Введение

 

       Промышленность  основного органического синтеза  занимается производством важнейших органических веществ, которые являются исходными материалами (промежуточными продуктами) для получения более сложных органических соединений или находят самостоятельное применение в народном хозяйстве.

       Продуктами  основного органического синтеза  являются относительно простые по строению органические вещества: углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные и др.

       Продукты  основного органического синтеза нашли применение в производстве пластмасс и смол, органический красителей, синтетического каучука, фармацевтических продуктов и многого другого.

       В начальный период развития промышленности органического синтеза для получения органических соединений применяли главным образом растительное и животное сырье (древесину, сахаристые вещества и т.д.), а также продукты переработки каменноугольной смолы (бензол, толуол и др.).

       В настоящее время многочисленные продукты органического синтеза производят из углеводородных газов. Важнейшим сырьем в современной промышленности основного органического синтеза являются углеводороды, олефины, диолефины, ацетиленовые углеводороды, ароматические соединения и т.д.

       Множество реакций, используемых при синтезах, может быть сведено к нескольким, наиболее часто втречающимся типам реакций. Это окисление и восстановление, дегидрирование и гидрирование, сульфирование, нитрование, полимеризация, изомеризация и др.

       К продуктам основного органического  синтеза относятся предельные,  непредельные и ароматические углеводороды и их производные. Промышленность основного органического синтеза в больших масштабах производит разнообразное сырье для производства других органических соединений, в частности мономеры, а также продукты, используемые в народном хозяйстве в качестве растворителей, хладагентов,  ядохимикатов, высококипящих теплоносителей, антифризов, добавок к топливу, моющих средств и пр. Ассортимент и объем выработки продуктов основного органического синтеза возрастают с каждым годом.

       Сырьем  для производства продуктов основного  органического синтеза служат парафины, олефины, диолефины, ацетиленовые и ароматические углеводороды, а также окись углерода и водород. Источниками углеводородов, окиси углерода, водорода являются нефть, уголь и природные горючие газы. 
 
 
 

1. Теоретическая часть

 

1.1. Актуальность  проблемы 

       Этиловый  спирт – С₂Н₅ОН является одним из важнейших исходных веществ в современной промышленности органического синтеза и занимает по объему производства первое место среди продуктов органического синтеза (мировое производство составляет 2,5 млн. тонн).  

1.2. Физико-химические свойства сырья

1.2.1. Физико-химические  свойства серной кислоты 

       Физические  свойства:

       Моногидрат  серной кислоты – бесцветная маслянистая жидкость с температурой кристаллизации 10,37^оС и плотностью 1,85 т/м³. С водой и оксидом серы (VI) он смешивается во всех отношениях, образуя гидраты и соединения с оксидом серы (VI).

      Эти гидраты и соединения с оксидом  серы имеют различные температуры кристаллизации и образуют ряд эвтектик. Некоторые из этих эвтектик имеют температуру кристаллизации ниже нуля и близкие к нулю. Из диаграммы кристаллизации системы «оксид серы (VI) – вода» следует, что этому условию отвечают эвтектики, образованные соединениями серной кислоты с водой и оксидами серы.

      Эти особенности серной кислоты учитываются  при выборе её товарных сортов, которые по условиям производства и хранения должны иметь низкую температуру кристаллизации.

      Температура кипения серной кислоты также  зависит от её концентрации, то есть состава системы «оксид серы (VI) – вода». С повышением концентрации водной серной кислоты температура кипения её возрастает и достигает максимума 336,5^оС при концентрации 98,3%, что отвечает азеотропному составу, после чего снижается. Температура кипения олеума с увеличением содержания свободного оксида серы (VI) снижается от 296,2^оС (температура кипения моногидрата) до 44,7^оС, отвечающей температуре кипения 100%-ного оксида серы (VI).

Химические  свойства:

       1. Серная кислота образует два ряда солей – средние (сульфаты)  и кислые (гидросульфаты).

       NaOH+H₂SO₄ =NaHSO₄ +H₂O,

       2NaOH+H₂SO₄ =Na₂SO₄ +2H₂O.

       2. Разбавленная серная кислота  растворяет только металлы, стоящие в ряду напряжения левее водорода:

       Zn+ H₂SO₄ =ZnSO₄+2H₂­.

       3. Концентрированная серная кислота – сильный окислитель, может восстанавливаться до SO₂, S или H₂S:

       2Ag+2H₂SO₄=Ag₂SO₄+SO₂­+2H₂O,

       S+2H₂SO₄=3SO₂­+H₂O.

       4. Качественная реакция на серную  кислоту и её соли:

       (NH₄)₂S₂O₈+Ag→Ag₂SO₄+(NH₄)₂SO₄

       5. При нагревании паров серной кислоты выше 400оС она подвергается термической диссоциации по схеме:

                                    400^o                   700^o

2H2SO4«2H2O+2SO3«2H2O+2SO3+O2. 

1.3. Физико-химические  свойства этилового спирта и его применение

 

       Физические  свойства:

       Этанол  – бесцветная подвижная жидкость с жгучим вкусом и характерным спиртовым запахом. Спирт легче воды, его плотность  r =0,8 г/см³, температура кипения равна 78,3^°С, температура плавления равна – 114,15^°С. Удельный вес чистого спирта равен 0,7893.

       Температура самовоспламенения этанола составляет 422,8⁰ С. С воздухом пары этанола образуют взрывчатые смеси с температурой вспышки 13^о С в достаточно узких пределах взрываемости: нижний 3,28% об. и верхний 18,95% об. Этанол обладает наркотическим действием, ПДК этанола равна 1000 мг/м³.

