Все способы получения этилового спирта реакции
К наиболее часто используемым химическим способам получения спиртов относятся:
1.Гидратация алкенов (промышленный способ получения этанола для технических целей)
(t, Р, кислая среда (катализатор))
2.Щелочной гидролиз галогеналканов (лабораторный способ получения)
(водный раствор щелочи, t)
3.Восстановление альдегидов и кетонов (лабораторный способ получения)
(t, катализатор –Ni)
Особые способы получения метанола и этанола
1.Получение метанола из синтез-газа (водяной газ, генераторный газ)
(t, Р, оксидные катализаторы)
2.Получение этанола ферментативным брожением глюкозы (получение этилового спирта для пищевых и медицинских целей)
1. Гидратация алкенов
Гидратация алкенов используется в промышленности для получения спиртов из продуктов нефтепереработки.
Присоединение воды к алкенам происходит в присутствии разбавленной серной или фосфорной кислот. Эта реакция протекает в соответствии с правилом Марковникова, поэтому первичный спирт можно получить только из этилена, а остальные алкены дают вторичные или третичные спирты:
Этот метод в лабораторных условиях нашел ограниченную область применения для получения третичных спиртов.
2. Гидролиз галогеналканов в водном растворе щелочи
В лабораторных условиях спирты получают действием водного раствора щелочи на алкилгалогениды при нагревании, при этом атом галогена в галогеналкане замещается группой –ОН:
С помощью этой реакции можно получать первичные, вторичные и третичные спирты.
При действии спиртового раствора щелочи на галогеналканы происходит отщепление галогеноводорода и образование алкена.
3. Восстановление карбонильных соединений (альдегидов и кетонов)
Дегидрирование спиртов по своей химической сущности является окислением. Обратная реакция – гидрирование альдегидов, кетонов и эфиров карбоновых кислот – является, таким образом, их восстановлением.
При действии водорода в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd) альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов, а кетоны – до вторичных спиртов:
4. Восстановление эфиров карбоновых кислот
Гидрирование сложных эфиров проходит через стадию образования альдегидов:
Этим методом в промышленности из метиловых эфиров высших кислот получают высшие первичные спирты, например:
5. Гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот в щелочной среде
Гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот протекает как в кислой, так и в щелочной среде (водные или спиртовые растворы NaOH, КОН, а также Ba (OH)2, Ca (OH)2, Ba (OH)2, Ca (OH)2). Однако к образованию спиртов приводит гидролиз, протекающий необратимо в щелочной среде:
6. Синтез спиртов из карбонильных соединений с помощью магнийорганических соединений
Спирты образуются при многочисленных реакциях металлоорганических соединений с различными соединениями, содержащими карбонильную группу >С=О. Этим способом можно получать как первичные спирты, так и вторичные и третичные:
7. Окисление алканов
При мягком окислении метана кислородом воздуха в присутствии различных катализаторов образуются метанол, формальдегид или муравьиная кислота:
Специфические способы получения метанола и этанола
Производство метанола крупнотоннажное, т.к. метиловый спирт является исходным веществом для получения других продуктов органического синтеза.
В промышленности
1. Получение метанола из синтез-газа (водяной газ, генераторный газ)
а) Конверсия природного газа в синтез-газ
Его получают из метана с перегретым водяным паром:
б) Каталитический синтез метанола из оксида углерода (II) и водорода
В качестве катализаторов используют смесь оксидов цинка, меди и хрома, температуру поддерживают в интервале 200-300 о С, а давление – от 40 до 150 атм.
Газ на выходе из реактора содержит 3-5% CH3OH, затем газ охлаждают и конденсируют полученный метанол, а оставшийся газ смешивают с исходным газом и направляют снова в реактор.
Ранее метанол получали сухой перегонкой древесины без доступа воздуха (отсюда его название «древесный спирт»).
2. Получение этанола спиртовым брожением глюкозы
Ферментативный гидролиз крахмала – наиболее древний синтетический процесс, используемый человеком – до сих пор имеет огромное значение для получения этилового спирта.
Протекает только в присутствии ферментов, которые вырабатывают некоторые микроорганизмы, например, дрожжи:
Глюкоза содержится во фруктовых соках. Глюкозу можно получить гидролизом крахмала (зерно, картофель, целлюлозные опилки):
Источник
Все способы получения этилового спирта реакции
Для прямой гидратации этилена в паровой фазе запишите основную и побочные реакции, укажите катализатор процесса, приведите механизм, запишите уравнение скорости накопления спирта. Обоснуйте выбор условий проведения процесса. Технологические особенности процесса и связанные с ними решения. Обоснуйте выбор типа и конструкции реактора.
Способы получения этилового спирта:
1. Брожение пищевого сырья (крахмалсодержащих и сахаристых веществ) – картофеля , хлебных злаков, отходов сахарных заводов. Сначала идет осахаривание крахмала с образованием дисахарида – мальтозы, которая в процессе брожения гидролизуется в глюкозу.
