«Пояснительная записка..3 Методические рекомендации по изучению предмета и 1. выполнению контрольных работ..6 Рабочая программа дисциплины 2. Технология органических веществ.13 Контрольная работа 1 по дисциплине 3. ...»

Кафедрам разрешается вносить обоснованные изменения в примерный тематический план и содержание предмета: исключать отдельные пункты материала или рассматривать их кратко; вводить новый материал взамен сокращенного или исключенного; переносить изучение части учебного материала в пределах раздела; переносить практические занятия в пределах раздела и из одного раздела в другой, не изменяя цели занятий, и утверждаются руководством учебного заведения.

Рабочая программа составлена в соответствии с Рекомендациями Управления среднего профессионального образования Минобразования России.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

окислительный аммонолиз Контрольная работа Раздел 9. Химико-технологические нильной группе Раздел 10.Химико-технологические процессы на основе водорода и ок- 18 14 4 сидов углерода Тема 10.1.Синтез углеводородов Тема 10.2.Синтез кислородсодержа- 12 щих соединений Раздел 11.Химико-технологические Раздел 12.Химико-технологические ных материалов Тема 12.1.Классификация и физикохимические свойства полимеров Тема 12.2.Производство полимеров Тема 12.3.Получение синтетических каучуков и волокон Курсовое проектирование

ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Раздел 1. ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА Тема 1.1. Парафины Студент должен:

- источники и свойства насыщенных углеводородов, используемых в производстве продуктов органического синтеза;

- способы и технологию выделения парафинов;

- выбирать наиболее целесообразный метод разделения парафиновых углеводородов;

- вычерчивать узлы технологических схем.

Низшие и высшие парафины, их свойства. Источники получения низших парафинов, их характеристика. Способы выделения низших парафинов. Газофракционирующие установки. Технологическая схема разделения углеводородов С1 – С5.

Нефть – источник получения высших парафинов. Химический состав, классификация нефти. Подготовка нефти к переработке, прямая гонка нефти.

Способы выделения высших парафинов: кристаллизация, карбамидная депарафинизация, выделение на цеолитах.

Технологическая схема выделения н-парафинов (Парекс-метод).

Изомеризация парафинов.

Практическое занятие:

Выбор оптимального метода разделения парафиновых углеводородов.

Вычерчивание технологических схем.

Изучая данную тему, студенты должны уяснить, что производство органических веществ базируется преимущественно на ископаемом органическом сырье – нефти, природном газе, угле. Из него получают весь ассортимент исходных веществ для органического синтеза: парафины, олефины, ароматические соединения, ацетилен и синтез-газ.

Технически важные для органического синтеза насыщенные углеводороды можно разделить на следующие группы: низшие парафины (от С1 до С5) и высшие парафины (примерно от С10 до С40).

Главным источником низших парафинов (С1 - С5) являются природный и попутный газ, газ газоконденсатных месторождений, а также нефтезаводские газы от процессов переработки нефтепродуктов в присутствии водорода. Изучая свойства низших парафинов следует отметить, что разница в температурах кипения достаточно велика, и это позволяет разделить их ректификацией – наиболее распространенный метод, кроме того можно использовать способы абсорбции, адсорбции, конденсации. Изомеризация парафинов – дополнительный источник.

Главным источником высших парафинов является нефть. Для их выделения применяют несколько методов. Способ кристаллизации используют в двух вариантах: с растворителями и без них. Перспективным является Парекс-метод, применим к любым фракциям, дает высокую степень извлечения н-парафинов.

Ценнейшим сырьем для химической промышленности является нефть. Она представляет собой сложную многокомпонентную смесь углеводородов различных классов. Обратите внимание на различные виды классификации нефти, подготовку нефти к переработке, перегонку нефти. /1.52с.-71с., 3.16с.-85с., 6.8с.-53с./ 1. Как выбрать оптимальный метод разделения парафиновых углеводородов.

2. Вычертите технологическую схему разделения углеводородов С1 - С5 по 3. Свойства высших парафинов и методы их выделения из сырьевых источников.

4. Характеристика Парекс-метода.

5. Механизм реакции изомеризации н-парафинов, обоснование выбора условий процесса.

6. Сравнительная характеристика методов выделения н-парафинов.

7. Состав нефти, ее классификация, сущность подготовки нефти к переработке.

8. Охарактеризуйте прямую перегонку нефти.

Тема 1.2. Олефины Студент должен:

- сырьевые источники олефинов;

- теоретические основы термического и каталитического крекингов;

- технологию термического и каталитического крекинга;

- способы выделения олефинов из продуктов крекинга и пиролиза;

- описывать уравнениями реакций химические процессы термического и каталитического крекинга;

- выбирать экологически более целесообразный способ получения и выделения олефинов;

- использовать ЕСКД при составлении технологических схем.

Низшие и высшие олефины, их свойства. Методы получения олефинов в промышленности. Теоретические основы термического крекинга и пиролиза.

Технология термического крекинга и пиролиза. Выбор оптимальной конструкции печи пиролиза, сравнение различных типов печей пиролиза.

Теоретические основы каталитического крекинга. Технология каталитического крекинга. Схема реакционного узла флюид-процесса.

Выделение и концентрирование олефинов. Разделение газов пиролиза методом низкотемпературной ректификации, технологическая схема разделения газов при пиролизе бензина.

Концентрирование и разделение фракций олефинов. Выделение бутадиенаиз фракций С4 экстрактивной ректификацией с диметилформамидом.

Практические занятия:

Составление элементов технологических схем.

Описание отдельных узлов технологических схем.

Экологическая оценка различных способов получения олефинов.

Изучите методы получения олефинов, свойства олефинов, обратите внимание на реакционную способность олефинов.

Главным методом получения олефинов в промышленности являются процессы расщепления нефтяных фракций или углеводородных газов. Эти процессы можно разделить на две группы: термические (пиролиз и термический крекинг парафинов) и каталитические (каталитический крекинг). Первые осуществляют для целевого получения олефинов, а вторые – для производства бензина, и олефины получаются как побочный продукт. Кроме того, часть олефинов получают дегидрированием соответствующих парафинов, а некоторые олефины – реакциями их взаимного превращения (олигомеризация и диспропорционирование).

При изучении теоретических основ процессов крекинга и пиролиза обратите внимание на термодинамическую стабильность углеводородов, влияние давления на состав продуктов. Например, относительный выход продуктов (бензина, смолы пиролиза), газа пиролиза, кокса зависит от трех основных факторов: вида сырья, температуры и времени контакта.

При изучении технологии процессов пиролиза и крекинга следует обратить внимание, что пиролиз относится к числу очень энергоемких производств, в котором важное значение имеет утилизация тепла горячих газов, поэтому существующие схемы реакционных узлов различаются способом подвода тепла. Основной особенностью каталитического крекинга, определяющей его технологическое оформление, является быстрое закоксовывание катализатора, ведущее к потере его активности, рассмотрите пути совершенствования процесса.

Выделение и концентрирование олефинов зависит от состава продукта пиролиза или крекинга. Газы крекинга разделяют чаще всего абсорбционно - ректификационным методом, а газы пиролиза низкотемпературной ректификацией.

/1.63с.-71с., 6.31с.-53с./ 1. Охарактеризуйте условия термического крекинга и пиролиза.

2. Устройство и принцип действия печи пиролиза.

3. Химические реакции, протекающие при термическом крекинге и пиролизе.

4. Какие факторы влияют на выход и состав продуктов процессов крекинга 5. Обоснование методов выделения и концентрирования олефинов.

