Лабораторный способ получения уксусной кислоты

Уксусная кислота (этановая кислота), CH3COOH — слабая, предельная одноосновная карбоновая кислота.

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

Получение уксусной кислоты

Уксусную кислоту можно получить окислением ацетальдегида кислородом воздуха. Процесс проводят в присутствии катализатора — ацетата марганца (II) Mn(CH3COO)2 при температуре 50–60 °С:

2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH

В промышленности её получают из метанола и оксида углерода (II) по реакции:

CH3OH + CO → CH3COOH Катализаторами служат соединения Rh (процесс фирмы Monsanto) или Ir (процесс фирмы BP).

По другому методу уксусную кислоту получают при окислении н-бутана при температуре 200 °C и давлении 50 атм в присутствии кобальтового катализатора.

2CH3CH2CH2CH3 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O

Старые способы — карбонилирование метанола на кобальтовых катализаторах (BASF); парциальное окисление бутана (Celanese) или этилена (Wacker) вытеснены как неконкурентоспособные.

Биохимическое производство уксусной кислоты брожением (уксуснокислое брожение). В качестве сырья используются этанолсодержащие жидкости (вино, забродившие соки), а также кислород. В качестве вспомогательных веществ — ферменты уксуснокислых бактерий или грибков (дрожжи). В этом процессе этанол биокаталитически окисляется до уксусной кислоты:

СН3СН2ОН + О2 → СН3СООН + Н2О

Химические свойства

Уксусная кислота диссоциирует по уравнению CH3COOH → CH3COO− + H+

Уксусная кислота проявляет кислотные свойства. Она взаимодействует с активными металлами,образуя соли — ацетаты:

Mg(тв) + 2CH3COOH → (CH3COO)2Mg + H2

Реакции по α-углеродному атому.

Водородные атомы у α-углерода более подвижны, чем другие атомы водорода в цепи, что приводит к возможности их замещения, например, на атом галогена:

CH3COOH + Cl2 → CH2ClCOOH + HCl

Эта реакция будет протекать до тех пор, пока не получится трихлоруксусный альдегид (CCl3COOH)

Области применения уксусной кислоты

70-80 % водный раствор уксусной кислоты называют уксусной эссенцией, а 3-6 % — уксусом. Водные растворы уксусной кислоты широко используются в пищевой промышленности (пищевая добавка E260) и бытовой кулинарии, а также в консервировании.

Уксусную кислоту применяют для получения лекарственных и душистых веществ, как растворитель (например, в производстве ацетилцеллюлозы, ацетона). Она используется в книгопечатании и крашении.

Уксусная кислота используется как реакционная среда для проведения окисления различных органических веществ. В лабораторных условиях это, например, окисление органических сульфидов пероксидом водорода, в промышленности — окисление пара-ксилола кислородом воздуха в терефталевую кислоту.

Большое количество уксусной кислоты применяется в химической промышленности, для синтеза малеинового ангидрида, хлоруксусной кислоты, а также для производства ацетатов (солей и эфиров уксусной кислоты)

В настоящее время в России уксусная кислота производиться на единственном предприятии ОАО «Невинномысский Азот», который производит нижеследующую кислоту.

Кислота уксусная (синтетическая)

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные показатели

Норма для марки Внешний вид и цвет Бесцветная, прозрачная жидкость с резким специфическим запахом Растворимость в воде Полная, р-р прозрачный Массовая доля уксусной кислоты, %, не менее 99,5 Массовая доля уксусного альдегида, %, не более 0,004 Массовая доля муравьиной кислоты, %,не более 0,05 Массовая доля сульфатов (SO₄), %, не более 0,0003 Массовая доля хлоридов (CI), %, не более 0,0004 Массовая доля тяжелых металлов, осаждаемых сероводородом (Pb), %, не более 0,0004 Массовая доля железа (Fe), %, не более 0,0004 Массовая доля нелетучего остатка, %, не более 0,004 Устойчивость окраски раствора марганцовокислого калия, мин., не менее 60 Массовая доля веществ, окисляемых двухромовокислым калием, см 3 р-ра тиосульфата натрия концентрация с (Na₂SO₃*5H₂O) = 0,1 моль/дм 3 , (0,1н), не более 5,0 Проба с серной кислотой Должна выдерживать испытание

Уксусную кислоту транспортируют в чистых железнодорожных цистернах с внутренней поверхностью из нержавеющей стали с верхним сливом, в бочках из нержавеющей стали вместимостью до 200 дм3, в стеклянных бутылях, вместимостью до 20 дм3, а также в алюминиевых бочках, вместимостью до 275 дм3. Бочки и бутыли с уксусной кислотой транспортируют железнодорожным, автомобильным и водным транспортом, в соответствии с правилами перевозок опасных грузов, действующими на соответствующих видах транспорта. Гарантийный срок хранения — 1 год со дня изготовления продукта.

