Производство уксусной кислоты

Казанский Государственный Технологический  Университет

     
 

Кафедра технологии основного органического  и нефтехимического синтеза 
 
 
 
 

Реферат на тему:

«Производство уксусной кислоты» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                Выполнила:

                                                                 ст.группы 4141-11

                                                           Кашапова А.В.

                                                                 Проверила:

                                                            Медведева Ч.Б. 
 
 
 

Казань 2009 

Содержание: 

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Свойства и работа с веществом…………………………………………...4
2. Производство уксусной кислоты………………………………………….4
3. Технологическая схема производства уксусной кислоты карбонилированием метанола……………………………………………..5
4. Применение уксусной кислоты…………………………………………...7

Анализ…………………………………………………………………………….10

Заключение……………………………………………………………………….11

Список использованной литературы…………………………………………...12

ГОСТ 61-75………………………………………………………………………13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Уксусная кислота (СН₃СООН) – бесцветная горючая жидкость с резким запахом, хорошо растворимая в оде. Имеет характерный кислый вкус, проводит электрический ток.

     Уксусная кислота была единственной, которую знали древние греки. Отсюда ее название: «оксос» - кислое, кислый вкус. Уксусная кислота – это простейший вид органических кислот, которые являются неотъемлемой частью растительных и животных жиров. В небольших концентрациях она присутствует в продуктах питания и напитках и участвует в метаболических процессах при созревании фруктов. Уксусная кислота часто встречается в растениях, в выделениях животных. Соли и эфиры уксусной кислоты называются ацетатами. Уксусная кислота – слабая (диссоциирует в водном растворе только частично). Тем не менее, поскольку кислотная среда подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, уксусную кислоту используют при консервировании пищевых продуктов, например, в составе маринадов.

    Получают уксусную кислоту окислением ацетальдегида и другими методами, пищевую кислоту уксуснокислым брожением этанола. Применяют для получения лекарственных и душистых веществ, как растворитель (например, в производстве ацетата целлюлозы), в виде столового уксуса при изготовлении приправ, маринадов, консервов. Это одна из летучих кислот, присутствующая почти во всех продуктах питания, кислая на вкус и главная составляющая уксуса. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Свойства и работа с веществом 

     Уксусная кислота – бесцветная жидкость с сильным резким запахом уксуса. Она растворима в воде и в большинстве органических растворителей. Торговые марки сильно различаются по концентрации уксусной кислоты: ее минимальное содержание составляет 3%, а уксусная кислота марки USP имеет чистоту 99,5%. 

Свойства  уксусной кислоты 

Температура замерзания                     16,6 С

 Температура  кипения                          118,1 С

                           Относительная плотность                   1,0492 (тяжелее воды)

               Удельный вес                                        8,64 фунт/галл 

     Синтетическая  пищевая уксусная кислота —  легковоспламеняющаяся жидкость, по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. При работе с уксусной кислотой следует применять индивидуальные средства защиты (фильтрующие противогазы). Первая помощь при ожогах - обильное промывание водой.

     Поскольку уксусная кислота замерзает при 16,6 С (ниже температуры плавления  похожая на лед масса , поэтому концентрированную уксусную кислоту называют также ледяной уксусной кислотой), перевозка концентрированной уксусной кислоты сопряжена с рядом проблем. При холодной погоде она может замерзнуть, что, как известно, сопровождается расширением и может привести к повреждению контейнера.

     Кроме того, железнодорожные цистерны и автоцистерны должны быть облицованы специальным образом, так как уксусная кислота химически очень активна. Даже разбавленная уксусная кислота достаточно реакционноспособная, если ее оставить на длительное время. При перевозке концентрированной уксусной кислоты контейнеры маркируют белой меткой, означающей коррозионно-агрессивный груз [1].

  

2. Производство уксусной кислоты 

     При  производстве метанола сухой  перегонкой древесины в качестве  побочного продукта образуется некоторое количество уксусной кислоты. В прошлом это был наиболее распространенный способ промышленного получения уксусной кислоты, однако сейчас он потерял свое значение. Самый старый, поистине древний метод – брожение – до сих пор используется для производства уксуса в пищевой промышленности. Уксус – это 3-5%-ный раствор уксусной кислоты в воде.

     Уксусную кислоту как целевой продукт получают в основном из следующих способов:

     - окислением ацетальдегида (в качестве катализатора используется ацетат марганца; температура процесса 65 С; давление атмосферное; выход 95%):

                          СН₃СНО  +  ½ О₂            СН₃СООН;

    

     - окислением бутана ( в качестве катализатора используется ацетат кобальта; температура 150-230 С; давление 56 атм.; выход 57%; побочные продукты – ацетальдегид, ацетон, метанол):

         СН₃СН₂СН₂СН₃  +  О₂            СН₃СООН + побочные продукты; 

     - карбонилированием метанола (в качестве катализатора используется иодид родия; температура 175-245 С; давление 14 атм.; выход 99%):

                            СН₃ОН  +  СО              СН₃СООН 

      Метанольный способ является  самым новым и основывается  на наиболее современной технологии. В настоящее время это предпочтительный  способ получения уксусной кислоты, и более 65% уксусной кислоты производится в США именно таким методом [1]. 
 

3. Технологическая  схема производства  уксусной кислоты  карбонилированием  метанола

     В 1960 году компания BASF внедрила технологию производства уксусной кислоты из метанола и монооксида углерода при высоком давлении.

