Производство уксусной кислоты из ацетальдегида

Федеральное агентство по образованию

Кафедра Общей

химической технологии

Курсовая работа на тему:

Вариант№3

Производство уксусной кислоты из ацетальдегида.

Проверил.

Выполнил: студент гр.

Москва 2014

1.Введение

Уксусная кислота (метанкарбоновая, этановая кислота) CH₃COOH —бесцветная жидкость с резким запахом и кислым вкусом. Безводную уксусную кислоту называют «ледяной».

Уксусная кислота — первая из кислот, которая стала известна человечеству (в виде уксуса, образующегося при скисании вина). В концентрированном виде она получена Шталем в 1700 году, а состав установлен Берцелиусом в 1814году. Уксусная кислота распространена в растениях как в свободном виде, так и в виде солей и сложных эфиров; она образуется при гниении и брожении молочных продуктов. Превращение спиртовых жидкостей в уксус (3 — 15%уксусная кислота) происходит под действием бактерий «уксусного грибка»Micoderma aceti. Из перебродившей жидкости перегонкой получают 80%уксусную кислоту — уксусную эссенцию. Уксусную кислоту в ограниченном масштабе получают из «древесного уксуса» - одного из продуктов сухой перегонки древесины.

Основной промышленный метод получения уксусной кислоты состоит в окислении ацетальдегида, синтезируемого из ацетилена по Кучерова реакции. Окисление производят воздухом или кислородом при 60° и катализе (СН₃СОС)₂Мn. Таким способом получают 95 — 97% уксусную кислоту. В присутствии ацетатов кобальта и меди при 40° получают смесь уксусной кислоты (50 — 55%), уксусного ангидрида (30  —35%) и воды (~10%). Смесь разделяют перегонкой. Техническое значение для получения уксусной кислоты имеет также окисление этилена, этилового спирта и других, а также действие серной кислоты на нитроэтан.

Уксусная кислота находит обширное и разнообразное применение. В технике к числу её наиболее распространённых реакций относится введение ацетильной группы СН₃СО, с помощью которой защищают, например, в ароматических аминах NH₂-группу от окисления при нитровании; получают ряд лекарственных веществ (аспирин, фенацетин и другие).

Значительные количества уксусной кислоты идут на производство ацетона, ацетилцеллюлозы, синтетических красителей, используются при крашении и печатании тканей и в пищевой промышленности. Основные соли уксусной кислоты Al, Fe, Cr и другие служат протравами при крашении; они обеспечивают прочную связь красителя с текстильным волокном.

Водные растворы уксусной кислоты широко используются в пищевой промышленности (пищевая добавка E260) и бытовой кулинарии, а также в консервировании.

Уксусная кислота используется как реакционная среда для проведения окисления различных органических веществ

2. Характеристика исходного сырья.

Ацетальдеги́д (у́ксусный альдегид,этана́ль, метилформальдегид) — органическое соединение класса альдегидов с химической формулой CH₃-CHO. Это один из наиболее важных альдегидов, широко встречающийся в природе и производящийся в больших количествах индустриально. Ацетальдегид встречается в кофе, в спелых фруктах, хлебе, и синтезируется растениями как результат их метаболизма. Также производится окислением этанола.При взаимод. со спиртами R'OH ацетальдегид образует полуацетали CH₃CH(OR')OH и ацетали CH₃CH(OR')₂, с тиоспиртами R'SH-полумеркаптали CH₃CH(SR')OH и меркаптали CH₃CH(SR')₂, при хлорировании в среде этанола-хлораль.

Под влиянием к-т и оснований ацетальдегид превращ. в ацетальдоль, к-рый легко дегидратируется в кретоновый альдегид (см. Алъдолъная конденсация). Легко окисляется в уксусную кислоту.

Ацетальдегид - промежут. продукт углеводного обмена в живых организмах.

В пром-сти ацетальдегид получают:

1. Жидкофазным окислением этилена кислородом, к-рые пропускают через водный р-р PdCl₂ и СиС1₂. Выделяют ректификацией; выход ок. 98%.

2. Гидратацией ацетилена в присут. солей Hg (р-ция Кучерова). Поскольку ацетальдегид самопроизвольно окисляется в уксусную к-ту, его стабилизируют гидрохиноном, триэтаноламином или др.

Ацетальдегид (или паральдегид) применяют в производстве ацетатов целлюлозы, уксусной и пероксиуксусной кислот, уксусного ангидрида, этилацетата, глиоксаля, 2-этилгексанола, алкиламинов, бутанола, пентаэритрита, алкилпиридинов, 1,3-бутиленгликоля, хлораля; как восстановитель - в производстве зеркал. Метальдегид - твердое горючее (сухой спирт).

3. Характеристика целевого продукта.

