Получение формальдегида все способы

Формальдегид как основа получения веществ и материалов для моей профессиональной деятельности

Содержание:

Предмет:	Химия
Тип работы:	Реферат
Язык:	Русский
Дата добавления:	08.10.2019

• Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой работой!
• Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти рефераты по химии на любые темы и посмотреть как они написаны:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

Основы для понимания химической природы альдегидов были заложены работами Либиха по изучению ацетальдегида, опубликованными в 1835 г. В последующие годы были открыты другие алифатические альдегиды, которые сразу же были отнесены к этой группе химических соединений. К 1860 г. были открыты пропионовый, масляный, изовалериановый и некоторые другие альдегиды; однако формальдегид всё ещё оставался неизвестным. Та легкость, с которой метанол при окислении переходит через формальдегид в муравьиную кислоту и далее в двуокись углерода и воду, сильно затрудняла выделение формальдегида.

Впервые формальдегид был получен А. М. Бутлеровым в 1859г. при попытке синтеза метиленгликоля путем гидролиза метиленацетата, который был предварительно синтезирован путем взаимодействия иодистого метилена с уксуснокислым серебром.

Бутлеров отметил характерный запах полученного раствора формальдегида, но выделить неустойчивый гликоль, разлагавшийся с выделением формальдегида и воды, ему не удалось. Бутлеров получил также твердый полимер формаоьдегида, действуя иодистым метиленом на щавелевокислое серебро. Он установил, что это соединение является полимером оксиметилена, но не показал, что оно деполимеризуется при испарении.

Бутлеров получил новый полимер также и при взаимодействии иодистого метилена с окисью серебра, что послужило дополнительным подтверждением структуры полимера. Бутлеров показал, что это вещество образует с аммиаком кристаллическое соединение (гексаметилентетрамин) и даже высказал утверждение, что оно обладает такими химическими свойствами, каких можно было бы ожидать от неизвестного ещё «формальдегида».

В 1868 г. А. Гофман получил формальдегид при пропускании смеси паров метанола с воздухом через накаленную платиновую спираль и идентифицировал его. Этот прием был положен в основу современных методов производства формальдегида.

Физико-химические свойства формальдегида

• Химическая формула формальдегида является CH2O.
• Молекулярный вес 30,03 г / моль.
• Формальдегид — бесцветный газ с резким, удушающим запахом. Порог запаха формальдегида составляет 0,83 ч / млн. Растворим в воде при комнатной температуре.
• Удельный вес: 1,083 Н / м3. Плотность: 1,03 г / см3.
• Температура вспышки: 154 ° C (310 ° F). Температура самовоспламенения: 499 ° C (932 ° F).

Как и все летучие органические вещества, чистый формальдегид может находиться в одном из трех состояний — твердом, жидком или газообразном. Однако в этих состояниях фактически формальдегид может присутствовать в виде ряда модификаций, которые принципиально различаются по химическим и, кроме того, физическим свойствам. Таким образом, различные модификации высокополимерного продукта, полиформальдегида и циклических олигомеров (триоксан, тетраоксан) и мономерного формальдегида могут соответствовать твердому состоянию.

Все эти модификации могут находиться в жидком состоянии, однако, при разных температурах. В парах формальдегид может присутствовать в основном в форме циклических олигомеров и мономера. И хотя все без исключения модификации сохраняют тот «уникальный отпечаток» формальдегида, который присущ большинству химических производных последнего, аномально большое количество реально существующих модификаций часто затрудняет понимание поведения формальдегида при химических и физических превращениях. Растворы формальдегида в воде и спиртах также специфичны.

Основные формы существования формальдегида

Почти весь коммерческий формальдегид доступен в форме водно-метанольных растворов. Наиболее широко используемым продуктом был 35-37% формальдегид и 6-11% метанол, называемый формалин.

