65. Формальдегид өндірісі, технологиялық сызбанұсқалары

Формальдегид өндірісі. Өнеркәсіпте метанолды тотықтыру арқылы формальдегид алу кең тараған. Бұл технологиялық процесті совет ғалымы Е.И.Орлов зерттеп,игерген.

Метил спиртінің булары ауа оттегімен 500-700⁰С-та, пемзаға жағылған күміс катализаторы тотығады:

СН₃ОН + 1/2О₂ Н-СОН + Н₂О + Q

Стехиометриялық мөлшерден аз болатындай етіп ау бергенде, метил спиртін дегидрлеу эндотермиялық реакциясы жүреді:

С Н₃ОН Н-СОН + Н₂ – Q

Метанолды ыстық сумен қыздырғанда 45-55⁰С, спирт буландырғышында буланады. Барботер арқылы спиртбуландырғышына ауа беріледі. Осындай әдіспен спирт-ауа қоспасы дайындалады, оның құрамы 1 л. Спирт-ауа қоспасына 0,5 г СН₃ОН келеді. Спирттің төмен концентрациясында спирт-ауа қоспалары жарылуға қауіпті, жоғары болса қосымша реациялар күшейеді. Спирт-ауа қоспасынан спирт буларының конденсациясын болдырмау үшін, спирт қыздырғышы қарастырылған. Онда қоспа 110⁰С дейін қыздырылады. Қыздырылған спирт-ауа қоспасы контакт аппаратына түседі, ол жерде күміс катализаторы қабатында 650-700⁰С температурада формальдегид түзіледі. Бекітілген процесте тотығу автотермиялы түрде жүреді. Катализатор қабатындағы температуралық режимді аппаратқа берілетін спирт-ауа қоспасының температурасы мен мөлшерін өзгерту және де құбырға түсетін суды өзгерту арқылы реттейді.

Контакт аппаратында метил спиртінің тотығуы мен дегидрлену реакцияларынан басқа, қосымша реакциялар жүреді. Олардың нәтижесінде метан, көміртегі тотығы, аз мөлшердегі құмырсқа қышқылы т.б. өнімдер түзіледі.

Катализатор қабатынан шығатын контактты газ құрамында 20-21 % формальдегид , 36-38 % азот, СО₂, СО, СН₄, СН₃ОН т.б. қоспалары болады.

Бұл газ контакт аппаратының тоңазытқышында сумен 110-130⁰С төмен түсірмеу керек. Содан соң, реация өнімдері тоңазытқышта 4 сумен суытылып, тарелкалы абсорберге 5 беріледі, онда формальдегид сумен абсорбцияланады. Жылуды шығару үшін абсорбция колоннасы ішкі 33-40 %-ті сулы ерітіндісі колоннаның төмеңгі бөлігінен шығарылады. Оның құрамында метил спиртінің 10 -12 % тұрақтандырғышы бар, соның нітижесінде сақтау процесінде формальдегид полимерленбейді. Формальдегид фенол-формальдегид, карбамид, меламин т.б. шайырлардың өндірісінде, уротропин, гликоль қышқылын, этиленгликоль, глицерин, бяғыштар, жарылғыш заттар, формацевтика препараттарын өндіруде пайдаланылады. Формальдегидтің сулы ерітіндісі – формалин- дезинфекциялаушы зат ретінде пайдаланылады.

66. Химиялық өндірістің катализі. Каталитикалық реакциялардың және катализаторлардың жіктелуі.

Катализ деп химиялық реакциялардың жылдамдығын арттыру немесе оларды катализатор қатысында қоздыру, бұл кезде катализаторлар реагентермен аралық химиялық әсерлеседі, бірақ катализдің аяқталысы мен өзінің химиялық құрамын қалпына келтіреді. Реагентер мен катализаторлардың фазалық жағдайының принципі бойынша каталитикалық процестер екі негізгі топқа бөлінеді: гомогенді және гетерогенді.

Катализатор – химиялық реакцияны шапшаңдататын зат, бұл кезде өзі жұмсалмайды. Катализаторлар ретінде м.б. газадар, сұйықтар, қатты заттар қолданылады.

Катализ оң (процесті жылдамдатады) және теріс (процесті тежейді) деп бөледі. Процесті тежейтін катализаторлар ингибитор деп аталады. Катализаторлар әсерлесуші молекулалардың энергетикалық деңгейлерін өзгертпейді тек берілген температурада теңбе- теңдікке жетуді жылдамтады, тікелей және кері реакциялардың жылдамдық константаларын арттырады. Сондықтан теңдік жағдай өзгермейді.

Катализдің мәні реакциялық жолдың өзгерісі немесе катализатордың бастамашы әсері кезінде құнды механизм бойынша реакцияның жүзеге асырылуы нәтижесінде химиялық реакциялардың белсендіру энергиясын түсіруде жатыр.

Катализаторлар мен каталитикалық реакциялар. Катализатор дегеніміз реагенттермен бірнеше мәрте аралық химиялық өзара әрекеттесуге түсетін, реакцияның стехиометрлік теңдеуіне қатыспайтын, термодинамикалық тепе теңдікті өзгертпейтін бірақ оның жылдамдығын арттыратын затты айтады.

Катализатор бірдей дәрежеде тура және кері реакция жылдамдығын жылдамдатады. Көптеген реакциялар теория жүзінде катализаторсыз мүлде жүзеге аспайды, мысалы, парафинді көмірсутектердің изомерленуі, яғни термодинамикалық бұл реакциялар жүзеге асуы мүмкін ал катализатор қолдану жаңа, катализаторсыз мүмкін емес реакция жолынан тұратын ережеге сай элементарлық сатылардың бірнеше қадамынан тұрады.

Каталитикалық реакциялар мен катализаторлардың жіктелуі. Әрекеттесуші заттардың катализатормен өзара химиялық әсерлесуі мен аралық өнімдердің сипаты бойынша қышқыл-негіздік және тотықтыру-тотықсыздандырушы каталитикалық реакциялар мен сәйкесті катализаторларды бөледі.

Қышқыл-негіздік реакцияларда аралық белсенді бөлшектер болып иондар табылады, катализатор катализатордан реагентке немесе реагенттен катализаторға протондар берілу нәтижесінде олардың түзілуі иницирленеді. Бұл жағдайда катализатор ретінде қышқылдар (қышқылдық катализ) және негіздер (негіздік катализ) болып табылады.

Тотығу – тотықсыздану реакциялары. Бұл катализаторлардың белсенді орталығы толық емес координирленген ауыспалы металл катиондары немесе аниондары болады, оларда толтырылмаған d-орбиталдары бар, ол электрон жұптарының донорлары болып табылатын молекулалар мен координациялық байланыстар түзеді. Каталиттік өзара әрекеттесу реагент молекуласына катализатор молекуласынан және керісінше электрондар өтуімен байланысты. Реакциялар металдармен, тотықтармен, сульфидтермен және комплексті қосылыстармен катализденеді. Сульфидтер, тотықтар, тотықсыздану-тотығу, қышқыл-негізді белсенділікке ие, сондықтан бифункционалды катализаторлар болып табылады.

Мұнайөңдеу өнеркәсібінде жүзеге асатын каталитикалық реакциялар, тотығу-тотықсыздану (гидрогенизация және дегидрогенизация) және қышқылдық (каталитикалық крекинг, изобутанды бутенмен алкилдеу, олефиндерді полимерлеу) реакцияларға жатады. Бифункционалды катализ кең қолданылады (парафинді көмірсутектерді изомерлеу, риформинг, гидрокрекинг).