Технология тонкого органического синтеза
Получение органических соединений, материалов и изделий посредством органического синтеза. Основные направления и перспективы развития органического синтеза. Группы исходных веществ для последующего органического синтеза. Методика органического синтеза.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.05.2011 |
| Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат на тему:
"Технология тонкого органического синтеза"
Содержание
- Введение
- 1. Определение органического синтеза
- 2. Исторический обзор
- 2.1 Развитие органического синтеза
- 2.2 Направления органического синтеза
- 2.3 Перспективы развития
- 3. Масштабы производства
- 3.1 Пути экономии материальных ресурсов
- 4. Методика органического синтеза
- Заключение
- Литература
Введение
Я выбрала данную тему, так как считаю, что органический синтез всегда был актуален. Ведь человечество оказалось бы в затруднительном положении, лишившись в один из дней синтетических органических соединений и получаемых из них материалов. В самом деле, без пластических масс, синтетических каучуков и смол, искусственных и синтетических волокон, синтетических моторных топлив, лекарственных, красящих и взрывчатых веществ, соединений, способствующих повышению продуктивности сельского хозяйства, и многих других ценных продуктов было бы невозможно нормальное существование и прогресс современного мира.
Одним словом, в наши дни разностороннее практическое применение органических соединений обусловлено развитием и совершенствованием теоретической и экспериментальной технологии органического синтеза.
1. Определение органического синтеза
Органический синтез - раздел органической химии и технологии, изучающий различные аспекты (способы, методики, идентификация, аппаратура и др.) получения органических соединений, материалов и изделий, а также сам процесс получения веществ.
Цель органического синтеза - получение веществ с ценными физическими, химическими и биологическими свойствами или проверка предсказаний теории. Современный органический синтез многогранен и позволяет получать практически любые органические молекулы.
2. Исторический обзор
Органический синтез в качестве самостоятельной дисциплины начал формироваться после знаменитого синтеза карбамида (мочевины) из типичного неорганического вещества (цианата аммония), осуществленного немецким химиком Фридрихом Вёлером в 1828 г. Этот синтез положил конец спору с учеными-виталистами, полагавшими, что органические вещества могут продуцироваться только за счет жизненной силы биологических организмов.
2.1 Развитие органического синтеза
Мощный импульс развитию получил после формулирования русским химиком Бутлеровым А.М. (1828-1885) основ структурной теории строения органических молекул, которая позволила планомерно синтезировать органические молекулы заданного строения.
Дальнейшее развитие органического синтеза происходит параллельно с развитием науки органическая химия. Успехи теорий строения атомов и молекул, химической связи, квантовая химия, кинетика и др. способствовали развитию методов синтеза. С другой стороны, ряд сложных синтезов как известных в природе веществ (уксусная кислота, индиго, аспирин и др.), так и не имеющих своих аналогов (полиэдраны, многие элементоорганические соединения, синтетические антибиотики и др.), оказал влияние на смежные разделы науки (химия биологически активных веществ, фармакология, физика и химия твердого тела и т.д.), показав самостоятельность и высокую ценность этого направления органической химии.
Выход органического синтеза за рамки лабораторий произошёл после развития химической технологии и признания промышленной значимости продуктов: карбоновых кислот, полимеров, растворителей, красителей и других веществ, объём производства которых характеризуется числами со многими нулями.
2.2 Направления органического синтеза
Стремительный рост числа синтезов привел к оформлению отдельных его самостоятельных направлений, характеризующихся специфическими признаками: сырьевой базой (нефтесинтез), приемами (кислотный катализ), физическим воздействием (плазмосинтез), природой продуктов (металлоорганический синтез), назначением продуктов (синтез биологически активных веществ), сложностью (тонкий органический синтез) или, наоборот, простотой, фазовым состоянием среды (газо-, жидко- и твердофазный синтез), температурой (криосинтез).