Формулировка формалина сложилась исторически под влиянием следующих факторов:

• Во-первых, метанол и вода сопровождают формальдегид на стадии его производства наиболее распространенным способом (метанол — сырье, вода — побочный продукт и абсорбент).
• Во-вторых, раствор указанного состава при положительных температурах полностью устойчив к осаждению полимера и может храниться или транспортироваться в течение неопределенно длительного времени.
• В-третьих, в форме водно-метанольного раствора формальдегид может использоваться в большинстве промышленных синтезов, а также при прямом использовании.
• И, наконец, в-четвертых, именно формалин получают окислительной конверсией метанола в присутствии металлических катализаторов на стадии контактного поглощения газа; никаких дополнительных операций для придания продукту товарных свойств обычно не требуется.

Источники формальдегида

Антропогенные источники включают прямые выбросы от производственного и промышленного использования и вторичные (окисление углеводородов, выбрасываемых стационарными и мобильными источниками).

Формальдегид попадает в водную среду в результате сброса муниципальных и промышленных сточных вод, а также в процессе их вымывания из атмосферного воздуха. В дождевой воде городов отмечается наличие формальдегида. Формальдегид является мощным восстановителем. Он конденсируется с аминами и образует уротропин с аммиаком. В водной среде он подвергается биоразложению, которое вызвано действием бактерий.

Фоновые концентрации составляют несколько мкг / м3, в городском воздухе они достигают значений 0,005-0,01 мг / м3. Рядом промышленные источники — выше. Краткосрочные пиковые концентрации в застроенных городских районах (в часы пик или в условиях фотохимического смога) примерно на порядок выше.

Миграция формальдегида в окружающей среде. Формальдегид вымывается из воздуха дождевой водой. Водный раствор является мощным восстановителем. Конденсируется с аминами, с аммиаком образует уротропин. В водной среде формальдегид подвергается деградации из-за действия ряда бактерий. В стерильной воде формальдегид не разлагается.

Атмосфера промышленных городов характеризуется очень высокими концентрациями формальдегида. Самые высокие концентрации вещества наблюдаются в городских районах в часы пик или в условиях фотохимического смога.

Тенденция загрязнения воздуха в городах в последние годы приводит к снижению содержания загрязняющих веществ. Проблемная ситуация остается только с одним веществом — формальдегидом. Это настоящий бич для эфира практически всех городов. Часто формальдегид вызывает 70-80% общего загрязнения воздуха.

5 миллионов тонн производится в мире. Формальдегид, который является реагентом для ряда важных синтезов. Образуется не только в результате антропогенной активности, но и в природных процессах, участвует в синтезе фотохимических продуктов при смоге. Поэтому его концентрация в атмосфере меняется сезонно, достигая максимума в летние месяцы.

Уменьшение содержания формальдегида зимой обусловлено уменьшением интенсивности фотохимических процессов, уменьшением эмиссии метана, из которой может образовываться формальдегид, и, в частности, свойствами самого формальдегида, который при температуре -190 ° С превратиться в жидкое состояние.

Источником образования формальдегида в городах является главным образом автомобильный транспорт, в результате работы двигателей которого формальдегид выделяется в выхлопных газах вместе с другими несгоревшими углеводородами. В дополнение к транспортным средствам формальдегид производят деревообрабатывающие предприятия, автомобильные заводы, а также химическая и кожевенная промышленность. Негативное влияние формальдегида обусловлено его высокой реакционной способностью.

Формальдегид оказывает общее токсическое действие на человека, обладает раздражающими и аллергенными свойствами. Канцерогенные и мутагенные свойства были также обнаружены в формальдегиде. Наибольшее количество злокачественных новообразований, вызванных формальдегидом, связано с дыхательной системой человека. Чаще всего это провоцирует развитие рака носоглотки. Предпосылки и данные предварительных исследований позволяют предположить, что формальдегид способствует возникновению лейкемии.