2. Гидролиз древесины с последующим брожением. Для получения спирта древесину обрабатывают (гидролизуют) серной или соляной кислотой. При этом из целлюлозы образуется глюкоза которая затем проходит стадию спиртового брожения.
3. Получение этанола из сульфитных щелоков – отходов целлюлозно-бумажного производства) — сульфитный спирт. Сульфитный щелок – жидкость, оставшаяся после обработки щепы раствором бисульфита Ca или Mg. Часть сухого вещества этих щелоков, представляющая собой сахара, способна сбраживаться в этиловый спирт.
4. Получение этилового спирта сернокислотной гидратацией. Концентрированная серная кислота способна реагировать с этиленом, образуя моно- и диалкилсульфат. Эти эфиры при взаимодействии с водой превращаются в этиловый спирт, выделяя кислоту
5. Получение этилового спирта прямой гидратации этилена, т.е. путем непосредственного гетерогенно-каталитического присоединения воды к этилену
При прямой гидратации помимо основной протекают следующие побочные реакции:
* образование диэтилового эфира межмолекулярной дегидратацией этанола и алкилированием этанола этиленом;
* образование изопропилового спирта при алкилировании пропилена, содержащегося в виде примеси в этилене;
* образование ацетальдегида путем гидратации ацетилена (микропримесь в этиленовой фракции) и дегидрированием этанола;
* образование кротонового альдегида конденсацией ацетальдегида;
* образование уксусной кислоты окислением ацетальдегида; образование этилацетата этерификацией уксусной кислоты этанолом;
* образование полимеров этилена;
* образование бутанола-2 при гидратации бутена-2 (продукт димеризации этилена).
В качестве катализатора используется фосфорная кислота, нанесенная на силикагель. Механизм гидратации – карбкатионный: протонирование олефина через промежуточное образование Пи- и сигма-комплексов, присоединение молекулы воды с образованием иона алкоксония; отщепление протона с образованием спирта.
Температура гидратации 280-3000С, что неблагоприятно для равновесия, однако на практике не найдено катализатора, который давал бы приемлемые выходы спирта при более низкой температуре. При данной температуре степень конверсии не доводят до равновесной (10-11%), а держат на уровне 4-5%, т.к. при приближении к равновесной степени конверсии снижается скорость реакции. Реакции гидратации, идущей с уменьшением объема, благоприятствует повышенное давление, поэтому процесс ведут при давлении 80 атм, дальнейшее повышение давления нецелесообразно из-за близости области конденсации водяного пара и больших затрат по созданию давления.
Соотношение водяной пар : олефин поддерживается на уровне 0,5-0,7 : 1, хотя с позиций термодинамики рекомендуется использовать избыток водяного пара. Соотношение ограничено с одной стороны близостью области конденсации водяного пара, с другой – увеличением затрат на ректификацию разбавленного водно-спиртового конденсата. Наличие инертного разбавителя равноценно снижению общего давления в системе и не выгодно в данном процессе. Однако из-за низкой конверсии этилена за проход его приходится рециркулировать, в результате в нем накапливаются инертные примеси, что по действию аналогично введению инертного разбавителя. Поэтому для выведения инертов из системы часть рециклового этилена необходимо отдувать.
Технологические особенности процесса и связанные с ними решения:
* Малая степень конверсии этилена за проход – большие рецикловые потоки;
* необходимость отдувать инерты;
* необходимость использования высокочистого исходного этилена;
* с другой стороны — возможность использования адиабатического реактора простой конструкции;
* высокое давление – использование аппаратуры для создания давления и толстостенного реакционного аппарата;
* высококоррозионная среда – необходимость защищать реактор футеровкой;
* унос фосфорной кислоты с поверхности катализатора – необходимость ее нейтрализации и отделения солей;
* возможность подпитки катализатора свежей фосфорной кислотой;
* высокая температура реакции и использование пара высоких параметров — необходимость утилизации большого количества тепла;
* значительное количество теплообменной аппаратуры.
В данном процессе можно использовать адиабатический реактор простой конструкции, футерованный изнутри медными листами для защиты от коррозии. Из-за высокого рабочего давления, реактор должен быть толстостенным. Катализатор насыпается на опорный перфорированный конус внавал. Для продления срока службы катализатора может быть предусмотрена его подпитка свежей фосфорной кислотой на входе.
Способы получения этилбензола.
Технологические особенности процесса, какими стадиями он представлен. Варианты аппаратурного оформления реакторного блока. Рекомендуйте оптимальные условия проведения процесса. Технологические особенности процесса, из каких стадий он состоит. Приведите варианты аппаратурного оформления реакторного блока.