2.3 Перспективы развития
Промышленность основного органического и нефтехимического синтеза являет собой могучую область с огромной разнообразностью получаемых продуктов, реакций их синтеза и процессов деления веществ. Большие масштабы производства определяют широкое распространение высокоэффективных технологических процессов, которые характеризуются непрерывностью, высоким уровнем автоматизации и высокопродуктивным оборудованием.
Динамизм области определяется освоением выпуска новых видов продукции разработкой новых реакций, усовершенствованием технологических процессов, разработкой новых каталитических систем, использованием новых типов аппаратуры.
В разработке, проектировании и управлении производством применяются современные методы математического моделирования, оптимизации и автоматизированных исследований.
Главные задачи производства: экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов, комплексное использование высококачественного сырья, снижение потерь сырья и продуктов, охрана окружающей среды.
3. Масштабы производства
Промышленность органического синтеза охватывает производство многотоннажных продуктов, которые являются основой для другой технологии производства органических продуктов и полупродуктов. В связи с подавляющим базированием технологии органических веществ на нефтяном сырье выделился "нефтехимический синтез".
Основные процессы химической технологии органических веществ:
термическое и каталитическое расщепление (крекинг, пиролиз, риформинг, конверсия, коксование, циклизация);
физическое деление (вымораживание, депарафнизация, дистилляция, экстракция и т.д.).
В результате этих процессов выделяют следующие группы исходных веществ для последующего органического синтеза:
1) парафины;
2) ненасыщенные углеводороды;
3) циклосоединения;
4) окись углерода и синтез-газ.
Основные продукты отрасли:
Мономеры (олефины, диены, винилбензолы и др.);
Исходные вещества для поликонденсации (дикарбоновые кислоты, ангидрид, гликоли и полигликоли, фенол, формальдегид и др.).
Вспомогательные вещества для полимерных материалов (пластификаторы, катализаторы, ускорители вулканизации и полимеризации, регуляторы, ингибиторы, стабилизаторы);
Синтетические моющие вещества: ионогенны (анионоактивные-мыла из СЖК, алкилсульфонаты, и катионоактивные - соли аминов аммониевых оснований) и неионогенные - продукты синтеза этиленоксида и разных органических веществ с активными атомами водорода (кислоты, спирты, амины);
Синтетическое топливо, масла и присадки;
Синтетические растворители и экстрагенты;
Инсектофунгициды и химические средства защиты растений (пестициды, фунгициды, бактерициды, инсектициды, гербициды, дефолианты, зооциды).
Основные показатели химико-технологических процессов:
1) Концентрация вещества - 1моль вещества, растворенного в 1 мі растворителя;
2) Молярная масса (М) - масса 1 моль вещества, кг;
3) Молярный объем (V м) - объем 1 моль вещества, мі;
Способы выражения концентраций компонентов в смеси:
Молярная частица - число молей вещества А / общее число молей;
Массовая частица - масса вещества А / общая масса смеси;
Объемная частица - объем вещества А / общий объем смеси;
Массовая концентрация - кг/ мі;
Объемная концентрация - м і/ мі;
Молярная концентрация - моль / мі;
3.1 Пути экономии материальных ресурсов
Расходы на сырье и материалы основная часть себестоимости продукции (до 2/3), чем обусловлено перебазирование синтезов из каменного угля на нефть и углеводородные газы, замена ацетилена на этан и этилен, развитие синтезов на основе и , замена дорогих окислителей (пероксид водорода, азотная кислота) на воздух и обновителей (на водород).
Основные тенденции развития:
I. разработка одностадийных, соединенных процессов и прямых методов синтеза;
органический синтез вещество методика
II. повышение селективности процессов выбором оптимальных параметров;
III. интенсификация производства путем повышения удельной производительности оборудования, увеличения единичной мощности установок, агрегатов к оптимальным величинам; автоматизация процесса;
IV. оптимизация (математический расчет оптимальных параметров процесса и оборудования).
4. Методика органического синтеза
Реализация органического синтеза включает следующие научные, организационные и технологические этапы:
1) задание структуры целевой молекулы;
2) рассмотрение возможных схем синтеза;
3) подбор продуктов, аппаратуры;
4) проведение химических реакций, выделение промежуточных и целевых продуктов, их анализ и очистку, модифицирование;
5) принятие мер безопасности, экологический контроль, экономический анализ.
