходять ці гіпотези до фактів? Слід визнати, продовжує він, що справа інакша.
Берцеліус довелося допустити можливість заміщення водню хлором без зміни хімічної функції початкового тіла, в якому відбуватися заміщення. Не зупиняючись на додатку його поглядів до інших сполук, переходимо до робіт Кольбе, який для оцтової кислоти, а потім і для інших граничних одноосновних кислот знайшов ряд фактів, що гармоніювали з поглядами Берцеліуса (Жерара). Вихідною точкою для робіт Кольбе стало вивчення кристалічної речовини, складу CCl4SO2, отриманого раніше Берцеліусом і Марсе при дії царської горілки на CS2 і утвореного у Кольбі при дії на CS2 вологого хлору. При дії світла і хлору на C2Cl4, що знаходився під водою, Кольбе отримав поряд з гексахлоретаном і трихлороцтову кислоту і висловив перетворення таким рівнянням: (Оскільки С2Сl4 може бути отриманий з CCl4 при пропусканні його через напружену) трубку, а ССl4 утворюється при при нагріванні, Cl2на CS2 то реакція Кольбе була першим за часом синтезом оцтової кислоти з елементів.
Світове виробництво оцтової кислоти становить нині понад 3,5 млн. т на рік, нашій країні 1980 р. було вироблено 250 тис. т. Переважна більшість оцтової кислоти виробляється з ацетальдегіду, окисленням бутанової і бензинової фракцій.
Першу установку з виробництва синтетичної оцтової кислоти каталітичним окисленням ацетальдегіду було пущено на Чорноріченському хімічному заводі в 1932 р., а в 1948 р. було організовано її промислове виробництво. До 60-х років оцтова кислота вироблялася також піролізом ацетону через кетен, окисленням вузьких фракцій бензину, а також виділенням продуктів окислення твердого парафіну. У результаті розвитку синтетичних методів виробництва оцтової кислоти питома вага їх зросла з 50% у 1963 р. до 70% у 1965 р. та до 90% у 1970 р. За ці ж роки загальний обсяг виробництва оцтової кислоти в країні зріс утричі.
У 1963 р. були введені в дію нові підприємства із спільного виробництва оцтової кислоти та оцтового ангідриду каталітичним окисленням ацетальдегіду в рідкій фазі та до 1965 р. виробництво оцтової кислоти цим методом становило вже 17% від загального обсягу її виробництва в країні. У ці роки було освоєно у промисловому масштабі виробництво оцтової кислоти карбонилированием метанолу.
1.1 Теоретичні відомості про оцтову кислоту
Карбонові кислоти - органічні сполуки, що містять одну або кілька карбоксильних груп - СООН, пов'язаних із вуглеводневим радикалом. Карбоксильна група поєднує в собі дві функціональні групи - карбоніл і гідроксил, що взаємно впливають одна на одну: кислотні властивості карбонових кислот обумовлені зміщенням електронної густини докарбонильному кисню та викликаної цим додаткової (порівняно зі спиртами) поляризації зв'язку О-Н.
Розчинність у воді та високі температури кипіння кислот обумовлені утворенням міжмолекулярних водневих зв'язків.
Зі збільшенням молекулярної маси розчинність кислот у воді зменшується.
Карбонові кислоти виявляють високу реакційну здатність. Вони входять у реакції з різними речовинами та утворюють різноманітні сполуки, серед яких велике значення мають функціональні похідні, тобто. сполуки, одержані в результаті реакцій по карбоксильній групі.
Оцтова кислота (етанова кислота) є безбарвною рідиною з різким запахом, з температурою кипіння 118,1°С, температурою плавлення 16,75°З щільністю 1,05 т/м3. Безводна, так звана «крижана» оцтова кислота утворює за рахунок водневих зв'язків димер циклічної будови.
Критична температура становить 3216°С. Оцтова кислота поєднується у всіх відносинах з етанолом, діетиловим ефіром, бензолом та іншими органічними розчинниками та з водою. Розчиняє деякі неорганічні та органічні речовини, наприклад, сірку, фосфор, ацетати целюлози. З повітрям оцтова кислота утворює вибухові суміші з межами займання від 3,3 до 22,0% об. Температура спалаху дорівнює 34 ° С, температура самозаймання 354 ° С.
Оцтова кислота слабка. Константа її дисоціації 1,75 * 10-5. Утворює численні розчинні у воді солі (ацетати) та етерифікується спиртами з отриманням складних ефірів. Оцтова кислота має високу корозійну активність по відношенню до багатьох металів, особливо в парах і при температурі кипіння, що необхідно враховувати при виборі матеріалів для апаратури. У крижаній кислоті стійки як на холоді, так і притемпературі кипіння, алюміній, крем'янистий і хромистий чавуни, деякі сорти нержавіючої сталі, але руйнується мідь. Технічна оцтова кислота має більшу корозійну активність, яка посилюється в контакті з повітрям. З неметалевих матеріалів стійки по відношенню до оцтової кислоти спеціальні сорти кераміки та емалі, кислототривкі цементи та бетони та деякі види полімерних матеріалів (поліхлорвінілові та фенолальдегідні пластмаси). Інгібітор корозії в розчинах оцтової кислоти – перманганат калію.
У парах оцтова кислота має подразнюючу дію на дихальні шляхи, ГДК для неї становить 5 мг/м3.
Синтетична харчова оцтова кислота - легкозаймиста рідина, за ступенем впливу на організм відноситься до речовин 3-го класу небезпеки. Під час роботи з оцтовою кислотою слід застосовувати індивідуальні засоби захисту (фільтруючі протигази). Перша допомога при опіках - рясне промивання водою.
Синтетичну харчову оцтову кислоту заливають у чисті залізничні цистерни, автоцистерни з внутрішньою поверхнею з нержавіючої сталі, контейнери, ємності та бочки з нержавіючої сталі місткістю до 275 дм 3 , а також у скляні пляшки і поліетиленові б5 в0. Полімерна тара придатна для затоки та зберігання оцтової кислоти протягом одного місяця. Синтетичну харчову оцтову кислоту зберігають у герметичних резервуарах із нержавіючої сталі. Контейнери, ємності, бочки, пляшки та поліетиленові фляги зберігають у складських приміщеннях або під навісом.
Не допускається спільне зберігання із сильними окислювачами (азотна кислота, сірчана кислота, перманганат калію та ін.).
Транспортується в залізничних цистернах, виготовлених з нержавіючої сталі марки 12Х18H10Т або10Х17H13М2Т, з верхнім зливом.
Таблиця 1. Фізичні властивості оцтової кислоти
Безбарвна, прозора рідина без механічних домішок