Тема 1.3. Ароматические углеводороды Студент должен:

- источники сырья для получения ароматических углеводородов;

- теоретические основы и технологию каталитического риформинга;

- технологическую схему платформинга;

- теоретические основы и технологию изомеризации алкилароматических углеводородов;

- выбирать экологически целесообразный способ выделения ароматических углеводородов;

- рассчитывать основные показатели стадий химических превращений;

- вычерчивать отдельные узлы технологических схем (по описанию).

Ароматические углеводороды, их характерные особенности.

Источники получения ароматических углеводородов: пиролиз, риформинг нефтепродуктов и коксование каменного угля.

Ароматизация нефтепродуктов. Технология каталитического риформинга и платформинга. Коксование каменного угля. Коксовые печи, конденсация, улавливание летучих продуктов.

Выделение и концентрирование ароматических углеводородов. Технологическая схема экстракционного выделения ароматических углеводородов. Изомеризация гомологов бензола. Технология изомеризации ароматических углеводородов.

Изомеризация алкилароматических углеводородов.

Практические занятия:

Характеристика и расчет основных показателей химических превращений ароматических углеводородов.

Сравнение различных технологических схем получения ароматических углеводородов.

По своей ценности в качестве исходных веществ для органического синтеза ароматические углеводороды занимают второе место после олефинов. Главным источником получения ароматических углеводородов являются процессы ароматизации ископаемого сырья, а именно пиролиз и риформинг нефтепродуктов и коксование каменного угля. При пиролизе нефтепродуктов с целью получения низших олефинов образуется большое количество ароматических соединения, которые можно из них выделить. Изменяя температуру и время контакта можно получить продукты с различным содержанием ароматических соединений. Обратите внимание на зависимость состава сырья, режима пиролиза, состава продуктов.

Назначение процессов платформинга, рениформинга, особенности технологии.

Коксование каменного угля как источник ароматических углеводородов.

Устройство коксовых печей. Обоснование выбора метода выделения ароматических углеводородов.

Изомеризация ароматических углеводородов, как дополнительный источник получения гомологов бензола, особенности химизма процесса, определение факторов, влияющих на процесс, обоснование выбора катализатора.

Глубина протекания основной и побочных реакций процессов получения ароматических углеводородов определяется селективностью, конверсией и выходом на пропущенное сырье. Примеры расчетов показаны в разделе «Основные показатели стадии химического превращения», соответствующих учебнику по списку литературы. /2.14с., 5.13с., 6.57с.-72с./ 1. Цель ароматизации нефтепродуктов, способы получения ароматических углеводородов.

2. Особенности процессов риформинга, платформинга.

3. Назначение процесса коксования каменного угля, переработка продуктов 4. Сравнительная характеристика методов получения ароматических углеводородов.

Тема 1.4. Ацетилен Студент должен:

- характерные особенности различных способов производства ацетилена;

- теоретические основы и технологию производства ацетилена из углеводородного сырья и карбидным методом;

- давать сравнительную характеристику способов получения ацетилена;

- обосновывать параметры процессов получения ацетилена;

- анализировать технологические схемы процессов и обвязку аппаратов;

- давать технико-экономическую характеристику процессов и применяемого оборудования.

Ацетилен, его значение для органического синтеза. Техническая характеристика и особенности свойств ацетилена.

Способы получения ацетилена. Получение ацетилена из карбида кальция.

Ацетиленовые генераторы, их классификация. Примеси и очистка ацетилена.

Пиролиз углеводородов с получением ацетилена. Окислительный пиролиз:

особенности протекания химических реакций, параметры процесса. Технологическая схема окислительного пиролиза природного газа. Состав газов пиролиза и их разделение.

Охрана окружающей среды в производстве ацетилена.

Практическое занятие:

Характеристика, расчет и обоснование технологических показателей и параметров процессов получения ацетилена.

Студенты должны знать особенности свойств ацетилена и его значение для органического синтеза.

Промышленное значение имеют два метода производства ацетилена - карбидный и из углеводородов.

При получении ацетилена из карбида кальция применяют генераторы трех систем: «карбид в воду», «вода на карбид», контактные генераторы, их сравнительная характеристика.

Студенты должны изучить химизм процесса получения ацетилена из метана, этана, пропана, условия процесса.

Существуют три способа получения ацетилена из углеводородного сырья:

окислительный пиролиз, пиролиз и электрокрекинг. Окислительный пиролиз метана для получения ацетилена имеет наибольшее применение. Существенную роль играет правильный подбор соотношения О2:СН4 от него зависит температура процесса, определяющая выход ацетилена, а условия определяют конструкцию реактора.

При изучении материала обратите внимание на конструкцию оборудования в технологической схеме окислительного пиролиза и необходимость защиты водного бассейна от производственных стоков, отходов, предупреждения выброса газовых смесей в атмосферу. /3.67с.-79с., 5.13с.-14с./ Устройство и принцип действия генераторов для получения ацетилена.

Достоинства и недостатки генераторов для получения ацетилена.

Перспективные способы получения ацетилена.

Способы охраны окружающей среды в производстве ацетилена.

Тема 1.5. Оксид углерода и синтез-газ Студент должен:

- теоретические основы и технологию производства синтез-газа;

- определять экономическую целесообразность способов производства синтез-газа;

- вычерчивать реакционные узлы получения синтез-газа (по описанию);

- рассчитывать расходные коэффициенты сырья и энергии.

Технические характеристики синтез-газа и оксида углерода.

Способы получения синтез-газа. Каталитическая конверсия углеводородов. Параметры и реакционные узлы каталитической конверсии углеводородов. Технологическая схема окислительной конверсии метана при высоком давлении. Высокотемпературная конверсия углеводородов. Параметры и реакционные узлы. Технологическая схема высокотемпературной конверсии мазута.

Практические занятия:

Составление схем реакционных узлов.

Расчет показателей химико-технологических процессов, расходных коэффициентов сырья и энергии получения синтез-газа.

В органическом синтезе применяют как чистый оксид углерода, так и его смеси с водородом (синтез-газ). В настоящее время для производства синтез-газа преобладающее значение получила конверсия углеводородов, которую осуществляют в двух вариантах: каталитическом и высокотемпературном. Сырьем для нее может служить метан или природный газ, а также жидкие фракции нефти.

При изучении материала по программе обратите внимание на факторы, определяющие условия и технологию каталитической конверсии и высокотемпературной.

Дайте обоснование компоновке узлов технологических схем получения синтез-газа. /6.84с.-91с./ 1. Сравнительная характеристика реакционных узлов каталитической конверсии углеводородов.

2. Вычертите технологическую схему высокотемпературной конверсии мазута по ГОСТу.

3. Достоинства и недостатки технологических схем получения синтез-газа.

ОСНОВНЫЕ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ

ГАЛОГЕНИРОВАНИЯ

знать:

- характерные особенности галогенирующих агентов;

- теоретические основы и технологию хлорирования, гидрохлорирования парафинов, олефинов, ароматических углеводородов;

уметь:

- выбирать и обосновывать параметры процессов галогенирования;

- выбирать экономически целесообразный способ производства;

- вычерчивать по описанию технологические схемы и отдельные узлы процессов галогенирования углеводородов;

- рассчитывать тепловые балансы реактора.

ВВЕДЕНИЕ

Тема 2.1. Хлорирование парафинов Технология газофазного хлорирования. Получаемые продукты.

Характерные особенности хлорметанов. Условия и технология производства хлорметанов. Типы реакторов. Мероприятия, исключающие вредные выбросы в окружающую среду.

Галогенированием называют все процессы, в результате которых в органические соединения вводятся атомы галогена.