Основные методы органического синтеза можно разбить на три группы:
1) конструктивные, ведущие к образованию новых связей С-С, назначение которых - построение скелета будущей молекулы (например, реакция Гриньяра, реакция Фриделя-Крафтса, цикло - присоединение);
2) деструктивные, ведущие к разрыву определенных связей С-С с целью удаления той или иной группировки из молекулы после того, как ее роль в синтезе сыграна (например, декарбоксилирование, периодатное окисление диолов);
3) методы трансформации функциональных групп. Последнее важно для введения в молекулы исходных или промежуточных соединений функциональных групп и их защиты, требующихся для осуществления очередной конструктивной реакции, а на заключительных стадиях синтеза - для введения необходимых функциональных групп в целевое соединение
Окончательный выбор метода синтеза происходит после всестороннего комплексного анализа этих этапов и их оптимизации.
1. Реакции органического синтеза
Ниже приводится далеко не исчерпывающий список реакций органического синтеза, классифицированных по признаку изменения химического класса синтезируемой молекулы:
· Гидрирование - присоединение водорода по кратной связи.
· Дегидрирование - отщепление водорода с образованием кратной связи.
· Гидратация - присоединение воды по кратной связи с образованием спирта.
· Дегидратация - отщепление воды с образованием кратной связи.
· Алкилирование - обмен водорода на углеводородный радикал.
· Ацилирование - введение в молекулу остатка карбоновой кислоты (ацильной группы)
· Циклизация - образование циклической структуры в молекуле.
· Галогенирование - введение атома галогена в молекулу посредством обмена водорода на галоген или присоединения по кратной связи.
· Нитрование - обмен водорода на группу NO2.
· Этерификация - взаимодействие органической кислоты со спиртом с получением сложных эфиров.
· Окисление - в узком смысле - внедрение кислорода в молекулу, в широком - любое изменение в молекуле, приводящее к увеличению степени окисления углерода, например, дегидрирование, повышение кратности связи углерод-углерод.
· Сульфирование - обмен водорода на сульфогруппу.
· Полимеризация
Зачастую органические реакции являются сочетанием двух и более названных более простых реакций, например: "оксигалогенирование", "гидрогалогенирование". Уникальным реакциям могут быть присвоены имена химиков, их обнаруживших - синтез Гриньяра, реакция Белоусова и т.д.
2. Синтез циклогексанола.
В данной работе я решила рассмотреть дополнительно, в качестве примера на реакцию гидрирования, синтез циклогексанола. Так как циклогексанол приобретает все большее промышленное значение как полупродукт для синтеза адипиновой кислоты гексаметилендиамина (мономеры для производства волокна найлон), а также капролактама (мономер для производства волокна капрон). Циклогексанол может применяться также как растворитель нитрата целлюлозы, масел, жиров, феноло - формальдегидных смол и многих веществ, используемых для производства лаков; способен растворять сырой и вулканизованный каучук. Вводится в качестве добавки в производстве технических, моющих средств и хозяйственного мыла.
Циклогексанол представляет собой бесцветную жидкость со слабым камфорным запахом.; образует кристаллы напоминающие фенол; и кристаллическом, и в жидком виде горюч; пары циклогексанола в воздухом образует взрывчатые смеси. В воде растворим ограниченно.
Циклогексанол в крупных заводских масштабах получают гидрированием фенола:
С6Н5ОН + 3Н2С6Н11ОН
Процесс проводят в паро - газовой фазе под давлением 18-20 ат при 130 - 150°С над металлическим никелем, осажденным на носителе - окиси алюминия.
Одновременно с основной реакцией в небольшой степени протекают следующие побочные реакции:
Образование циклогексана;
Деструктивное гидрирование фенола до метана;
Образование циклогексена путем дегидратации образовавшегося циклогексанола.