Способы получения этилбензола:
1. Алкилирование бензола:
а) алкилирование бензола этиленом на протонных кислотах (HF > H2SO4 (ж.ф. 10-400С, 0,1-1,0 МПа > H3PO4 г.ф. 200-4000С, 2-6 МПа);
б) алкилирование бензола этиленом на апротонных кислотах; жидкофазное, kt – AlCl3 – стандартное (20-40% AlCl3) и гомогенное (2 г kt на 1 кг алкилата);
в) алкилирование бензола этиленом на гетерогенных катализаторах – алюмосиликатах и цеолитах (парофазный процесс, 210-2500С, 1,4-2,8 МПа; соотношение бензол:этилен 7:1
г) алкилирование бензола этилгалогенидами на AlCl3;
2. выделение ректификацией из фракции C8 ароматических углеводородов – продуктов каталитического риформинга;
3. выделение из смолы пиролиза;
4. окислительное метилирование толуола (700-7500С, радикально-цепной механизм, без катализатора)
Побочные реакции:
1. на AlCl3 протекают реакции последовательного алкилирования, а т.к. алкилирование проводится под термодинамическим контролем, то среди диэтилбензолов будут преобладать мета- и пара-изомеры, а среди триэтилбензолов – 1,3,5-триэтилбензол.
2. деструкция этильной группы с образованием толуола;
3. олигомеризация этилена
4. смолообразование за счет конденсации ароматических соединений (диарилалканы). Механизм – карбкатионный: протон уже имеется в виде σ-комплекса. Он передается молекуле олефина, образовавшийся карбокатион атакует ароматическое соединение, причем вся реакция протекает в слое каталитического комплекса, который обменивается своими лигандами с углеводородным слоем. Далее карбокатион атакует ароматическое ядро, образуются последовательно π-комплекс и карбокатион с последующей быстрой стадией отщепления протона.
Оптимальные условия:
температура – 100-1100С (при этой температуре переалкилирование уже протекает достаточно быстро, но полициклических веществ, дезактивирующих катализатор еще мало); давление 0,1-0,2 МПа; соотношение бензол : этилен = (2-3) : 1моль/моль.
Технологические особенности процесса:
1. необходимость использовать избыток бензола по отношению к олефину – рецикл бензола;
2. реакция экзотермичная – необходимо предусмотреть съем тепла;
3. катализ осуществляется катализаторным комплексом на основе AlCl3 — его готовят отдельно;
4. реакция идет в слое катализаторного комплекса – необходимо активное перемешивание;
5. необходимость осушки бензола и, при необходимости, олефиновой фракции, т.к. наличие влаги приводит к дезактивации катализатора – осушка бензола, возможность отгонять непрореагировавший бензол с водой и возвращать его в рецикл;
6. на AlCl3 протекает обратимая реакции переалкилирования;
7. необходимость разлагать катализаторный комплекс – промывки, сточные воды;
8. абгазы содержат HCl – очистка абгазов.
Стадии, из которых состоит процесс:
1. гетероазеотропная осушка бензола;
2. блок приготовления катализатора;
3. реакторный узел;
4. очистка отходящих газов от HCl;
5. отделение реакционной массы от катализаторного комплекса;
6. разложение катализаторного комплекса и очистка продуктов алкилирования от HCl;
7. разделение продуктов алкилирования;
8. блок переалкилирования (оформленный отдельно или в возврат ди- и триалкилбензолов на переалкилирование в основной реактор).
Варианты оформления реакторного блока:
1. реактор с мешалкой и рубашкой периодического действия;
2. изотермический реактор трубчатого типа;
3. каскад реакторов с мешалками и рубашками;
4. реактор колонного типа, работающий в автотермическом режиме (съем тепла осуществляется кипящим бензолом). Продукты, получаемые алкилированием фенолов и их назначение. Существующие катализаторы и алкилирующие агенты. Катализатор и оптимальные условия получения 2,6-дитретбутилфенола, запишите основную и побочные реакции, механизм превращения.
Технологические особенности процесса, из каких стадий он состоит:
* Выбор конструкции реактора.
* Газофазным метилированием фенола метанолом над гетерогенным катализатором получают о-, м- и п-крезолы и изомерные ксиленолы.
* Из моноалкилфенолов практический интерес представляет п-третбутилфенол, используемый в производстве лакокрасочных покрытий.
Технологические особенности:
* необходимость использовать осушенный фенол, т.к. фенолят алюминия легко гидролизуется, теряя каталитическую активность;
* экзотермичность реакции приготовления катализатора (нужно предусмотреть нагрев, а затем съем тепла); экзотермичность самой реакции алкилирования (нужно предусмотреть съем тепла);
*необходимость разложения и отделения катализатора; побочные можно деалкилировать в исходные вещества и возвратить на реакцию.
Основные стадии процесса:
*осушка фенола (при необходимости),
* приготовление катализатора (обработка фенола металлическим алюминием при 150-1600С),
* алкилирование фенола изобутиленом, разрушение и отделение катализатора (разрушают водой, гидроксид алюминия отфильтровывают),
* выделение 2,6-дитретбутилфенола (1 колонна — отделяют фенол и 2-ТБФ, 2 – отделяют 2,6-диТБФ, 3 – разделяют 2,4-диТБФ от 2,4,6-триТБФ)
Источник