Физические свойства:

Уксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом. Гигроскопична. Неограниченно растворима в воде. Смешивается со многими растворителями; в уксусной кислоте хорошо растворимы неорганические соединения и газы, такие как HF, HCl, HBr, HI и другие. Существует в виде циклических и линейных димеров^[4].

Абсолютная уксусная кислота называется ледяной, ибо при замерзании образует льдовидную массу.

• Давление паров (в мм. рт. ст.):

  • 10 (17,1 °C)

  • 40 (42,4 °C)

  • 100 (62,2 °C)

  • 400 (98,1 °C)

  • 560 (109 °C)

  • 1520 (143,5 °C)

  • 3800 (180,3 °C)

• Относительная диэлектрическая проницаемость: 6,15 (20 °C)

• Динамическая вязкость жидкостей и газов (в мПа·с): 1,155 (25,2 °C); 0,79 (50 °C)

• Поверхностное натяжение: 27,8 мН/м (20 °C)

• Удельная теплоёмкость при постоянном давлении: 2,01 Дж/г·K (17 °C)

• Стандартная энергия Гиббса образования Δ_fG⁰ (298 К, кДж/моль): −246,3

• Стандартная энтропия образования Δ_fS⁰ (298 К, Дж/моль·K): 282,5

• Стандартное изменение энтальпии  ΔH₂₉₈: -437,4 кДж/моль

• Температура вспышки в воздухе: 38 °C

• Температура самовоспламенения на воздухе: 454 °C

• Теплота сгорания: 876,1 кДж/моль

Уксусная кислота образует двойные азеотропные смеси со следующими веществами.

• • Уксусная кислота образует тройные азеотропные смеси

    • с водой и бензолом (t_кип 88 °C);

    • с водой и бутилацетатом (t_кип 89 °C).

Химические свойства:

Уксусная кислота обладает всеми свойствами карбоновых кислот, и иногда рассматривается как их наиболее типичный представитель (в отличие от муравьиной кислоты, которая обладает некоторыми свойствами альдегидов). Связь между водородом и кислородом каброксильной группы (−COOH) карбоновой кислоты является сильно полярной, вследствие чего эти соединения способны легко диссоциировать и проявляют кислотные свойства.

В результате диссоциации уксусной кислоты образуется ацетат-ион CH₃COO⁻ и протон H⁺. Уксусная кислота является слабой одноосновной кислотой со значением pK_a в водном растворе равным 4,75. Раствор с концентрацией 1.0 M (приблизительная концентрация пищевого уксуса) имеет pH 2,4, что соответствует степени диссоциации 0,4 %.

На слабой диссоциации уксусной кислоты в водном растворе основана качественная реакция на наличие солей уксусной кислоты: к раствору добавляется сильная кислота (например, серная), если появляется запах уксусной кислоты, значит, соль уксусной кислоты в растворе присутствует (кислотные остатки уксусной кислоты, образовавшиеся из соли, связались с катионами водорода от сильной кислоты и получилось большое количество молекул уксусной кислоты)^[14].

Исследования показывают, что в кристаллическом состоянии молекулы образуют димеры, связанные водородными связями.^[15]

Уксусная кислота способна взаимодействовать с активными металлами. При этом выделяется водород и образуются соли — ацетаты.

Mg(тв) + 2CH₃COOH → (CH₃COO)₂Mg + H₂

Уксусная кислота может хлорироваться действием газообразного хлора. При этом образуется хлоруксусная кислота.

CH₃COOH + Cl₂ → CH₂ClCOOH + HCl

Этим путем могут быть получены также дихлоруксусная (CHCl₂COOH) и трихлоруксусная (CCl₃COOH) кислоты.

Уксусная кислота вступает во все реакции, характерные для карбоновых кислот. Она может быть восстановлена до этанола действием алюмогидрида лития. Уксусная кислота также может быть превращена в хлорангидрид действием тионилхлорида. Натриевая соль уксусной кислоты декарбоксилируется при нагревании со щелочью, что приводит к образованию метана.

4. Способы получения и их сравнительный анализ.

Получение уксусной кислоты окислением н-бутана

Промышленные установки по получению уксусной кислоты имеются в США, Англии, ФРГ и других странах.

В Советском Союзе процесс жндкофазного окисления н-бутана разработан Н. М. Эмануэлем с сотр., исследованиями которых было установлено, что жидкофазное окисление н-бутана является автокаталитической цепной реакцией с вырожденным разветвлением цепи. Под влиянием кислорода происходит зарождение цепи с образованием сначала втор-бутилового, а затем втор-бутилпер-оксидного радикалов

Продолжение цепи идет в двух направлениях. Первое направление — это взаимодействие вгор-бутилпероксида с н-бутаном