       Химические  свойства:

1. Этанол смешивается во всех отношениях с водой, спиртами, глицерином, диэтиловым эфиром и другими органическими растворителями. С некоторыми из них (водой, бензолом, этилацетатом, хлороформом) он образует азеотропные смеси различного состава.
2. Реакции с щелочными металлами:

2С₂Н₅ОН+2К=2С₂Н₅ОК+Н₂

       Применение:

       Этиловый  спирт используется во многих производствах. Этанол используется в качестве растворителя в лакокрасочной, кино-, фото- и бытовой химии. Используется для различных синтезов: производство дивинила ( перерабатывается в синтетические каучуки), хлоралля ( используется для получения одного из важнейших инсектицидов), этилацетата , этилового эфира, флороформа и других сложных эфиров. Окислением этанола получают пищевую уксусную кислоту. Путем взаимодействия с хророводородом получают хлорэтан для местной анестезии. Спирт применяют для приготовления многих лекарств. В парфюмерии он идет на производство духов и одеколонов. Применяется в качестве компонента ракетного топлива и антифризов. Используется в качестве топлива для двигатей внутреннего сгорания. Этанол применют для производства взрывчатых веществ. Значительная часть производимого спирта идет для производства спиртных напитков.

1.4. Исторический очерк производства

 

       Этанол  известен человеку с глубокой древности. Первые упоминания о нем относятся  к VIII веку. В XI – XII веках этанол получали ректификацией виноградного вина.  С XII века этанол применяли в медицине, а с 1600 года в химических экспериментах для экстракции органических веществ. В 1682 году И. Бехер впервые описывает метод получения водного этанола из картофеля, а в 1748 году опубликовано сообщение Шведской академии наук о промышленном использовании этого метода. Безводный этанол впервые получает в России  Т. Е. Ловиц. В 1798 А. Арганд применяет метод ректификации для перегонки этанола и с 1820 года его используют в промышленном масштабе. В 1783 году А. Лавуазье устанавливает элементный состав этанола и пытается объяснить механизм спиртового брожения, окончательно выясненный в XIX веке. В 60-х годах XIX века Д. И. Менделеев детально исследует системы «этанол – вода» и использует полученные данные  для разработки гидратной теории.

       В нашей стране этанол до 1934 года получали исключительно из пищевого сырья. Но вскоре коммунистическая партия и советское правительство приняли решение о возможно более полной замены при производстве спирта, используемого в технических целях, непищевым сырьем. Поэтому в 1934 году было освоено производство гидролизного этанола, а в 1935 году построен первый гидролизный завод в Ленинграде. На основе работ по сернокислотной гидратации этилена в 1936 году был пущен первый завод в городе Баку. После освоения прямой гидратации этилена в 1952 году в Сумгаите, в период с 1953 – 1958 годы были введены аналогичные заводы в Саратове, Уфе, Грозном и Самаре. В результате к 1960 году доля синтетического этанола в общем объеме его производства достигла 25%. С 1964 года в стране было полностью прекращено использование пищевого этанола для технических целей. В 1976 году было выработано  около 800 тысяч тонн этанола, в том числе 550 тысяч тонн гидратацией. В настоящее время перевод производства бутадиена с этанольного  на углеводородное сырье высвобождает значительное количество синтетического этанола. Его предполагается использовать для экологически  чистого производства кормовых дрожжей. В то же время, в связи с переориентацией гидролизных заводов также на производство комовых дрожжей, производство гидролизного этанола прекращается. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.5. Основные промышленные способы производства этанола

 

       В Росии промышленно производятся три разновидности этилового спирта: из пищевого сырья, синтетический и гидролизный.

       Промышленные  способы производства этанола, а вместе с тем и структура потребляемого для этой цели сырья, непрерывно изменялись. На смену ректификации вина пришли методы, основанные на химической переработке сырья. В настоящее время все промышленные методы производства этанола и, сооответственно, сорта производимого продукта делятся на несколько групп:

       Осахаривание  крахмала.

         Производство этилового спирта  методом сбраживания углеводов  растительного происхождения основано на веками сложившейся технологии. В качестве сырья может быть использована меласса( отходы производства сахара), сок сахарного тростника, крахмадлосодержащие продукты ( зерновые, картофель, рис).

         Этим способом спирт получается  в больших количествах брожением сахаров в присутствии микроскопических грибков из дрожжей, а также из сладких плодов.

       Реакция брожения сахара, например глюкозы, соответствует уравнению Гей-Люссака. Зерна и картофель не подвергаются непосредственному брожению: крахмал, являющийся полисахаридом, превращается мначала в мальтозу – дисахарид, подвергающийся затем брожению. Такая реакция гидролиза протекает при действии фермента – амилазы, или диастазы, содержащемся в проросшем ячмене (содлоде). Крахмал, соответственно зерна или картофель, смешивают с водой при 60°С, получая при этом клейстер, затем прибавляют измельченные проросшие зерна ячменя. Крахмал быстро гидролизуется, растворяясь в воде. При охлаждении добавляют дрожжи, которые производят спиртовое брожение. Продукт брожения – жидкость, содержащую 12-18% спирта, перегоняют. При этом получается сырой спирт, концентрация которого зависит от эффективности применяемых аппаратов. Современные аппараты с дефлегматорами дают при перегонке 94-95% спирт. Далее спирт ректифицируют для удаления всех побочных продуктов, к которым относятся: небольшое количество уксусного альдегида, смесь высших спиртов, называемая «сивушным маслом» и немного глицерина. Если продукт используют для технических целей,  то далее могут следовать стадии обезвоживания и денатурации. Кубовые остатки концентрируются и используются в качестве удобрений, либо идут на корм скоту.