Галогенопроизводные получают тремя основными путями: замещением, присоединением и расщеплением. Заместительное галогенирование состоит в замещении на атомы галогена атомов водорода, НО- группы или одного атома галогена на другой. Присоединительное галогенирование – присоединение галогенов или галогеноводородов по двойной или тройной связям. Реакции расщепления хлорпроизводных – дехлорирование, дегидрохлорирование, хлоролиз, пиролиз.

При разработке технологии галогенирования углеводородов необходимо учитывать: тепловые эффекты реакций, которые существенно различаются в зависимости от галогена, характеристики галогенирующих агентов – содержание примесей, температуры кипения, растворимость в органических жидкостях, токсичность, коррозирующее действие.

Студенты должны знать свойства и применение хлорпроизводных метана, способы их получения, факторы, влияющие на технологию и качество продукта, мероприятия по защите окружающей среды. Рекомендуется изучить тепловой расчет хлоратора по учебнику /5.81/ 1. Сравнительная характеристика галогенирующих агентов.

2. Техника безопасности в процессе галогенирования.

3. Свойства и применение хлорпроизводных углеводородов.

4. Факторы, определяющие технологию производства хлорметанов.

Тема 2.2. Хлорирование ненасыщенных углеводородов Технология жидкофазного хлорирования. Получаемые продукты.

Получение 1,2-дихлорэтана. Техническая характеристика и применение.

Условия процесса получения и типы реакторов. Технологическая схема получения 1,2-дихлорэтана.

Тема 2.3. Гидрохлорирование ненасыщенных углеводородов Теоретические основы процесса. Получаемые продукты. Производство хлорвинила. Теоретические основы и технология получения хлорвинила хлорированием ацетилена.

При изучении хлорирования ненасыщенных углеводородов обратите внимание на то, что реакция протекает достаточно быстро даже при низких температурах, но ее ускоряют катализаторы типа апротонных кислот (например FeCl 3).

Механизм процесса состоит в электрофильном присоединении с промежуточным образованием П и – комплексов.

Реакционная способность олефинов зависит от стабильности промежуточного катиона. Наряду с основной реакцией протекают побочные реакции замещения водорода, в результате образуются высшие хлориды. Реакция хлорирования протекает по радикально-цепному механизму.

Студенты должны изучить конструкцию реакционных узлов и технологическую схему получения 1,2-дихлорэтана.

Наибольшее значение имеют процессы присоединения хлорводорода по двойной и тройной связям. Реакции гидрохлорирования, экзотермические и обратимые, протекают в присутствии катализаторов – кислот Льюиса (AlCl3, FeCl3), являющихся переносчиками галогена. Эти факторы учитывают при разработке технологии гидрохлорирования ацетилена с целью получения хлорвинила.

/3.248с.-256с., 6.116с.-120с./ 1. Химизм и условия процесса получения 1,2-дихлорэтана.

2. Сравнительная характеристика реакционных узлов синтеза 1,2дихлорэтана.

3. Выполните технологическую схему получения 1,2-дихлорэтана по ГОСТу.

4. Особенности процессов гидрохлорирования олефинов и ацетиленовых углеводородов.

Тема 2.4. Окислительное хлорирование углеводородов Теоретические основы процесса.

Технология сбалансированного по хлору синтеза хлорвинила из этилена.

Особенности протекания химических реакций, стадии, параметры процесса, технологическая схема комбинированного метода получения хлорвинила.

Технико-экономические показатели, оценки способов получения хлорвинила.

Практические занятия к темам 2.2.-2.4.:

Обоснование параметров ведения технологического процесса и экономической целесообразности.

Материальный и тепловой расчеты реактора.

Расчет элементов реактора.

Тема 2.5. Хлорирование ароматических углеводородов Основные закономерности процессов хлорирования. Получаемые продукты.

Производство хлорбензола. Условия, аппаратурное оформление и технологическая схема получения хлорбензола.

Тема 2.6. Фторирование углеводородов Теоретические основы процесса фторирования.

Получение перфторуглеводородов.

Производство фреонов, их номенклатура, применение.

Важнейшим из процессов, включающих окислительное хлорирование, является сбалансированный метод производства винилхлорида из этилена. Он является комбинацией трех процессов: прямого аддитивного хлорирования этилена в 1,2-дихлорэтан, термического дегидрохлорирования 1,2-дихлорэтана в винилхлорид и окислительного хлорирования этилена в 1,2-дихлорэтан.

Этот метод сейчас является самым экономическим для синтеза винилхлорида. При изучении технологической схемы производства винилхлорида обратите внимание на компоновку узлов, на конструкцию применяемого оборудования.

Хлорбензол получают в промышленности прямым хлорированием бензола сухим газообразным хлором в жидкой фазе.

Реакция хлорирования бензола является экзотермической, хлораторы имеют высокую производительность. Технологическая схема производства хлорбензола включает четыре стадии.

Фторирование – процесс введения атомов фтора в органические соединения. Особенности процессов фторирования, условия. Каталитическое фторирование, металлофторидное фторирование, электрохимическое фторирование.

Фреоны – малотоксичные и негорючие газообразные вещества или низкокипящие жидкости со слабым запахом. Условия и технология производства фреонов. /3.255с.-265с., 6.146с.-148с./ 1. Химизм и условия процесса сбалансированного метода производства винилхлорида из этилена.

2. Технологическая схема синтеза винилхлорида по комбинированному методу.

3. Химизм и условия процесса хлорирования бензола.

4. Четырехстадийный способ получения хлорбензола, показатели процесса.

5. Химизм процессов получения фреонов, условия.

6. Свойство и применение фреонов.

Раздел 3. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ГИДРОЛИЗА, ГИДРАТАЦИИ, ЭТЕРИФИКАЦИИ И

АМИДИРОВАНИЯ

знать:

- общие сведения о процессах гидролиза, гидратации, этерификации, амидирования;

- теоретические основы, параметры и технологию получения продуктов;

уметь:

- обосновывать параметры изученных процессов;

- сравнивать различные способы получения продукта и выбирать наиболее эффективные, экологически чистые производства;

- определять причины нарушения технологического процесса.

ВВЕДЕНИЕ

Продукты процессов, их применение.

Тема 3.1. Гидролиз Теоретические основы гидролиза.

Способы получения глицерина. Утилизация отходов производства глицерина.

Изучая данный раздел, студенты должны знать, что процессы гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации и амидирования имеют очень важное значение в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза.

В области органического синтеза рассматриваемые процессы используют главным образом для производства спиртов С2-С5, фенолов, простых эфиров, оксидов, многих ненасыщенных соединений, карбоновых кислот, сложных эфиров, ангидридов, нитрилов, амидов и других соединений.

Реакциями гидролиза называют процессы замещения или двойного обмена, протекающие под действием воды или щелочей. Их можно классифицировать на реакции гидролиза, идущие с расщеплением связей С-Сl, C-O, C-N и др. Обратите внимание на особенности гидролиза хлорпроизводных углеводородов, при этом кроме замещения хлора может происходить щелочное дегидрохлорирование с образованием ненасыщенных соединений или -оксидов. В отличие от гидролиза, реакции гидратации сводятся к присоединению воды по ненасыщенным С-Ссвязям, по тройной СN связи нитрилов и т.д. Некоторые реакции гидратации равновесны; обратный процесс расщепления воды называют дегидратацией, которая может быть не только внутри-, но и межмолекулярной.

Процесс этерификации – реакции взаимодействия спиртов с органическими кислотами, их ангидридами или хлорангидридами с образованием сложных эфиров.

Процесс амидирования – реакции взаимодействия аммиака, первичных или вторичных аминов с карбоновыми кислотами получают амиды кислот. Эти реакции обратимы и во многом сходны с реакциями этерификации, но отличаются от последних тем, что равновесие сильно смещено вправо.