Уменьшить влияние формальдегида сложно. Действие этого газа очень сильное из-за высокой токсичности как самого себя, так и его метаболитов, потому что, когда он попадает в организм, он либо окисляется там до муравьиной кислоты, либо восстанавливается до метанола. Вы можете избежать воздействия формальдегида, минуя места его «поражения»: пробки, застойные невентилируемые зоны, зоны предприятий с выбросами, содержащими формальдегид.

В домашних условиях выбор безопасных декоративных материалов, а также комнатных растений может помочь снизить содержание формальдегида в воздухе. Некоторые из них имеют отличные свойства поглощать формальдегид из воздуха. Это папоротники, хамедорея, кустовая хризантема, драцена, плющ, фикус Бенджамина. И если на улице трудно избежать загазованных участков, вполне возможно создать атмосферу дома без канцерогенного формальдегида, а также без других токсичных веществ.

И организм получит время на восстановление после воздействия формальдегида, проведя хотя бы часть дня в нормальной атмосфере. Как бы то ни было, организм будет переносить периодическое воздействие токсического вещества лучше, чем хроническое. Если мы все еще не можем полностью победить формальдегид на улице, тогда мы можем сделать наш дом чистым от этого загрязнителя, чтобы, по крайней мере, дом не подвергался воздействию этого токсичного канцерогенного газа.

Современные методы производства формальдегида

Восстановление оксидов углерода. Получение формальдегида прямым восстановлением оксидов углерода водородом всегда привлекало исследователей своей простотой и низкой стоимостью сырья. В химической патентной литературе все еще встречается множество описаний различных технологических вариантов этого процесса.

Предполагается, что синтез метанола из диоксида углерода и водорода под давлением проходит через промежуточную стадию образования формальдегида, дальнейшее превращение которого в метанол может быть осуществлено двумя способами: часть метанола получают непосредственно гидрированием, а часть путем преобразования формальдегида по реакции Канниццаро. На медно-глиноземном катализаторе реакция протекает при температуре 282–487 ° и давлении 117–410 атм. Но для достижения практически приемлемых результатов процесс должен проводиться при очень высоких давлениях. Кроме того, необходимо использовать особенно активный и селективно действующий катализатор, который позволил бы достичь равновесия достаточно быстро и в то же время избежать гидрирования образовавшегося формальдегида. Поэтому этот путь синтеза кажется безнадежно невыгодным.

Производство формальдегида из углеводородных газов. Процесс основан на контролируемой реакции окисления углеводородного газа воздухом или кислородом, который отключается путем гашения (гашения) отработавших реакционных газов и последующей конденсации продуктов реакции. Полученный сырой раствор должен быть очищен для отделения формальдегида от смеси с другими продуктами. В этом нефтехимическом процессе формальдегид больше не является основным продуктом; соотношение между различными продуктами зависит от природы используемого углеводородного сырья и условий реакции.

Производство формальдегида из метанола. Получение формальдегида из метанола было разработано раньше, чем другие способы получения формальдегида и до сих пор остается основным способом его получения в промышленности. Этот метод заключается в пропускании смеси метанола и воздуха над нагретым стационарным катализатором при атмосферном давлении с дальнейшим поглощением выхлопных газов водой для получения водного раствора формальдегида.

В настоящее время этот процесс осуществляется двумя способами. В первом классическом варианте используется серебряный или медный катализатор и богатая смесь метанола с воздухом. В этом варианте выхлопные газы содержат 18-20% водорода и менее 1% кислорода, а также небольшие количества метана и оксидов углерода. Согласно второму способу, включающему использование оксидных катализаторов, например оксидов железа и молибдена, используют бедные смеси метанола с воздухом и получают растворы формальдегида, которые практически не содержат непрореагировавший метанол. В этом случае выхлопные газы содержат непрореагировавший кислород и почти не содержат водорода.

Получение формальдегида на металлических катализаторах

Окислительная конверсия метанола в присутствии раскаленной меди относится к числу старейших химических процессов. В качестве сырья долгое время применялся метанол лесохимического происхождения. В России производство формальдегида было освоено в 1990-х гг. в основном благодаря усилиям акад. Орлова. В 20-х годах многими исследователями было показано, что серебро и его сплавы более эффективны в качестве катализаторов, чем медь. Доминирующее положение этих катализаторов по сравнению с другими металлическими контактами сохраняется и в настоящее время.