C анализом рынка уксусной кислоты Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Мировой и российский рынок уксусной кислоты».

Источник

Характеристика и свойства уксусной кислоты

Уксусная кислота (или этановая) – органическое химическое соединение, относящееся к карбоновым кислотам (в состав их формулы входит карбоксильная группа – COOH). Это вещество известно человечеству с древних времен. Без нее невозможно производство многих пищевых продуктов и получение органических веществ.

Общая характеристика, формула

Химическая формула вещества СН3СООН. При нормальных условиях это бесцветная жидкость, обладающая резким характерным запахом и кислым вкусом. Попадание концентрированного вещества на слизистые оболочки вызывает химический ожог. «Ледяная» уксусная кислота 99 процентов обладает высокой гигроскопичностью, т.е. она способна поглощать водяной пар из атмосферного воздуха.

В уксусе могут растворяться не только жидкости, но и газы. Например, в нем растворяются фтороводород HF, хлористый водород HCl и бромистый водород HBr.

Соли рассматриваемого химического вещества называются ацетатами. Такое же наименование имеют и сложные эфиры. В качестве пищевой добавки применяется раствор уксусной кислоты с концентрацией 3 – 9%. В составе уксусной кислоты не может быть никаких примесей.

История открытия уксусной кислоты

Рассматриваемое вещество известно человеку с первобытных времен. СН3СООН образуется при скисании вина (отсюда и другое название – винный уксус). Впервые химические свойства уксуса описано в Древней Греции в 3 веке до н.э. В то время это вещество применялось для получения красителей. В Древнем Риме большой популярностью пользовался так называемый свинцовый сахар – ацетат свинца. Эта соль была причиной хронических отравлений и болезней римской аристократии.

Химическое строение уксуса впервые начал исследовать французский химик Дюма: он опубликовал труд о замещении атома водорода в органических соединениях атомом хлора. Так он получил хлоруксусную кислоту.

В середине 19 века немецкий химик А. Кольбе синтезировал уксус путем хлорирования сероуглерода CS2 до тетрахлометана CCl4, который путем пиролиза превращался в тетрахлорэтилен C2Cl4. Дальнейшее воздействие хлором водного раствора тетрахлорэтилена дало возможность получить трихлоруксусную кислоту. После электролитического восстановления ученый получил СН3СООН.

Еще в начале ХХ века значительное количество уксуса проводилось путем перегонки древесины.

Получение и производство

На ранних этапах развития индустрии вещество уксусная кислота получали путем окисления бутана и ацетатальдегида. Этот альдегид окислялся в присутствии катализатора ацетата марганца при высоком давлении и температуре. Реакция имела такой вид: 2СН3СНО + О2→2СН3СООН.

Окисление же бутана проходило при высоком давлении и в присутствии катализатора ацетата кобальта. Реакция имела такой вид: 2С4Н10 + 5О2→ 2СН3СООН.

В результате подорожания нефти (а рассмотренные способы базировались на окислении продуктов ее крекинга) сделали такие химические реакции экономически невыгодными. Более совершенный способ получения уксусной кислоты – это каталитическое карбонилирование метанола (древесного спирта) путем воздействия на него окисью углерода. Реакция имеет такой вид: СН3СОН + СО → СН3СООН. Катализатором служит йодистая соль кобальта.

С 1970 г. компания Монсанто предложила использовать в качестве катализатора родиевые соли. В результате производство уксусной кислоты заметно возросло.

В процессе биохимического производства применяется окисление этилового спирта микроорганизмами. Реакция проходит при участии фермента алькогольдегидрогеназы.

Также пищевую добавку уксусную кислоту можно получить путем окисления этилового спирта: С2Н5ОН + О2→ СН3СООН + Н2О.

Химические и физические свойства

Физические свойства уксусной кислоты следующие:

в стандартном состоянии это жидкость, не имеющая цвета, с резким запахом;
замерзает при температуре около 17 градусов, при этом образуются бесцветные кристаллы;
смешивается с водой в любых соотношениях;
гигроскопична;
температура кипения – 118 градусов;
температура вспышки – 39 градусов, самовоспламенения – 463.