При изучении темы «Гидролиз» студенты должны обратить внимание на свойства и применение глицерина, условиями получения глицерина из не пищевого сырья:

- гипохлорирование аллилхлорида в дихлоргидрин с последующим его омылением в эпихлоргидрин и щелочным гидролизом;

- гидролиз аллилхлорида в аллиловый спирт с последующим его эпоксидированием пероксидом водорода в глицидный спирт и гидролизом с образованием глицерина;

- изомеризация пропиленоксида в аллиловый спирт и последующей обработкой как во втором методе. /3.211с.-214с., 6.159с.-161с./ 1. Какое применение имеют вещества, получаемые при гидролизе, гидратации, дегидратации, этерификации, амидирования.

2. Напишите уравнения реакций гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации, амидирования.

3. Сравнительная характеристика способов получения глицерина.

Тема 3.2. Гидратация Теоретические основы гидратации. Продукты гидратации.

Получение этилового спирта. Техническая характеристика, свойства, применение. Прямая и сернокислотная гидратация.

Получение этилового спирта прямой гидратацией этилена. Условия ведения процесса, технологическая схема процесса, типы реакторов.

Получение изопропилового спирта различными способами. Реакторабсорбер сернокислотной гидратации пропилена. Условия проведения процесса.

Техника безопасности и охрана окружающей среды при производстве низших спиртов.

Практическое занятие:

Сравнение способов получения этилового спирта, определение причин нарушения технологического процесса.

Тема 3.3. Этерификация Теоретические основы этерификации. Условия ведения процесса, катализаторы и технологическая схема процесса производства этилацетата.

Тема 3.4. Амидирование Теоретические основы амидирования. Важнейшие продукты амидирования.

Спирты из олефинов можно получать прямой гидратацией или косвенно через несколько последовательных реакций. Прямая гидратация олефинов приводит к образованию вторичных или третичных спиртов (кроме этилена, из которого получается этиловый спирт). Из косвенных методов получения спиртов наиболее известен метод, основанный на присоединении серной кислоты к олефинам.

Вначале образуются моно- или диэфиры серной кислоты, которые затем гидролизуют в соответствующие спирты.

При изучении способов получения этилового спирта обратите внимание на факторы, определяющие выбор способа гидратации этилена. Кроме того, известны два технологических способа прямой гидратации этилена, различающиеся подачей пара и методом подогрева парогазовой смеси.

Для получения изопропилового спирта в промышленности применяют метод прямой гидратации пропилена. Способы прямой гидратации пропилена более разнообразны, чем для этилена, в чем сходство и различие этих методов. Чем объясняется повышенное внимание к безопасности производства спиртов.

При изучении производства этилацетата обратите внимание на суммарный выход эфира, который составляет 95% от теоретического, чем это можно объяснить?

Процессы амидирования имеют большое значение для промышленности основного органического и нефтехимического синтеза, так как дают возможность получать весьма ценные продукты и полупродукты для дальнейших синтезов. К числу наиболее важных следует отнести: производства диметилформамида, диметилацетамида, этаноламидов, пластификаторов, гербицидов, маномеров для синтетического волокна. /3.214с.-236с./ 1. Химизм процессов прямой и сернокислотной гидратации олефинов, факторы, влияющие на равновесие реакции гидратации.

2. Достоинства и недостатки способов получения этилового спирта, изопропилового спирта.

3. Обоснование конструкции реактора гидратации этилена.

4. Обоснование выбора метода прямой гидратации пропилена, условия, аппаратурное оформление процесса.

5. Вычертите технологическую схему производства этилацетата, какие факторы влияют на выход продукта.

6. Химизм процессов и условия получения вышеуказанных амидов.

Раздел 4. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

АЛКИЛИРОВАНИЯ

знать:

- теоретические основы и технологию алкилирования парафиновых и ароматических углеводородов;

- анализировать технологические процессы алкилирования, предлагать целесообразные меры по устранению причин нарушения технологического

ВВЕДЕНИЕ

Алкилирующие агенты и катализаторы. Алкилирование по атому углерода, кислорода, серы, азота.

Тема 4.1. Алкилирование парафинов Общая характеристика процессов алкилирования парафиновых углеводородов.

Условия проведения процесса каталитического алкилирования изобутана бутеном. Технологическая схема процесса.

Тема 4.2. Алкилирование ароматических углеводородов Теоретические основы алкилирования ароматических соединений. Факторы, влияющие на выход и состав продуктов. Условия ведения процесса, устройство и принцип действия алкилатора, технологическая схема получения этилбензола.

Практические занятия:

Анализ технологических процессов алкилирования, обоснование мер по устранению причин нарушений технологического процесса.

Расчет материального баланса стадий алкилирования (по индивидуальным заданиям).

Реакции алкилирования занимают одно из важнейших мест в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза, так как позволяют получать и продукты топливного назначения (например, изооктан), и сырье для дальнейших синтезов (этилбензол, изопропилбензол, высшие алкилароматические углеводороды и др.) Олефины, реагируя с парафинами или ароматическими углеводородами, образуют соответственно парафины изостроения или алкилбензолы.

Студенты должны знать, что реакции алкилирования парафинов олефинами осуществляют при нагревании и высоком давлении (термическое алкилирование) или с использованием катализаторов (каталитическое алкилирование). Алкилирование ароматических углеводородов проводят только в присутствии катализаторов. Как можно объяснить различие процессов алкилирования парафинов и ароматических углеводородов?

Обратите внимание на особенности процессов термического и каталитического процессов алкилирования парафинов. Важным показателем термического алкилирования является отсутствие побочных процессов изомеризации. При каталитическом алкилировании парафинов образуется сложная смесь углеводородов с широким интервалом температур кипения. Изучите конструкцию алкилаторов, сравнительную характеристику.

При изучении процесса алкилирования бензола этиленом обратите внимание на химизм процесса алкилирования, состав алкилата, роль катализатора и как эти характеристики процесса учитываются в технологической схеме. /1.113с.с., 3.129с.-135с., 4.93с.-97с./ 1. Напишите уравнения реакций алкилирования парафинов, ароматических углеводородов олефинами.

2. Виды алкилирования парафинов, условия процессов.

3. Механизм реакций термического алкилирования алифатических углеводородов.

4. Определите, какие факторы влияют на получение качественного алкилата при алкилировании изобутана бутеном.

5. Обоснование конструкции алкилатора алкилирования изобутана.

6. Выполните технологическую схему алкилирования изобутана бутеном.

7. Выполните технологическую схему получения этилбензола.

Раздел 5. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

СУЛЬФИРОВАНИЯ

знать:

- теоретические основы сульфирования;

- технологические основы сульфирования парафинов.

Теоретические основы процесса сульфирования парафинов, олефинов, ароматических углеводородов. Условия ведения процессов.

Сульфохлорирование и сульфоокисление.

При изучении процесса сульфирования, студент должен знать что под сульфированием понимают введение в органические соединения сульфогруппы – SO3H. При этом образуются сульфокислоты – R-SO3H, в которых сульфогруппа связана с первичным, вторичным или третичным атомом углерода или с какимнибудь циклом.

Наибольшее промышленное применение нашли реакции сульфирования алкилароматических углеводородов, высших жирных спиртов и -олефинов.

Основные технологические трудности – обеспечение оптимальной температуры и минимальной концентрации сульфирующего агента, разделения сульфокислот и предотвращения потерь (вследствие вторичных реакций, растворимости сульфокислот в остаточной кислоте и т.д.) Сульфохлорирование – это процесс совместного действия диоксида серы и хлора на парафины при облучении ультрафиолетовыми лучами.