Как известно, смеси метанола с кислородом или с воздухом взрывоопасны. При атмосферном давлении область распространения пламени в смесях метанол — воздух находится в диапазоне объемного содержания метанола от 6,7 до 36,4%. При добавлении инертного газа, например азота, пределы взрывных концентраций сужаются.

Аналогичный эффект оказывает добавление паров воды. С повышением температуры указанные пределы несколько расширяются. Окислительная конверсия метанола на серебре проводится при соотношении метанол : воздух выше верхнего предела взрывной концентрации, то есть при большом избытке метанола по отношению к кислороду.

Реакция превращения метанола в формальдегид на первый взгляд представляется весьма простой. Однако более детальные исследования показали, что брутто – процесс состоит из более чем десятка индивидуальных реакций, не говоря о большом разнообразии субмолекулярных превращений.

Собственно образование формальдегида осуществляется в результате протекания параллельных реакций простого и окислительного дегидрирования метанола:

• СН3ОН → СН2ОН + Н2 – 93,4 кДж/моль
• СН3ОН + ½ О2 → СН2О + Н2О + 147,4 кДж/моль

Наряду с этими реакциями в системе протекает целый комплекс побочных превращений:

• СН3ОН + 3/2 О2 → СО2 + 2Н2О + 575,1 кДж/моль
• СН2О +1/2 О2 → НСООН + 270,4 кДж/моль
• НСООН + ½ О2 → СО2 + Н2О +14,5 кДж/моль
• НСООН → СО + Н2О – 53,7 кДж/моль
• СН2О → СО + Н2 + 1,9 кДж/моль
• 2СН2О + Н2О → СН3ОН + НСООН + 122,0 кДж/моль
• Н2 + ½ О2 → Н2О + 241,8 кДж/моль
• 2СН3ОН + СН2О → СН2(ОСН3)2 + Н2О + 131,0 кДж/моль
• СО + ½ О2 → СО2 + 283,0 кДж/моль
• 2СО → СО2 +С +172,5 кДж/моль

К перечисленным реакциям предлагается добавить следующие:

• 2СН2О → НСООН + 132,6 кДж/моль
• НСООН + (n – 1)CH2O → НСООН)СН2О)nСН 2ОН

При температурах, характерных для производства, скорость превращения метанола в формальдегид ограничена подачей реагентов на поверхность зерен катализатора, т.е. процесс протекает во внешней диффузионной области. Кинетическая область процесса протекает при температуре ниже 300 ° С, хотя признаки превращения метанола в формальдегид уже наблюдаются при 200-240 ° С.

Выход формальдегида в этих условиях составляет

1% при конверсии метанола 1,5-2,0%. С повышением температуры до 290 ° С выход формальдегида и конверсия метанола увеличиваются, но не превышают 3,6 и 4,6% мол. Соответственно. Содержание углекислого газа в выхлопных газах увеличивается, а утечка кислорода уменьшается. Отсутствие оксида углерода в газообразных продуктах, а также незначительное количество водорода (менее 1%) позволяют предположить, что реакция протекает по чисто окислительному механизму (без простого дегидрирования). Скорость реакции в этой области зависит от объемной скорости потока (пропорциональной количеству загруженного катализатора).

Размер зерна контакта не влияет на скорость реакции. При температуре выше 290-300 ° С реакция смещается в так называемую переходную область. Внешне это проявляется в нестабильности реакции: температура самопроизвольно колеблется, управление процессом затруднено. При температуре около 300 ° С происходит «воспламенение» катализатора, то есть переход из изотермического в адиабатический режим.