В следующих примерах показаны кислотные свойства уксусной кислоты.

Взаимодействие с металлами: Mg + 2CH3COOH → (CH3COO)2Mg + H2; 6СН3СООН + 2Fe → 2Fe(CH3CОО)3+3Н2.
Реакция с оксидами металлов: CaO + 2CH3COOH → (CH3COO)2Ca + H2O.
Взаимодействие с щелочами: CH3COOH + КOH → CH3COOК + H2O.
Взаимодействие с солями: 2CH3COOH + Na2CO3→ 2CH3COONa + CO2 + H2O.
Реакция замещения с галогенами: CH3COOH + Cl2→CH2ClCOOH + HCl; CH3COOH + F2 → CH2FCOOH + HF.
Окисление кислородом: CH3COOH + 2O2→ 2CO2 + 2H2O.
Взаимодействие с аммиаком: СН3СООН + NH3→CH3COONH4.
Реакция со спиртами: СН3СООН + С2Н5ОН → СН3СООС2Н5 + 2Н2О. Эта реакция протекает в присутствии катализатора –серной кислоты.

Качественной реакцией на наличие ацетатов является их взаимодействие с сильными кислотами. Уксус вытесняется из водных растворов солей. При этом появляется характерный запах.

Хранение и транспортировка

Промышленная уксусная кислота наливается в транспортную тару (оцинкованные металлические бочки или канистры из полимерных материалов). В магазины раствор поступает в стеклянных или пластиковых бутылках с навинчивающимися крышками или пробками.

Хранить это вещество нужно в плотно закрытой таре в помещениях, которые специально приспособленные для хранения воспламеняющихся веществ. Места хранения уксусной кислоты должны быть защищенными от попадания прямых солнечных лучей и осадков.

Класс опасности уксусной кислоты – 8: едкие и коррозийные вещества.

Перевозку нужно осуществлять в цистернах из нержавеющей стали. Они не должны иметь нижнего слива. Наливные отверстия, люки оборудуются герметичными резиновыми, полиэтиленовыми прокладками, которые предотвращают расплескивание жидкости в процессе перевозки.

ООО «Эверест» осуществляет оптовые поставки уксусной ледяной (этановой) кислоты по выгодным ценам. Подробнее по телефону: +7 (812) 448-47-55.

Источник

Биохимические методы получения уксусной кислоты.

Уксусная кислота из винного уксуса известна всему человечеству с древности. Процесс ее производства был тесно связан с изготовлением вин, поскольку люди знали в каких пропорциях разводить уксус с водой. Поэтому раньше уксусную кислоту получали только биохимическим окислением жидкостей, которые содержали спирт. Получение уксусной кислоты окислением жидкостей, содержащих спирт, во многих странах сохранилось до последнего времени. Окисление спирта, происходящее за счет кислорода воздуха, совершается при помощи особых бактерий, называемых уксусными. Эти бактерии находятся в воздухе и, попадая в благоприятные условия, очень быстро размножаются, производя работу окисления. Таким образом, они являются передатчиками кислорода из воздуха, необходимого для окисления спирта в уксусную кислоту. По химическому характеру, процесс брожения осуществляется благодаря бактериям – это каталитический процесс, в котором катализатором является фермент или энзим. Хотя сегодня действие ферментов сравнивают с таким веществом как изопропиловый спирт или растворитель гликолевой группы. Но все же ферменты действуют как настоящие катализаторы, которые способны действовать только на одно вещество, при этом, не влияя на остальные.

Изучение действия ферментов за последнее время позволило до известной степени управлять процессами брожения, а следовательно, и рационализировать бродильные производства. Главным окислительным ферментом, который находится в уксусных бактериях является алкоголоксидаза. Она окисляет спирт в кислоту. Алкоголоксидаза как и другие ферменты – это сложное вещество органического типа, в состав которого входит неорганический активный катализатор, адсорбированный питательных неорганических веществ. Для максимально эффективного размножения уксусных бактерий нужна температура 25-35°С, а также присутствие азотистых и минеральных питательных веществ в спирте. Ни в коем случае не допускается присутствие растворителей, и даже малейшая плотность растворителя 646 будет недопустимой. Раствор спирта должен быть слабым (до 10%), в противном случае процесс окисления будет протекать очень медленно или (при 12%) совсем прекратится. Окисление протекает в две стадии: сначала винный спирт окисляется в ацетальдегид, а затем последний окисляется в уксусную кислоту.

Источник