Сульфоокисление – это процесс совместного действия диоксида серы и кислорода на насыщенные парафины или циклопарафины при ультрафиолетовом облучении. /3.287с.-296с./ 1. Характеристика сульфирующих агентов.

2. Основные технологические приемы, обеспечивающие получение качественной продукции.

3. Продукты сульфирования углеводородов, их применение.

4. Теоретические основы процесса сульфохлорирования, продукты, применение.

5. Теоретические основы процесса сульфоокисления, продукты, применение.

Раздел 6. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

НИТРОВАНИЯ

знать:

- теоретические основы и технологию нитрования парафиновых и ароматических углеводородов;

- условия выбора нитрующего агента.

Агенты нитрования. Теоретические основы процесса. Нитрование парафиновых углеводородов. Способы нитрования. Условия ведения процессов, аппаратурное оформление газофазного и жидкофазного нитрования парафинов. Нитрование циклопарафинов. Условия ведения процесса.

Нитрование ароматических углеводородов. Условия ведения процесса, реакционный узел нитрования ароматических соединений.

Получение аминопроизводных углеводородов и спиртов, их значение.

Получение аминов гидрированием азотсодержащих соединений. Гидрирование нитрилов и амидов кислот.

Нитрование – это введение в молекулу органического соединения нитрогруппы – NO2.

Студенты должны знать: характеристику агентов нитрования, обоснование, применение их для конкретных условий, термодинамику реакций нитрования, как учитывается теплота реакции нитрования в технологии, кинетику и механизм нитрования. Сходство и различие процессов нитрования парафинов, циклопарафинов, ароматических углеводородов.

Амины – продукты замещения атомов водорода аммиака на органические радикалы. По числу замещенных атомов водорода (1,2 или 3) различают соответственно первичные, вторичные или третичные амины. По числу NН2 – групп в молекуле амины делят на моно-, ди-, триамины и т.д. Алифатические амины – основания, по силе близкие к аммиаку, а ароматические – более слабые.

Изучите получение аминов гидрированием азотсодержащих соединений, нитрилов и амидов кислот, применение аминов. /3.265с.-286с., 6.329с.-332с./ 1. Теоретические основы нитрования парафинов.

2. Теоретические основы нитрования циклопарафинов.

3. Теоретические основы нитрования ароматических углеводородов.

4. Характерные особенности процесса гидрирования азотсодержащих соединений.

5. Особенности процессов гидрирования нитрилов и амидов кислот.

Раздел 7. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ГИДРИРОВАНИЯ И ДЕГИДРИРОВАНИЯ

знать:

- физико-химические закономерности процессов гидрирования и дегидрирования;

- типы реакторов и технологию проведения процессов;

уметь:

- определять влияние различных параметров на ход процесса;

- рассчитывать материальные и тепловые балансы процессов дегидрирования.

ВВЕДЕНИЕ

Тема 7.1. Гидрирование бензола и функциональных производных Гидрирование бензола в циклогексан. Условия ведения и технологическая схема процесса.

Гидрирование ненасыщенных спиртов до бутандиола-1,4, технологическая схема процесса.

Гидрирование алифатических кислот и их эфиров с целью получения алифатических спиртов. Условия и катализаторы процесса.

Значение процессов дегидрирования и гидрирования для промышленности очень велико. Дегидрированием получают ненасыщенные соединения, представляющие большую ценность в качестве мономеров для производства синтетических каучуков и пластических масс (бутадиен-1,3, изопрен, стирол и т.д.), а также некоторые альдегиды и кетоны (формальдегид, ацетон, метилэтилкетон).

Реакциями гидрирования синтезируют циклогексан и его производные, многие амины (анилин, гексаметилендиамин), спирты (н-пропанол, н-бутанол и высшие). Процессы гидрирования применяют также при гидрогенизации жиров и получении искусственного жидкого топлива (гидрокрекинг, риформинг, гидрогенизация и т.д.).

Под дегидрированием понимают химические процессы, связанные с отщеплением атомов водорода от органического соединения. Гидрирование (или гидрогенизация) заключается в превращениях органических соединений под действием молекулярного водорода. В ряде случаев гидрирование приводит к восстановлению кислородсодержащих веществ, а дегидрирование – к их окислению.

Реакции гидрирование можно разделить на три группы:

1. Присоединение водорода по ненасыщенным связям.

2. Действие водорода, сопровождающееся отщеплением воды или других веществ, не содержащих углерода.

3. Реакции с водородом, сопровождающиеся расщеплением углеродуглеродных связей (деструктивное гидрирование).

Реакции первой группы противоположны дегидрированию – происходит присоединение водорода по связям СС, СС, Сар-Сар; по С=О-связи альдегидов и кетонов, по С=N и СN-связям азотсодержащих соединений и т.д.

Ко второй группе относятся реакции гидрирования карбоновых кислот в спирты, спиртов – в углеводороды, амидов кислот и нитросоединений – в амины и т.д.

Третья группа реакций гидрирования – с расщеплением углеродуглеродных связей – носит название деструктивного гидрирования или гидрогенолиза (по аналогии с гидролизом, алкоголизом и т.д.). к ним способны углеводороды с открытой цепью, нафтены, ароматические соединения с боковой цепью.

Наиболее типичные реакции дегидрирования можно классифицировать по виду связей между атомами, от которых отщепляется водород (С-С-, С-О-, С-Nдегидрирование).

Укажите, какие углеводороды являются сырьем для различных реакций дегидрирования.

Реакции дегидрирования и гидрирования имеют много общего в своих физико-химических закономерностях, поскольку они являются системой обратимых превращений. Поэтому их термодинамику, кинетику, катализ и вопросы выбора оптимальных условий лучше изучать при сопоставлении процессов дегидрирования и гидрирования. Обратите внимание на термохимические данные реакций гидрирования, дегидрирования, факторы, характеризующие равновесие реакций гидрирования и дегидрирования, катализаторы, механизм и кинетику реакций.

При изучении гидрирования бензола и функциональных производных обратите внимание на факторы, обеспечивающие высокий выход продуктов. /3.86с.с., 6.438с.-453с./ 1. Напишите типичные реакции гидрирования и дегидрирования.

2. Какие факторы влияют на качество процессов гидрирования и дегидрирования?

3. Выполните технологические схемы процессов гидрирования бензола, ненасыщенных спиртов.

Тема 7.2. Термическое дегидрирование Термическое дегидрирование н-парафинов. Условия протекания процесса.

Печь градиентного типа.

Тема 7.3. Каталитическое дегидрирование Дегидрирование парафинов и олефинов. Производство бутадиена и изопрена. Дегидрирование н-парафинов и моноолефинов. Получение бутенов дегидрированием бутана. Факторы, влияющие на выбор оптимальных условий процесса, катализаторы. Типы реакторов. Технологическая схема дегидрирования н-бутана.

Условия протекания процесса. Дегидрирование изобутана. Условия протекания процесса.

Дегидрирование олефинов. Значение производства бутадиена и изопрена.

Краткая характеристика промышленных методов получения. Дегидрирование нбутенов. Физико-химические закономерности, катализаторы процесса. Условия протекания химического процесса и технологическая схема дегидрирования нбутенов на катализаторе КИМ-1. Типы реакторов.

Одностадийное дегидрирование н-бутана в бутадиен. Теоретические основы процесса одностадийного дегидрирования бутана в бутадиен под вакуумом. Конструкция и принцип действия реактора. Технологическая схема одностадийного дегидрирования н-бутана в бутадиен.

Окислительное дегидрирование н-бутана и н-бутенов.

Способы получения изопрена. Условия протекания химического процесса.

Технико-экономические сравнения способов получения изопрена.

Дегидрирование алкилароматических углеводородов.

