6. Свойство и применение фреонов.
Раздел 3. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ГИДРОЛИЗА, ГИДРАТАЦИИ, ЭТЕРИФИКАЦИИ И
АМИДИРОВАНИЯ
Студент должен:
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
Значение процессов гидролиза, гидратации, этерификации, амидирования. Продукты процессов, их применение.
Тема 3.1. Гидролиз
Теоретические основы гидролиза.
Способы получения глицерина. Утилизация отходов производства глицерина.
Методические указания
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, a-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 a-оксидов. В отличие от гидролиза, реакции гидратации сводятся к присоединению воды по ненасыщенным С-С-связям, по тройной СºN 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./
Вопросы для самоконтроля
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. Реактор-абсорбер 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.
Методические указания
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./
Вопросы для самоконтроля
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
Студент должен:
знать:
- теоретические основы и технологию алкилирования парафиновых и ароматических углеводородов;
- анализировать технологические процессы алкилирования, предлагать целесообразные меры по устранению причин нарушения технологического процесса.
ВВЕДЕНИЕ
Общая характеристика реакций алкилирования. Способы алкилирования. 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).
Методические указания
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.-115с., 3.129с.-135с., 4.93с.-97с./
Вопросы для самоконтроля
1. Напишите уравнения реакций алкилирования парафинов, ароматических углеводородов олефинами.