На рисунке 1 изображена схема получения циклогексанола гидрированием фенола. Фенол из сборника 9 перекачивают в испаритель контактного аппарата 12. Чтобы предотвратить застывание фенола, аппараты 9, 10, 13, а также все трубопроводы, по которым перекачивают фенол, обогревают глухим паром. Испаритель заполняют до определенного (постоянного) уровня фенолом и подогревают фенол до 110-130°С.
Высококонцентрированный водород, тщательно очищенный от вредных примесей, в особенности, от кислорода, из газгольдера (на схеме не показан) трехступенчатым компрессором 1 нагнетают под давлением 18 - 20 ат в смеситель 8. При таком же давлении циркуляционным компрессором 6 в смеситель подают оборотный водород. Смесь свежего и оборотного водорода, подогретая продуктами реакции в теплообменнике 11 до 110°С, поступает в испаритель контактного аппарата 12. Для более полного гидрирования фенола процесс ведут при большом избытке водорода.
Водород, барботируемый через жидкий фенол, насыщается его парами, и паро-газовая смесь поступает в реакционную часть контактного аппарата, представляющего собой кожухо-трубный теплообменник. В трубах аппарата, заполненных гранулированным катализатором, происходит гидрирование фенола (степень превращения фенола 99%). Тепло экзотермической реакции гидрирования отводится путем испарения воды в межтрубном пространстве контактного аппарата. Образующийся водяной пар поступает в конденсатор 14, откуда конденсат возвращается в межтрубное пространство контактного аппарата. Отработанный катализатор периодически заменяют свежим.
Охлаждение контактной зоны кипящей водой имеет ряд преимуществ перед охлаждением проточной водой. Вода кипит при определенной температуре, зависящей от давления; это температура совершенно одинакова для всех сечений по высоте межтрубного пространства аппарата. Коэффициент теплоотдачи от кипящей воды к стенке в этом аппарате очень высокий и составляет 2500 - 3500 ккал/ (м2).
Из контактного аппарата 12 продукты реакции поступают в теплообменник 11, где отдают часть тепла водороду, и далее охлаждаются в конденсаторе 5. При охлаждении пары циклогексанола конденсируются; конденсат отделяют в сепараторе 7 от избытка водорода. По выходе из аппарата давление жидкого циклогексанола снижается с помощью дроссельного вентиля до атмосферного. Далее циклогексанол направляют на ректификацию. Водород из сепаратора 7 циркуляционным компрессором 6 нагнетается в смеситель 8. Чтобы избежать попадания в циркулирующий водород инертных примесей (азота) или кислорода (что очень опасно), часть водорода периодически отводят из системы и заменяют свежим.
Рис.2. Контактный аппарат для получения циклогексанола (нижняя часть I - испаритель; верхняя часть II - трубчатый реактор): 1 - корпус испарителя; 2 - регулятор пара; 3 - гильза для термопары; 4 паровой змеевик; 5 - барботер для водорода; 6 - мерное стекло; 7 - штуцер для ввода фенола; 8 - насадка; 9 - корпус реактора; 10 - опорные лапы; 11 - катализаторные трубки; 12 - компенсаторы; 13 - штуцер для выхода продуктов реакции.
На рисунке 2 показана конструкция контактного аппарата для гидрирования фенола; аппарат состоит из двух частей: нижней I (испаритель фенола) и верхней II (контактный аппарат). В испарителе имеется паровой змеевик 4 для подогрева фенола и барботер 5 для подачи водорода. В верхней части испарителя на решетке помещена насадка 8, которая задерживает (отбивает) брызги фенола, увлекаемые водородом. Стальной контактный аппарат снабжен автоматическими регулирующими устройствами, поддерживающими постоянный состав паро-газовой смеси путем регулирования постоянства уровня фенола в испарителе, постоянства температуры и равномерной подачи водорода.