Стирол и -метилстирол. Значение и свойства продуктов. Способы получения. Технологическая схема дегидрирования этилбензола. Условия процесса. Выбор оптимальной конструкции реактора, сравнение различных типов реакторов.

Практические занятия (к темам 7.1.-7.3.):

Изучение влияния различных параметров на ход технологического процесса дегидрирования.

Расчет материального и теплового балансов процесса дегидрирования.

При изучении термического дегидрирования н-парафинов студенты должны обратить внимание на химизм процесса, характер побочных реакций, радикально цепной механизм процесса, условия дегидрирования, конструкцию реакторов, достоинство и недостатки данного процесса.

Изучая каталитическое дегидрирование, студенты должны усвоить, что конструкция аппаратов, технологическое оформление производства бутадиенаизобутана, изопрена, стирола, -метилстирола определяется свойствами сырья, химизмом процесса, из которого определяются факторы, влияющие на выбор оптимальных условий процесса, катализаторы. Проследить, как техникоэкономические показатели процесса влияют на разработку перспективных методов каталитического дегидрирования углеводородов.

Студенты должны научиться выполнять материальный расчет процесса каталитического дегидрирования и технологический расчет реактора дегидрирования по учебной литературе. /5.188с.-207с./ Уметь определить состав продуктов по химизму процесса, предложить меры по повышению показателей эффективности процессов синтеза мономеров, определить возможные неполадки технологического процесса, причины и способы устранения. /1.22с.-121с., 3.93с.-129с., 4.9с.-20с./ 1. Получение изобутена дегидрированием изобутана.

2. Двухстадийное дегидрирование н-бутана в бутадиен-1,3.

3. Одностадийное дегидрирование н-бутана в бутадиен-1,3.

4. Окислительное дегидрирование н-бутана и н-бутенов.

5. Способы получения изопрена.

6. Способы получения стирола.

Раздел 8. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ОКИСЛЕНИЯ

знать:

- теоретические основы и технологию продуктов окисления;

уметь:

- выбирать и обосновывать параметры окислительного процесса;

- изображать графически отдельные узлы технологических схем;

- выполнять технические расчеты аппаратов.

ВВЕДЕНИЕ

Тема 8.1. Окисление олефинов по двойной связи Этиленоксид: свойства, способы получения. Окисление этилена воздухом и кислородом. Условия протекания химического процесса. Технологическая схема.

Пропиленоксид: свойства, способы получения. Условия протекания химического процесса.

Тема 8.2. Окисление олефинов по насыщенному атому углерода Акролеин: свойства и способы получения. Условия протекания химического процесса, технологическая схема одностадийного окисления пропилена.

Метакролеин: свойства и способы получения. Условия протекания химического процесса.

Тема 8.3. Окисление олефинов по ненасыщенному атому углерода Синтез карбонильных соединений.

Ацетальдегид: свойства и способы получения. Получение ацетальдегида прямым окислением этилена. Условия протекания химического процесса. Технологическая схема.

Винилацетат: свойства и способы получения. Условия протекания химического процесса.

Получение ацетона. Технологическая характеристика продукта. Свойства, применение и способы получения. Получение метилэтилкетона.

Практическое значение процессов окисления в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза трудно переоценить. Их первостепенную роль обусловили следующие причины:

- большая ценность соединений, получаемых окислением различных углеводородов и являющихся промежуточными продуктами органического синтеза, растворителями, мономерами и исходными веществами для производства полимерных материалов, пластификаторов и т.д.;

- широкое многообразие реакций окисления, к которым способны многие органические вещества, в том числе углеводороды всех классов. Это позволяет использовать процессы окисления для первичной переработки углеводородного сырья и производить на их основе большое число ценных веществ;

- доступность и низкая стоимость большинства окислителей, среди которых главное место занимает кислород воздуха.

Это определяет более высокую экономичность синтеза некоторых продуктов методом окисления по сравнению с другими возможными методами их производства.

Изучая процессы окисления, студенты должны знать признаки реакций окисления в органической химии, иметь понятие полного и неполного окисления углеводородов, разделения реакций неполного окисления на три главные группы.

Студентам необходимо знать сравнительную характеристику окислительных агентов, технику безопасности в процессах окисления и энергетическую характеристику реакций окисления. /6.338с.-344с./ Изучая процессы окисления олефинов, студенты должны знать закономерности и особенности окисления олефинов по двойной связи, по насыщенному атому углерода, по ненасыщенному атому углерода.

При изучении производства этиленоксида, пропиленоксида обратите внимание на химизм процессов, как основного фактора, определяющего технологический режим синтезов, определите достоинства и недостатки технологических схем получения этиленоксида, пропиленоксида, сделайте заключение о перспективных методах.

При изучении производства акролеина, обратите внимание, что метод прямого окисления пропилена является более перспективным ввиду большей доступности и дешевизны сырья, кроме того, выбор окислителя обусловлен не только его свойствами, но и необходимостью снижения взрывоопасности производства.

При изучении процесса прямого окисления этилена в ацетальдегид обратите внимание на то, что протекают две реакции, которые проводят постадийно или в одном реакторе. Предложите условия синтеза ацетальдегида, оцените технологические схемы одно- и двухстадийного окисления этилена.

Ацетон широко применяется в качестве растворителя и промежуточного продукта органического синтеза: для получения дифенилолпропана, диацетонового спирта, метилизобутилкетона, кетена. В настоящее время способ совместного получения ацетона с фенолом является самым экономичным – небольшой расход дешевого сырья (кроме бензола – практически только воздух) и получении двух ценных продуктов. /3.144с.-167с., 5.136с.-168с., 6.408с.-431с./ 1. Характеристика процессов окисления.

2. Сравнительная характеристика способов получения этиленоксида.

3. Сравнительная характеристика способов получения пропиленоксида.

4. Укажите условия получения метакролеина.

5. Определите условия получения винилацетата.

6. Свойства и применение метилэтилкетона.

Тема 8.4. Окисление низших парафинов Получение формальдегида. Техническая характеристика продукта. Свойства и способы получения. Окислительное дегидрирование метанола в формальдегид.

Катализаторы. Условия протекания химического процесса. Технологическая схема процесса получения формалина окислением метанола.

Получение уксусной кислоты. Способы получения, их сравнительная характеристика. Технологическая схема жидкофазного окисления фракции С5-С8.

Условия протекания химического процесса.

Тема 8.5. Окисление высших парафинов Одноатомные алифатические спирты.

Способы получения одноатомных алифатических спиртов, их свойства и применение. Технологическая схема процесса получения высших спиртов.

Получение моно- и дикарбоновых алифатических кислот. Свойства и применение. Способы получения. Технологическая схема процесса получения высших жирных кислот окислением н-парафинов. Условия протекания химического процесса.

Тема 8.6. Окисление циклопарафинов Промышленное значение процессов окисления циклогексана и циклододекана. Получение циклогексанола и циклогексанона. Свойства, применение и способы получения. Условия протекания химического процесса. Технологическая схема процесса получения циклогексанона дегидрированием циклогексанола.

Получение адипиновой кислоты. Свойства, применение и способы получения. Условия процесса получения адипиновой кислоты двухстадийным методом окисления циклогексана.

В промышленности формальдегид получают термическим и каталитическим окислением метана. В настоящее время широко используется окислительное дегидрирование метанола в формальдегид, которое занимает промежуточное положение между окислением и дегидрированием. Окисление метанола кислородом воздуха проводится на катализаторе «серебро на алюмосиликате», процесс состоит из трех стадий, особые требования предъявляются к составу сырья, спиртоводно-воздушной смеси, температурному режиму. Обратите внимание на конструкцию контактного аппарата и его установку на схеме.