При температуре выше 370-4000 ° С процесс переходит в область внешней диффузии. Процесс в диффузионной области вызывает значительную разницу концентраций реагентов и продуктов реакции на поверхности серебра и в потоке. Химическое взаимодействие между молекулами метанола и кислорода происходит очень быстро, и нагрев катализатора настолько велик, что этого достаточно для поддержания высокой температуры реакции. Конверсия кислорода в области внешней диффузии резко возрастает и близка к завершению при повышенных температурах.

Сравнение вышеперечисленных фактов показывает преимущества проведения реакции в диффузионной области с практической точки зрения. Так, при переходе во внешнюю диффузионную область активность и селективность катализатора резко возрастают, что приводит к значительному увеличению производительности катализатора (на 1,5-2,0 порядка), кроме того, возникает необходимость в подаче тепло снаружи для поддержания температуры в реакторе и т. д.

С повышением температуры конверсия метанола монотонно возрастает. Селективность образования формальдегида практически постоянна при повышении температуры от 400 до 7000С, а при дальнейшем росте она резко уменьшается. В соответствии с этим выход водорода и оксидов углерода увеличивается с ростом температуры.

В дополнение к выхлопным газам рекомендуется использовать азот, аргон, гелий, млм углекислого газа в качестве разбавителя. Чтобы избежать вредного воздействия окиси углерода на катализатор, предлагается обрабатывать выхлопные газы основными соединениями или окислителями или просто предварительно сжигать окись углерода в потоке воздуха.

Известно, что добавление воды к исходному метанолу, помимо снижения взрывоопасности процесса, благоприятно влияет на такие показатели, как селективность, стабильность катализатора и т. д.

Скорость окислительной конверсии метанола в виде гетерогенно-каталитической реакции, происходящей во внешней диффузионной области, не зависит от объемной скорости подачи метанола (при уменьшении объемной скорости лишь небольшая доля боковых превращений, происходящих в свободном пространстве, незначительно увеличение).

Роль параметра времени в реакциях рассматриваемого типа играет линейная скорость потока, рассчитываемая как отношение парогазовой смеси (метанол, вода, воздух), прошедшей в единицу времени к поперечному сечению реактора. площадь сечения. Чем выше линейная скорость, тем больше количество метанола (и кислорода) контактирует в единицу времени с поверхностью катализатора и, следовательно, претерпевает конверсию, что позволяет говорить о повышении коэффициента использования поверхности катализатора. Только при чрезвычайно низких линейных скоростях конверсия метанола увеличивается. Это обычно происходит из-за резкого увеличения вклада побочных реакций, то есть снижается селективность образования формальдегида.

Отмеченные зависимости хорошо видны в том случае, когда вместо линейной скорости потока берется пропорциональный ей аргумент, называемый нагрузкой метанолом, и выражается в виде массы последней, которая подается на единицу секции реактора на единица времени В промышленных аппаратах линейная скорость поддерживается на уровне 0,7-1,5 м / с, что соответствует объемной скорости жидкого сырья 24-33 ч-1.

Вопрос выбора оптимальной высоты слоя тесно связан с вопросом загрузки катализатора по сечению. Учитывая совокупность имеющихся наблюдений, следует сделать вывод, что для каждой нагрузки существует минимальная высота, на которой весь слой находится при расчетной (заданной) рабочей температуре (650-7000С), а также показатели процесса (конверсия, селективность) находятся на максимальном уровне. Дальнейшее увеличение высоты слоя при той же нагрузке практически не приводит к улучшению производительности. Наоборот, уменьшение нагрузки позволяет соответственно уменьшить высоту слоя. Для производственных схем высота слоя серебряного каталитического катализатора варьируется от 6-8 до 13-14 см.

Некоторые промышленные предприятия работают в условиях умеренного вакуума, что улучшает экологическую ситуацию на заводе. Однако большинство производственных линий работают при небольшом избыточном давлении.

