Презентация на тему " Гидратация и дегидратация"

• 1 слайд

  Гидратация и дегидратация *

• 2 слайд

  1. Теоретические основы Процессы гидратации и дегидратации применяют в промышленности в широких масштабах * Для получения низших спиртов, альдегидов, простых эфиров и некоторых непредельных соединений

• 3 слайд

  1. Теоретические основы Присоединение воды к олефинам всегда происходит по правилу Марковникова, из этилена образуется этанол, из пропилена– изопропанол, из н-бутена и втор-бутанол, а из изобутена – трет-бутанол: *

• 4 слайд

  * Гидратация по тройным связям ацетилена и нитрилов дает карбонильные соединения – ацетальдегид и амиды: 1. Теоретические основы

• 5 слайд

  Все реакции обратимы. Отщепление Н2О происходит с.о.: * 1. Теоретические основы внутримолекулярная дегидратация межмолекулярная дегидратация

• 6 слайд

  Термодинамика гидратации – внутримолекулярной дегидратации: * 1. Теоретические основы гидратация протекает с выделением тепла ее равновесие смещается вправо при Т и Р

• 7 слайд

  * 1. Теоретические основы Пример: гидратация олефинов при 250–300 °С и атмосферном давлении составляет всего 0,1–0,2%, а при 7–8 МПа и тех же температурах она возрастает до 12–20 %

• 8 слайд

  Термодинамика межмолекулярной дегидра-тации спиртов – гидролиза простых эфиров: * 1. Теоретические основы гидратация протекает с выделением тепла ее равновесие смещается вправо при Т ! При 200–400 °С внутри- и межмолекулярная дегидратация конкурируют друг с другом ! Давление не влияет на образование простого эфира, но получению олефина его снижение благоприятствует

• 9 слайд

  Реакции гидратации принадлежат к числу кислотно-каталитических процессов, протекающих по механизму электрофильного присоединения. Основными катализаторами являются протонные кислоты (фосфорная, серная) и сульфокатионит (сульфированный сополимер стирола с дивинилбензолом с размером частиц 0,2–0,9 мм). * 1. Теоретические основы

• 10 слайд

  Роль катализатора заключается в протонировании олефина с промежуточным образованием π- и σ-комплексов * 1. Теоретические основы

• 11 слайд

  Равновесие гидратации – дегидратации мало зависит от строения олефина и спирта, поэтому ряд реакционной способности олефинов к гидратации соответствует аналогичному ряду спиртов по их способности к дегидратации: третичный > вторичный > первичный * 1. Теоретические основы

• 12 слайд

  Побочные реакции и селективность процесса * 1. Теоретические основы 1.2. Олигомеризация олефинов Пути уменьшения выхода ОП: 1. Избыток воды по отношению к олефину 2. Снижение температуры

• 13 слайд

  Побочные реакции и селективность процесса * 1. Теоретические основы 1.1 Образование простых эфиров Т Р, СROH +ROH ROH + олефин олефин Т Р, СROH

• 14 слайд

  Побочные реакции и селективность процесса * 1. Теоретические основы 3. Образование альдегидов или кетонов Пути уменьшения выхода АиК: использование оксидных катализаторов (Al2O3 или ThO2) вместо протонных кислот

• 15 слайд

  2. Гидратация олефинов Наиболее ценными продуктами, получаемыми реакциями гидратации, являются: Метилкарбинол: растворитель; горючее для жидкостных ракетных двигателей; компонент антифризов; применяется в медицине, пищевой и химической промышленности (производство ацетальдегида, диэтилового эфира, этилацетата, уксусной кислоты) Мировое производство этанола гидратацией этилена составляет около 3 млн. т/год. *

• 16 слайд

  2. Гидратация олефинов Наиболее ценными продуктами, получаемыми реакциями гидратации, являются: 2-пропанол: нашел применение в качестве растворителя, используется в производстве сложных эфиров и ацетона. *

• 17 слайд

  2. Гидратация олефинов Наиболее ценными продуктами, получаемыми реакциями гидратации, являются: 2-бутанол: применяется как растворитель, а также для получения сложных эфиров и метилэтилкетона. *

• 18 слайд

  2. Гидратация олефинов 2.1. Сернокислотная гидратация * Для подавления побочных реакций: концентрация серной кислоты от 60 до 98 %, температура от 0 до 70 °С, давление от 0,2 до 2 Мпа, соотношение серной кислоты и олефина берут таким, чтобы на 1 моль H2SO4 поглощалось 1,2–1,3 моль олефина.