Уксусная кислота широко применяется во многих отраслях промышленности: химической, текстильной, пищевой и т.д.

Одним из промышленных методов получения уксусной кислоты является жидкофазное окисление фракции С5-С8. Характерной особенностью данного метода является образование широкой гаммы побочных кислородсодержащих соединений. Поэтому в целом экономику данного процесса определяют затраты на разделение продуктов окисления.

Окисление высших парафинов используется для получения одноатомных алифатических спиртов, моно- и дикарбоновых алифатических кислот. Существует ряд промышленных процессов получения спиртов. Одним из перспективных методов получения спиртов является окисление н-парафинов. По методу А.Н.

Башкирова в качестве сырья используют н-парафины, имеющие температуру кипения в интервале 270-320°С, содержание ароматических углеводородов не должно превышать 0,5%. Процесс осуществляют в периодически действующих колоннах барботажного типа при атмосферном давлении и температуре 165-175°С, окисляющим агентом является азотокислородная смесь. В качестве стоп-реагента применяется борная кислота, которая связывает образующиеся спирты в триалкилбораты, предохраняя их тем самым от дальнейшего окисления. Изучая технологическую схему процесса получения высших спиртов по Башкирову, определите факторы, влияющие на качество готового продукта.

Широкое распространение в химической промышленности имеют моно- и дикарбоновые алифатические кислоты. Одним из самых распространенных методов получения этих кислот является жидкофазное окисление твердых парафинов.

Для данного способа характерно образование продукта сложного состава, что затрудняет получение кислот в товарном виде. Обратите внимание на характеристику катализаторов, условия процесса, технологическое оформление.

Окисление циклопарафинов изучается на примере окисления циклогексана и циклододекана с целью получения фенола, адипиновой кислоты и 1,10декандикарбоновой кислоты – ценного сырья для производства синтетических волокон типа нейлон, полиамидных волокон, смазок.

Окисление циклопарафинов очень сходно с окислением парафинов. Процесс можно осуществлять в жидкой и газовой фазах. При окислении в газовой фазе происходит глубокая деструкция цикла с образованием низкомолекулярных кислородсодержащих соединений, диоксида углерода и воды окисление в жидкой фазе проводят в присутствии катализаторов или стоп-реагентов.

Рекомендуется изучить расчеты по технологии синтеза формальдегида, уксусной кислоты по учебному пособию. /2.131с.-145с., 3.169с.-185с., 5.169с.-174с., 6.378с.-458с./ 1. По химизму процессов определите состав продуктов.

2. Изобразите блок-схему окисления различных углеводородов.

3. Обосновать компоновку узлов в технологической схеме.

4. Определите факторы, влияющие на процесс.

Тема 8.7. Окисление ароматических и алкилароматических Значение процессов окисления ароматических и алкилароматических углеводородов. Получение бензойной и фталевой кислот. Свойства и применение.

Способы получения. Условия получения и технологическая схема процесса окисления П-ксилола в терефталевую кислоту.

Получение малеинового и фталевого ангидридов. Свойства и условия протекания химического процесса.

Фенолы. Масштабы производства и потребления. Способы получения и их технико-экономическая характеристика. Производство фенола и ацетона кумольным методом. Условия протекания химического процесса. Реакционные узлы стадий получения гидропероксида и его разложения. Технологическая схема получения гидропероксида и его разложения. Технологическая схема получения фенола и ацетона кумольным методом. Получение многоатомных фенолов.

Практические занятия (к темам 8.1. – 8.7.):

Расчет материального и теплового балансов процессов окисления.

Выполнение элементов технологического расчета.

Тема 8.8. Окисление по функциональным группам.

Сопряженное окисление и окислительный аммонолиз Значение процессов окисления по функциональным группам. Производство уксусной кислоты окислением ацетальдегида.

Сопряженное окисление.

Окислительный аммонолиз. Акрилонитрил: свойства и применение. Способы получения акрилонитрила. Технико-экономическое сравнение методов производства. Технологическая схема процесса получения акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена. Типы реакторов.

Окисление ароматических и алкилароматических углеводородов играет важную роль в промышленности для получения ряда ценных соединений. Процесс окисления – один из наиболее распространенных способов переработки ароматических углеводородов. Этим методом перерабатывается более 5% бензола, около 80% нафталина, а переработка таких соединения, как о- и n-ксилол, изопропилбензол, антрацен, три- и тетраметилбензолы, почти полностью основана на окислении.

Достоинствами процессов окисления являются их необратимость, возможность использования воздуха в качестве окислителя, небольшой расход других реагентов и отсутствие вредных выбросов.

Ароматические углеводороды окисляют как в газовой, так и в жидкой фазе.

Условия окисления, химизм процесса существенно зависят от природы сырья и целевых продуктов. Например, бензойную кислоту из толуола, терефталевую кислоту из n-ксилола получают каталитическим окислением в жидкой фазе кислородом воздуха. Основным методом получения малеинового ангидрида является парофазное каталитическое окисление бензола кислородом воздуха. Фталевый ангидрид получают газофазным окислением о-ксилола при температуре 350С и времени контакта 4-5с, окислитель – воздух, при этом выход и чистота товарного продукта, процесс более экономичен, чем высокотемпературный.

Из многочисленных методов получения фенола большее применение находит кумольный. Метод основан на окислении изопропилбензола в гидропероксид с последующим разложением гидропероксида на фенол и ацетон. При этом образуется также небольшое количество побочных продуктов. Исходным сырьем является бензол и пропилен. Большое значение для экономии производства фенола кумольным методом имеют использование побочных продуктов и их превращение в фенол.

Наиболее распространенный метод производства многоатомных фенолов – сплавление с гидроксидами натрия или калия соответствующих полисульфокислот, а также галогенпроизводных и сульфокислот бензола и о-, nфенолсульфокислот.

Окисление по функциональным группам представляет большой практический интерес. Так, при окислении первичных и вторичных спиртов в зависимости от условий могут быть получены соответствующие карбонил- и карбоксилсодержащие соединения гидропероксид водорода, окисление альдегидов и некоторых сложных эфиров приводит к образованию карбоновых кислот (в основном эти процессы предназначены для получения уксусной кислоты).

При сопряженном окислении (например, ацетальдегид-пропилен, метилэтилкетон – пропилен и др.) образуются перацильные радикалы, которые легко эпоксидируют двойную связь. В результате получают уксусную кислоту и оксид пропилена. Под окислительным аммонолизом понимают совместное воздействие на исходный углеводород кислорода и аммиака, приводящее к образованию нитрилов кислот. Например, при окислительном аммонолизе пропилена получают нитрил акриловой кислоты. /2.145с.-154с., 3.188с.-204с., 6.382с.-391с./ 1. По химизму процессов определить состав продуктов.

2. Определить факторы, влияющие на процесс.

3. Выполните блок-схему окисления углеводородов.

4. Определите перспективный метод получения продукта.

Раздел 9. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

КОНДЕНСАЦИИ ПО КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЕ

знать:

- сущность реакции альдегидов и кетонов с ароматическими соединениями и слабыми кислотами;

- реакции Принса и получения капролактама.

Значение процессов конденсации по карбонильной группе.

Конденсация альдегидов и кетонов с ароматическими соединениями, получаемые продукты, теоретические основы процесса.

Синтез ацеталей и реакция Принса. Получение изопрена. Условия протекания химического процесса, технологическая схема синтеза изопрена.

Конденсация альдегидов и кетонов с азотистыми основаниями. Получение капролактама. Продукты конденсации альдегидов с аммиаком и аминами.

