Основні процеси та реакції органічного синтезу
Способи переробки будь-якої сировини визначаються характером продуктів, які намагаються отримати, а також складом та властивостями вихідних вуглеводнів.
Для виробництва продуктів органічного синтезу використовуються типові реакції органічної хімії: галогенування, сульфування, окиснення, відновлення, гідрування та дегідрування, гідратація та дегідратація, нітрування, алкилювання, циклізація, ізомеризація тощо (ширше типи органічних реакцій будуть розглянуті під час практичних занять). Класифікація процесів органічного синтезу за видами реакцій виправдана тим, що більшість з них відбуваються в кінетичній області, тобто загальна швидкість процесу v визначається швидкістю хімічної реакцї і знаходиться за рівнянням:
або
в якому рушійна сила процесу DC дорівнює добутку концентарцій реагуючих речовин у відповідності до кінетичного рівняння, яке визначає порядок реакції, а константа швидкості підпорядковується рівнянню Арреніуса.
В процесах органічного синтезу, як правило, відбувається не одна хімічна реакція, а декілька паралельних та послідовних реакцій. В результаті окрім цільового продукту отримують побічні продукти та відходи. Відповідно до кількості реакцій константа швидкості сумарного процесу може бути складною функцією констант швидкостей декількох реакцій:
причому функціональна залежність може сильно змінюватися з підвищенням температури, тиску і концентрації реагуючих речовин та будь-яких інших параметрів режиму.
Інтенсифікація процесів органічного синтезу здійснюється внаслідок підвищення температури і використання селективних каталізаторів, які прискорюють лише основну реакцію. Полімеризацію, гідрування та інші процеси, які відбуваються зі зменшенням об'єму, часто проводять при підвищених і високих тисках для прискорення та підвищення рівноважного виходу продуктів. При підвищеному тиску доцільно проводити процеси абсорбції газів, які часто зустрічаються в органічному синтезі. Зворотні процеси десорбції, дегідрування, розщеплення молекул з отриманням газоподібних продуктів доцільно проводити під вакуумом.
В газових реакціях окиснення, хлорування, гідрування рушійну силу DC і швидкість процесу v збільшують, змінюючи температуру і тиск та зміщують цим рівновагу в сторону цільового продукту. А використання процесів сорбції збільшує рушійну силу процесу за рахунок підвищення концентрації реагуючих речовин або відводу готового продукту з зони реакції.
Використання різноманітних засобів інтенсифікації виробничих органічних процесів часто обмежується стійкістю органічних сполук.
Поруч з каталізаторами для збільшення константи швидкості процесу у виробництві органічних напівпродуктів використовують різноманітні ініціатори, фотосинтез та радіаційне ініціювання.
Під впливом йонізуючого опромінення можуть бути проведені процеси окиснення парафінових вуглеводнів, хлорування бензену, полімеризація етену, отримання привитих полімерів, вулканізація каучуків тощо. Утворені продукти в багатьох випадках мають цінніші властивості, ніж ті, що отримані традиційними шляхами. Так, в результаті дії опромінення сульфований поліетилен має підвищену теплостійкість, а також стійкість до дії неорганічних кислот, сильних окисників (навіть озону).
Для прискорення гетерогенних процесів, які відбуваються в дифузійній області, використовують перемішування фаз для заміни молекулярної дифузії конвективною, що знижує дифузійний опір, який заважає взаємодії компонентів реакції. Використання тих чи інших методів інтенсифікації визначається їх економічною доцільністю. Одночасно з впровадженням нових технологічних схем та процесів безперервно покращують і апаратурне оформлення. Нові сучасні апарати забезпечують безперервний процес по всій технологічній лінії при комплексній переробці сировини.