Тема: Органічний синтез.

План

1. Сировина для органічного синтезу.

2. Процеси органічного синтезу.

3. Синтез метилового спирту.

4. Виробництво етанолу.

5. Отримання бутадієну 1,3 (дівінілу).

6. Отримання галогенопохідних вуглеводнів різних класів.

А) Хлорування парафінових вуглеводнів.

Б) Хлорування бензолу.

7. Виробництво ацетилену.

1. Сировина для органічного синтезу.

В наш час майже весь органічний синтез базується на викопній органічній сировині: нафті, природному газі, кам’яному вугіллі та сланцях. В процесах фізико-хімічних перетворень цих речовин (риформінг, конверсія, крекінг, піроліз, коксування, перегонка і ректифікація, абсорбційно-десорбційні методи) утворюється 5 груп вихідних речовин, з яких отримують багато тисяч інших сполук:

1. парафінові вуглеводні (від СН₄ до сумішей С₁₅- С₄₀);

2. олефіни (головним чином С₂Н₄, С₃Н_6, С₄Н₈);

3. ацетилен;

4. оксид вуглецю і синтез-газ;

5. ароматичні сполуки (бензол, толуол, нафталін).

Крім того, в органічному синтезі використовують у великих кількостях і неорганічні сполуки: кислоти, луги, соду, хлор.

Промисловість органічного синтезу підрозділяють на низку специфічних галузей, серед яких найважливіше місце посідають:

• промисловість основного органічного синтезу,

• нафтохімічного синтезу.

Промисловість основного органічного синтезу займається переробкою названих вище 5 видів вихідних речовин на інші продукти (різні вуглеводні, хлорпохідні, спирти й ефіри, альдегіди і кетони, карбонові кислоти, феноли, нітросполуки та ін.).

За практичним призначенням продукти основного органічного синтезу поділяють на:

• проміжні продукти (напівпродукти) для синтезу інших речовин,

• продукти цільового призначення.

2. Процеси органічного синтезу.

Для виробництва продуктів основного органічного синтезу використовують типові реакції органічної хімії:

• окислення і відновлення,

• гідратації і дегідратації,

• гідрування і дегідрування,

• гідролізу,

• алкілування,

• полімеризації,

• нітрування,

• галогенування та ін.

Промисловість органічного синтезу базується в основному на реакціях синтезу, тобто отриманні складних речовин з простих, але використовують також і реакції розкладу.

В процесах органічного синтезу, як правило, відбувається не одна хімічна реакція, а кілька паралельних і послідовних реакцій. В результаті крім цільових продуктів отримують побічні продукти і відходи виробництва.

У залежності від параметрів технологічного процесу (температура, тиск, концентрація реагентів, використання каталізаторів, ступеню перемішування) з однакової сировини можна отримати різні продукти.

3. Синтез метилового спирту.

СН₃ОН – важлива сполука для отримання багатьох продуктів. В чистому вигляді використовується як розчинник і високооктанова добавка до моторного палива.

Основний метод виробництва – синтез на основі СО і Н₂. За фізико-хімічними умовами проведення та за технологічним оформленням синтез метанолу аналогічний синтезу аміаку. Взаємодія суміші очищених газів відбувається при високих температурах і тисках в присутності каталізаторів. Внаслідок низького виходу кінцевого продукту використовується циклічний процес. Оптимальними є: Т = 620-650ºК; Р = 20-30 МПа; каталізатор цинково-хромовий (Zn + Cr₂O₃); або Т = 490-570ºК; Р = 5-10 МПа, каталізатор мідно-цинково-алюмінієвий (CuO + Zn + Al₂O₃).

Вихід метанолу за 1 цикл складає близько 4%.

Для синтезу використовують суміш газів при співвідношенні СО:Н₂ від 1:4 до 1:8 (синтез-газ). Рівняння реакції:

СО + 2Н₂  СН₃ОН; Н=-11 кДж

При зниженні тиску або підвищенні температури понад оптимальні значення можуть протікати побічні реакції:

СО + 3Н₂  СН₄ + Н₂О; Н= -209 кДж

2СО + 2Н₂  СН₄+ СО₂; Н= -252 кДж

2СО  СО₂ + С

СО + Н₂  СН₂О

2СН₃ОН  (СН₃)₂О + Н₂О

nCО + 2nН₂  С_nН_2n+1ОН + (n-1)Н₂О

СН₃ОН + Н₂  СН₄ + Н₂О

Найбільш суттєвою домішкою є метан.

Для регулюванні температури в реакційних апаратах передбачають введення холодного синтез-газу в простір між полицями, на яких розташований каталізатор. Матеріалом апарату є легована сталь.

Синтез-газ під тиском 1-2 МПа поступає на водяне очищення від СО₂ в скрубер. Після скруберу газ дотискається до потрібного тиску, очищається в адсорбері, який заповнений активованим вугіллям, від пентакарбонілу заліза Fе(СО)₅ (утворюється при взаємодії СО з матеріалом апарату) і поділяється на 2 потоки. Один потік підігрівається в теплообміннику і подається в поличну колону синтезу, другий – в холодному стані спрямовується в розподільники газу між шарами каталізатору. Кожна полиця (шар каталізатору) працює в адіабатному режимі, а весь апарат – зі ступінчастим охолодженням газу.

Реакційні гази охолоджуються в холодильнику і поступають в сепаратор, де конденсат відокремлюється від газів, які не прореагували. Ці гази повертаються в процес. Конденсат, який являє собою метанол-сирець, спрямовується в ректифікаційну колону, зверху якої відганяється діметиловий ефір.

Кубова рідина з першої колони поступає в другу колону. Як дистилят в цій колоні відбирають метанол з водою. Потім метанол відганяють від води гострою парою. З кубу другої колони відводять суміш вищих спиртів. Загальний вихід метанолу 85-95%.

Газові викиди спалюють в котельних установках. Стічні води, які містять до 0,3% метанолу та інших кисневомістких сполук вуглецю, проходять очищення в аеротенках з активним мулом.