Бекмановская перегруппировка оксимов в лактамы. Условия протекания химического процесса и технологическая схема производства капролактама. Усовершенствование метода с целью улучшения экономичности производства и ликвидации отходов.

Процессы присоединения и конденсации по карбонильной группе занимают очень важное место в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза. Благодаря доступности многих альдегидов и кетонов и их высокой реакционной способности этим путем можно синтезировать мономеры и исходные вещества для получения полимерных материалов (дифенилолпропан, пентаэритрит и другие многоатомные спирты, изопрен, капролактам), промежуточные продукты органического синтеза (высшие спирты, альдегиды и кетоны), растворители (оксоланы, изобутилметилкетон) и многие другие ценные продукты.

Взаимодействие альдегидов и кетонов с различными веществами в зависимости от условий может остановиться на стадии присоединения этих веществ по карбонильной группе, сопровождаться дальнейшей конденсацией со второй молекулой реагента и отщеплением воды, как, например, при образовании ацеталей или завершиться внутримолекулярной дегидратацией, что особенно характерно для реакций с азотсодержащими основаниями.

Изучая реакции конденсации альдегидов и кетонов с ароматическими соединениями, обратите внимание на роль катализаторов, механизм реакций, сравните с реакциями алкилирования, дайте характеристику реакционной способности карбонильных и ароматических соединений в зависимости от условий.

Полуацетали RCH (OH) OR’ и ацетали RCH (OR’)2 часто образуются при синтезе альдегидов и их различных превращениях.

Конденсация альдегидов с олефинами, протекающая в присутствии катализаторов кислотного типа (реакция Принса), приобрела практическое значение для синтеза насыщенных и ненасыщенных спиртов, сложных кислородсодержащих соединений, диенов и т.д.

Получаемые по реакции Принса 1,3-диоксаны и 1,3-гликоли применяются как растворители, исходные вещества для синтеза пластификаторов, эмульгаторов, но главное применение – для производства изопрена. Процесс получения изопрена из изобутилена и формальдегида протекает в две стадии: изучите химизм процессов, выбор условий синтеза, катализаторов, пути улучшения техникоэкономических показателей данного метода.

Взаимодействие альдегидов и кетонов с азотсодержащими основаниями протекает через две или более стадий.

Рассмотрите условия получения и применение гексаметилентетрамина, гексогена, алкилпиридинов, никотиновой кислоты.

Наибольшее значение для промышленности имеет капролактам. Наиболее важные методы получения капролактама основаны на переработке соответствующих цикланонов путем их оксимирования и бекмановской перегруппировки и различаются только методом получения кетона.

Рассмотрите все стадии синтеза капролактама, дайте оценку с точки зрения современности и перспективности данного метода. /6.531с.-555с./ 1. Напишите три вида реакций альдегидов и кетонов с различными веществами.

2. Характеристика метода получения изопрена из изобутилена и формальдегида.

3. Выполните технологическую схему производства изопрена.

4. Выполните технологическую схему производства капролактама.

Раздел 10. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА

ОСНОВЕ ВОДОРОДА И ОКСИДОВ УГЛЕРОДА

знать:

- теоретические основы синтеза углеводородов и получения кислородсодержащих соединений из водорода и оксида углерода;

- типы реакционных узлов в производстве кислородсодержащих соединений;

- параметры, подлежащие контролю и регулированию;

- технологию получения кислородсодержащих соединений (например метанола);

уметь:

- выбирать и обосновывать параметры получения кислородсодержащих - вычерчивать реакционные узлы синтеза кислородсодержащих соединений;

- выполнять технологические расчеты аппаратов, применяемых в производстве метанола.

Тема 10.1. Синтез углеводородов Применение продуктов, полученных на основе водорода и оксида углерода.

Теоретические основы синтеза углеводородов. Механизм действия катализаторов.

Характеристика продуктов, получаемых при синтезе углеводородов.

Тема 10.2. Синтез кислородсодержащих соединений Синтез метанола. Теоретические основы синтеза метанола на основе водорода и оксида углерода. Аппаратурное оформление реакционного узла. Технологическая схема синтеза метанола. Условия протекания химического процесса.

Получение спиртов оксосинтезом. Особенности протекания химических реакций, стадии и условия процесса. Аппаратурное оформление процессов оксосинтеза. Технологическое оформление процесса оксосинтеза. Технологическая схема синтеза 2-этил-гексанола-1 Условия протекания химического процесса. Катализаторы.

Реакция гидрокарбоксилирования и карбонилирования, их значение. Условия протекания химического процесса.

Получение уксусной кислоты карбонилированием метанола. Условия протекания химического процесса. Катализаторы. Технологическая схема. Синтез карбонатов.

Синтез высших алифатических спиртов. Условия протекания химического процесса. Катализаторы. Применение продуктов синтеза.

Практическое занятие:

Сравнение и технологические расчеты реакторов синтеза метанола.

В промышленности на основе оксида углерода и водорода осуществлены синтезы метанола, метана, жидких парафинов, изобутанола, диметилового эфира, этиленгликоля, высших алифатических спиртов, полиметиленов, олефинов С2-С4, парафинов С2-С4, уксусной кислоты, ацетальдегида, глицерина и т.д.

Также большое практическое значение имеет реакция карбонилирования – взаимодействие оксида углерода с различными органическими соединениями, которая позволяет получать ценные кислородсодержащие продукты: предельные и непредельные моно- и дикарбоновые кислоты, их эфиры, лактоны, лактамы, амиды, диалкилкарбонаты, мочевину и ее производные, аминокислоты, азосоединения, уретаны, изоцианаты, гетероциклические соединения.

Синтез углеводородов на основе оксида углерода и водорода является гетерогенно-каталитическим процессом, протекающим с большим выделением тепла.

В зависимости от применяемого катализатора процесс может осуществляться как при атмосферном, так и при повышенном давлении в интервале температур 160С.

Рассматривая закономерности синтезов на основе СО и Н2 обратите внимание на влияние условий проведения процесса, катализатора, отдельных компонентов, на химизм процесса, технологию, устройство реакторов, перспективность данного метода, состав продукта.

Дайте технико-экономическую оценку синтезу метанола, 2-этилгексанола-1, уксусной кислоты. Изучите расчеты синтеза метанола, уксусной кислоты на основе углерода по учебному пособию /5.222с.-262с./ 1. Пути улучшения метода синтеза метанола на основе оксида углерода и 2. Достоинства и недостатки технологической схемы синтеза 2этилгексанола-1.

3. Пути улучшения качества уксусной кислоты, получаемой карбонилированием метанола.

Раздел 11. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ПРОИЗВОДСТВА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ

ВЕЩЕСТВ

знать:

- теоретические основы действия поверхностно-активных веществ (ПАВ) и технологии их получения.

Классификация ПАВ. Физико-химические основы моющего действия.

Получение анионных ПАВ.

Получение первичных алкилсульфатов из жирных спиртов, условия протекания химического процесса.

Получение алкиларилсульфонатов. Катализаторы. Условия протекания химического процесса. Получение катионных ПАВ. Получение неионогенных ПАВ.

Получение амфолитных ПАВ. Токсинологические и дерматологические свойства ПАВ и синтетических моющих средств.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) представляют собой группы продуктов органического синтеза, которые благодаря наличию разнообразных специфических свойств применяются во многих отраслях производственной деятельности общества. Добавленные в небольших количествах, они способствуют интенсификации самых разнообразных процессов в различных областях промышленности и сельского хозяйства.

Основным потребителем ПАВ является производство СМС. На развитие производства ПАВ оказывает влияние следующая группа специфических факторов: охрана окружающей среды, энергоресурсы, интенсификация технологических процессов, повышение выхода и чистота получаемых продуктов.