Получение формальдегида на оксидных катализаторах

Наиболее широко используемым катализатором была смесь оксидов железа и молибдена MoO3 с атомным отношением молибдена к железу от 1,7 до 2,5. Катализатор получают соосаждением подходящей соли железа, например хлорида или нитрата, с молибдатом аммония. При нагревании и прокаливании исходная смесь превращается в твердый раствор оксида молибдена в молибдате железа. Атомы молибдена находятся внутри кислородных тетраэдров и октаэдров.

Конверсия метанола на оксидном контакте, а также на серебре основана на окислительном гидрировании метанола. По существу, единственной неблагоприятной реакцией этого процесса является дальнейшее окисление образующегося формальдегида.

Ограничивающей стадией как основной, так и побочной реакции является взаимодействие метанола с поверхностным кислородом. Полученная вода оказывает ингибирующее действие на обе реакции. Кроме того, метанол ингибирует окисление формальдегида до оксида углерода и воды.

Оксидные катализаторы значительно менее чувствительны к примесям, чем серебро и его аналоги.

Реакция должна проводиться в избытке кислорода, поскольку в противном случае под действием метанола и формальдегида катализатор быстро восстановится. Из этого, принимая во внимание пределы взрывоопасности реакционных смесей, вытекает важнейшая особенность приготовления формальдегида на оксидных контактах: реакция проводится при соотношении реагентов и воздуха ниже нижнего предела взрываемости, а именно, когда Содержание метанола в исходной смеси не превышает 7-8%.

Экспериментально доказано, что при температуре выше 4000 ° С катализатор теряет активность из-за уноса относительно летучих продуктов из оксидов молибдена. Кроме того, когда этот предел превышен, потери формальдегида из-за термического разложения становятся заметными. Учитывая эти соотношения, рабочая температура процесса поддерживается на уровне 350-3900С. Стабильность катализатора может быть улучшена путем использования различных добавок, например, соединений хрома.

Благодаря процессу в кинетической области для основной реакции и высокой селективности оксидного контакта конверсия метанола может быть увеличена до 98-99% с молярным выходом формальдегида 95-96% для пропущенного сырья.

Использование оксидного катализатора позволяет получать формалин с содержанием метанола не более 0,6% и, самое главное, с чрезвычайно низким содержанием муравьиной кислоты (менее 0,02%).

Приблизительно одна треть газов после поглотителей уходит в факел, а оставшееся количество рециркулируется. Со дна поглотителя удаляется 37% формалина.

Заключение

Прежде всего, формальдегид — это газ. Это естественно формируется не только в окружающей среде, но и в нашем организме. Кроме того, это получается при производстве. Мало кто знает, но мы находимся в постоянном контакте с этим веществом. Он входит в наше тело, когда мы вдыхаем. Кроме того, человек ежедневно использует продукты, содержащие небольшие количества формальдегида (например, пену для ванны и шампунь).

Должен ли я остерегаться такого вещества, как формальдегид? Формула здоровья, конечно, не включает в себя воздействие этого газа. Между тем невозможно полностью избежать контакта с вышеупомянутым раздражителем. Формальдегид является частью некоторых продуктов для ванн; это даже найдено в некоторых детских шампунях. Правда, производители утверждают, что маловероятно, что ребенок будет раздражен такой незначительной концентрацией. Так что такой контакт абсолютно безопасен. Но если у ребенка индивидуальная непереносимость, то раздражение может появиться даже в таких скудных количествах. Поэтому родители, прежде чем покупать косметику для крошек, должны обратить внимание на этикетку.

Фенолформальдегид является очень токсичным веществом. Ослабить его эффект довольно сложно. Когда газ находится в организме, он резко меняется. При разложении он превращается в муравьиную кислоту или метиловый спирт. Конечно, лучшая защита от этого канцерогена состоит в том, чтобы избегать мест и областей, где он может храниться в высокой концентрации. Это, в первую очередь, пробки, промышленные зоны, мебельные фабрики. Также рекомендуется не задерживаться в помещениях, которые не вентилируются. Кроме того, вы должны знать, что многие комнатные растения способны поглощать формальдегид из воздуха (например, хлорофитум, плющ, фикус).

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

Источник