Заключение
В заключении, хотелось бы сказать, что при изучении "Технологии органического синтеза" я поняла, как обширна и очень важна данная тема.
Я поняла особенность технологии органического синтеза, она обусловлена большими масштабами производства и высокими требованиями к чистоте получаемых продуктов. Это, прежде всего непрерывность технологических процессов, определяющая в целом последовательную структурную схему производства и многое другое, которое рассматривалось выше.
Таким образом, хочется верить, что мы, будущие технологи, сделаем свой вклад в развитие и совершенствование технологии в целом. Ведь химическая технология является очень интересной и важной наукой.
Литература
1. Бенедек П., Ласло А., Научные основы химической технологии, Л., 1970;
2. Кафаров В.В., Методы кибернетики в химии и химической технологии, 2 изд., М., 1971;
3. Лебедев Н.Н., Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза, М., 1971;
4. Реихсфельд В.О., Еркова Л.Н., Оборудование производств основного органического синтеза и синтетических каучуков, М. - Л., 1965;
5. Хайлов В.С., Брандт Б.Б., Введение в технологию основного органического синтеза, Л., 1969;
6. Юкельсон И.И., Технология основного органического синтеза, М., 1968.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Тенденции развития органического синтеза. Синтез-газ как альтернатива нефти. Получение этанола прямой каталитической гидратацией этилена. Замена двухстадийного процесса синтеза ацетальдегида из этилена через этанол одностадийным окислительным процессом.
курсовая работа [116,4 K], добавлен 27.02.2015Моноизопропиламин – продукт органического синтеза диазопропиламина, ацетона и аммиака. Технология производства вещества и область его применения. Сущность, задачи и методы планирования производственной программы, методы по повышению ее эффективности.
курсовая работа [142,6 K], добавлен 07.06.2009Разработка технологической схемы получения органического стекла пониженной горючести с элементами автоматического регулирования процесса. Расчет основных технико-экономических показателей, меры безопасного ведения производства органического стекла.
дипломная работа [146,7 K], добавлен 20.08.2009Математическая и физическая модели массообмена, описание процессов, происходящих в биореакторе. Рекомендации по биоконверсии органического сырья в биотопливо при изменении различных параметров в ситуации многокомпонентности и неоднородности сырья.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 03.04.2015Производство и применение катализаторов синтеза аммиака. Строение оксидного катализатора, влияние на активность условий его восстановления. Механизм и кинетика восстановления. Термогравиметрическая установка восстановления катализаторов синтеза аммиака.
дипломная работа [822,5 K], добавлен 16.05.2011Сущность "псевдоравновесного синтеза". Синтез веществ конгруэнтно растворимых с учетом диаграммы состояния тройных систем. Метод осаждения из газовой фазы. Окислительно-восстановительные реакции в растворах. Физико-химические методы очистки веществ.
контрольная работа [62,9 K], добавлен 07.01.2014Получение твердых композиций на основе эпоксидных смол. Способы синтеза ароматических полиамидов. Основные типы мономеров, применяемых для синтеза ароматических полиамидов. Примеры использования кевлара как армирующего волокна в композитных материалах.
презентация [1,4 M], добавлен 20.05.2019Основные компоненты реакции синтеза пенополиуретанов. Технология производства полиоксипропилена марки Лапрол 373 методом полимеризации оксида пропилена. Термодинамический расчет реакции синтеза полиоксипропилена по законам Гесса, Кирхгофа и Гиббса.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 10.12.2012Эффективность антихолинэстеразного, противоглаукомного и миотического действия хлофосфола. Характеристика класса препарата. Теоретическое обоснование выбора схемы синтеза. Характеристика используемых в синтезе веществ. Идентификация готового продукта.
курсовая работа [839,2 K], добавлен 23.12.2012Изучение основных особенностей синтеза формальдегида, процесса получения формалина "сырца", его ректификации. Характеристика ежегодных норм расхода основных видов производственного сырья, материалов и энергоресурсов, норм образования отходов производства.
дипломная работа [459,4 K], добавлен 09.03.2010