• 19 слайд

  2. Гидратация олефинов 2.1. Сернокислотная гидратация * Влияние природы олефина на условия сернокислотной гидратации олефинов в спирты ОлефинH2SO4,%Р, МПаТ, °С СН2=СН2962,570 СН2=СН–СН3700,870 СН2=СН– СН2–СН3800,445 СН2=С(СН3)2650,430

• 20 слайд

  2. Гидратация олефинов 2.1. Сернокислотная гидратация * горизонтальный абсорбер с дисковой мешалкой колонный тарельчатый абсорбер непрерывного действия

• 21 слайд

  2. Гидратация олефинов 2.1. Сернокислотная гидратация * Основной недостаток метода: наличие отработанной серной кислоты и необходимость ее утилизации

• 22 слайд

  2. Гидратация олефинов 2.2. Прямая гидратация * Условия: катализатор (Н3РО4 на носителе), избыток этилена (1,4…1,6):1, температура (260–300 °С), давление водяного пара (2,5–3,0 МПа), степень конверсии – 4 %, объемная скорость – 2000 ч–1, выход спирта – 15 %, концентрация этилена – 97–99 %, подпитка катализатора фосфорной кислотой

• 23 слайд

  2. Гидратация олефинов 2.2. Прямая гидратация * Оборудование гидратации этилена: гидратор непрерывного действия, полая стальная колонна (d=1,5 и h=10 м), корпус и днище выложен листами красной меди, устройства для охлаждения не требуются Реакционный узел для гидратации пропилена на сульфокатионите

• 24 слайд

  * Основные преимущества: процесс одностадийный, отсутствие расхода серной кислоты или установок по ее регенерации, более высокий выход спирта (≈ 95 %), меньше коррозии аппаратуры. 2. Гидратация олефинов 2.2. Прямая гидратация

• 25 слайд

  * 2. Гидратация олефинов

• 26 слайд

  * Ацетальдегид применяют для производства уксусной кислоты, уксусного ангидрида, н-бутанола, пентаэритрита,паральдегида 3. Гидратация ацетилена Гидратация ацетилена по реакции Кучерова долгое время была единственным промышленным методом получения ацетальдегида:

• 27 слайд

  * Проводится в жидкой фазе путем барботирования ацетилена через 10–20 %-ную серную кислоту, содержащую 0,5–0,6 % HgO, который находится в растворе в виде HgSO4 3. Гидратация ацетилена 3.1. Гидратация с ртутным катализатором

• 28 слайд

  * 3. Гидратация ацетилена 3.1. Гидратация с ртутным катализатором 3.1.1. Конденсация ацетальдегида с образованием кротонового альдегида и смол: Побочные процессы: 3.1.2. Восстановление ацетальдегидом солей ртути с превращением их в неактивную форм

• 29 слайд

  * Основной недостаток: применение токсичных и дорогостоящих ртутных солей в качестве катализаторов 3. Гидратация ацетилена 3.1. Гидратация с ртутным катализатором

• 30 слайд

  * Практическое применение нашла смесь состава CdHPO4·Ca3(PO4)2, активная при 350–400 °С, обладающая кислотными свойствами и содержащая металл той же группы периодической системы, что и ртуть. 3. Гидратация ацетилена 3.2. Гидратация с нертутным катализатором

• 31 слайд

  * 3. Гидратация ацетилена 3.2. Гидратация с нертутным катализатором Способы повышения селективности: устранение перегрева и организация оптимального теплового режима процесса применение большого избытка водяного пара (7…10) : 1 и поддержание неполной конверсии ацетилена в реакторе

• 32 слайд

  * 3. Гидратация ацетилена 3.2. Гидратация с нертутным катализатором Основные недостатки: Низкий выход ацетальдегида Небольшой срок службы катализатора

• 33 слайд

  * 4. Дегидратация спиртов 4.1. Дегидратация с образованием ненасыщенных соединений При обработкой фракции нефти (С4) водой в присутствии сульфокатионита получается трет-бутиловый спирт, который после его выделения подвергают дегидратации с образованием изобутилена:

• 34 слайд

  * 4. Дегидратация спиртов 4.1. Дегидратация с образованием ненасыщенных соединений Дегидратацией метилфенилкарбинола получают стирол (Халкон-процесс): ! кроме стирола в качестве товарного продукта получают оксид пропилена

• 35 слайд

  * 4. Дегидратация спиртов 4.1. Дегидратация с образованием ненасыщенных соединений Из изобутилена и формальдегида в результате заключительной последовательной дегидратации диола и ненасыщенного спирта получают изопрен:

• 36 слайд

  * 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Межмолекулярной дегидратацией этанола в больших количествах получают диэтиловый эфир при 250 ºС на гетерогенном катализаторе:

• 37 слайд

  * 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Синтез простых эфиров из изопропанола и высших спиртов (во избежании побочного образования олефинов) ведут в жидкой фазе при более низкой температуре в присутствие кислотного катализатора ! Метод годится главным образом для синтеза симметричных эфиров 3ROH + 3R`OH → R2O + R`2O + ROR` + 3H2O

• 38 слайд

  * 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Дегидратацией безводного этиленхлоргидрина на кислотном катализаторе получают хлорекс (β, β'-дихлордиэтиловый эфир): Хлорекс – ценный растворитель, экстрагент, исходное вещество для получения полисульфидных полимеров

• 39 слайд

  * 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Двухатомные спирты при дегидратации в присутствии кислотного катализатора способны к замыканию цикла с образованием стабильных пяти- и шестичленных циклов.

• 40 слайд

  * 4. Дегидратация спиртов 4.2. Дегидратация с образованием простых эфиров Этим путем получают растворители: из диэтиленгликоля – диоксан, из бутандиола – тетрагидрофуран:

• 41 слайд

  * 5. Дегидратация карбоновых кислот Продуктами внутри- и межмолекулярной дегидратации являются кетен и уксусный ангидрид: Реакция эндотермична, равновесие смещается вправо только при высокой температуре: 500–600 °С в случае образования ангидрида и 700 °С в случае образования кетена. При образовании кетена на равновесное превращение положиельно влияет и пониженное давление. Обе реакции протекают в присутствии гетерогенных катализаторов кислотного типа (фосфаты и бораты металлов) или паров фосфорной кислоты

• 42 слайд

  * 6. Технология дегидратации Используют в тех случаях, когда продукт или исходные реагенты недостаточно стабильны при повышенных температурах газофазного процесса – синтез хлорекса, диоксана и морфолина 6.1. Жидкофазная дегидратация Катализатор: серная кислота (концентрацией до 70 %), фосфорная кислота, кислые фосфаты кальция или магния, сульфокатиониты (при температуре до 150 °С). Температура: от 100 до 160–200 °С Давление: атмосферное

• 43 слайд

  * 6. Технология дегидратации Вариант 1 Процесс ведут, непрерывно отгоняя от катализаторного раствора продукт в виде азеотропа, обогревая реактор паром и непрерывно подавая исходный органический реагент Вариант 1 Процесс ведут при пропускании подкисленного реагента через змеевиковый или трубчатый реактор при нужной температуре 6.2. Реакционные узлы жидкофазной дегидратации

• 44 слайд

  * 6. Технология дегидратации Предназначены для получения изобутена (из трет-бутанола), диэтилового эфира (из этанола), уксусного ангидрида (прямо из уксусной кислоты или через кетен) 6.3. Газофазная дегидратация Катализатор: фосфорная кислота на пористых носителях, оксид алюминия, кислые и средние фосфаты кальция или магния. Температура: от 225–250 °С (получение диэтилового эфира) до 700–720°С (дегидратация уксусной кислоты в кетен) Давление: атмосферное, но при получении диэтилового эфира оно может составлять 0,5–1,0 МПа, а при дегидратации в кетен 0,02 ,03 МПа

• 45 слайд

  * 6. Технология дегидратации 6.4. Реакционные узлы газофазной дегидратации Вариант 1 Эндотермические процессы внутримолекулярной дегидратации проводят в трубчатом реакторе в трубах которого размещен гетерогенный катализатор

• 46 слайд

  * 6. Технология дегидратации 6.4. Реакционные узлы газофазной дегидратации Вариант 2 Ввиду высокой металлоемкости трубчатых аппаратов наибольшее распространение получили адиабатические реакторы со сплошным слоем гетерогенного катализатора, не имеющие поверхностей теплообмена

• 47 слайд

  Технологическая схема получения этанола: 1, 2 – компрессоры; 3 – трубчатая печь; 4 – теплообменник; 5 – реактор; 6 – солеотделитель; 7 – холодильник; 8, 10 – сепараторы; 9 – абсорбер; 11 – колонна отгонки легкой фракции; 12 – колонна отгонки этанола; 13 – установка ионообменной очистки оборотной воды; 14 – насос; 15 – дроссельный вентиль; 16 – конденсаторы *