                                       СН₃ОН  +  СО      СН₃СООН

     Тепловой эффект этой реакции составляет 530 ккал на 1 кг CH3COOH. В качестве катализатора предложены фтористый бор, фосфорная кислота, хлориды цинка и меди, молибденовая, вольфрамовая и урановая кислоты и окислы различных металлов. В присутствии этих катализаторов реакция проводится при 200-300°С и высоких давлениях (700—1000 ат и более). В таких жестких условиях протекают побочные процессы и наблюдается сильная коррозия аппаратуры и трубопроводов. Исследовался синтез уксусной кислоты из метанола и окиси углерода с применением в качестве катализаторов карбонилов металлов, в частности катализаторной  системы гидрид карбонила кобальта  СоН(СО)₄ + иодид   кобальта. Такой катализатор очень активен при 200-700 ат и 180° С.  Поскольку процесс протекает в менее жестких условиях, чем в присутствии других катализаторов в данном случае получается меньше побочных продуктов. Процесс можно проводить в жидкой фазе, что позволяет более эффективно использовать реакционный объем.

     Предпологают, что синтез протекает через следующие промежуточные реакции:

   2 СоI₂  +  10СО  +  2Н₂О        [Co(CO)₄]₂  +  4HI  +  2CO₂

   [Co(CO)₄]₂    +  H₂O  +  CO        2CoH(CO)₄  +  CO₂

   CH₃OH  +  HI        CH₃I  +  H₂O

   CH₃I  +  CoH(CO)₄        CH₃Co(CO)₄  +  HI

   CH₃COCo(CO)₄          CH₃COCo(CO)₃   +  CO

   CH₃COCo(CO)₄  +  H₂O        CH₃COOH  +  CoH(CO)₄

   Реакцию проводят при 250° С и 650 ат. На рис. 1 показана технологическая схема производства уксусной кислоты из метанола и окиси углерода.

Рис.1 Технологическая  схема производства уксусной кислоты  из метанола и окиси углерода

1 - подогреватель  исходной смеси;  2 -  реакционная  колонна; 3 - холодильник; 4 - сеператор высокого давления; 5—циркуляционный  компрессор;  6 -  сепаратор низкого давленая; 7 - колонна для отмывки отходящих газов; 8 - сборник; 9 - колонна для отгонки легколетучих веществ; 10 - перегонный куб; 11 - колонна для осушки кислоты; 12 - дефлегматор; 13 - колонна для выделения чистой уксусной кислоты; 14 -  колонна для отделения тяжелого остатка

    В реактор 2 подают подогретые метанол и окись углерода. В сепараторе 4 высокого давления продукты разделяются: непрореагировавший газ возвращают в реактор 2, а жидкие продукты дросселируют и направляют в сепаратор 6 низкого давления; при снижении давления из жидкости выделяются pacтворенные в ней газы, содержащие пары метилиодида. Последние отмываются в колонне 7 метанолом. Освобожденные от метилиодида газы (СО, СО₂, СН₄) направляют на сжигание. В колонне 9 разделяют жидкие  продукты: метанол возвращают  в производственный цикл,  а уксусную  кислоту очищают гетероазеотропной ректификацией.  

   Катализаторный   раствор   (гидрид  карбонила   кобальта + иод) отделяется в перегонном кубе 10. Каталитическая активность раствора полностью сохраняется, и его возвращают в аппарат 2. Ввиду сильной коррозии для изготовления аппаратов и трубопроводов используют высококачественную сталь с присадками Ni, Мо и Сч.

   Для получения 1 т уксусной кислоты расходуется 0,6 т метанола и 620 м³ окиси углерода. Побочными продуктами являются пропионовая кислота СН₃ - СН₂ - СООН (20 кг на 1 т СН₃-СООН) и более высококипящие вещества (20 кг на 1т СНз-СООН) [2].  

   Позднее компания Monsanto усовершенствовала этот процесс, применив катализатор, который позволил существенно снизить температуру и давление. Естественно, метанол и монооксид углерода поступают с установок по производству и переработке синтез-газа.

   Реакция идет при температуре 175 С и давлении 14 атм. в присутствии иодида родия в качестве катализатора и иодида натрия как промотора. Выход уксусной кислоты составляет 99% (т.е. 99% прореагировавшего метанола превращается именно в уксусную кислоту). Побочными продуктами являются только небольшие количества диметилового эфира и метилацетата.

   Такая высокая степень превращения, как 99%, нечасто встречается в нефтехимической  промышленности. По этой причине, в  сочетании с относительно с мягким режимом процесса, данный способ стал наиболее экономически предпочтительным сразу же после внедрения [1]. 
 

 4. Применение уксусной кислоты 

     Уксусную кислоту применяют для получения лекарственных и душистых веществ, как растворитель (например, в производстве ацетата целлюлозы), в виде столового уксуса при изготовлении приправ, маринадов, консервов.

      Водный раствор уксусной кислоты  используют в качестве вкусового  и консервирующего средства (приправа к пище, маринование грибов, овощей).

     В состав уксуса входят такие   кислоты,   как  яблочная,  молочная, аскорбиновая, уксусная. Яблочный уксус ( 4% уксусной кислоты). Яблочный  уксус  содержит  20  важнейших  минеральных   веществ   и

микроэлементов, а также уксусную, пропионовую, молочную и лимонную кислоты, целый ряд ферментов и аминокислот, ценные балластные вещества, такие,  как поташ,   пектин.  Яблочный  уксус  широко    применяется    при приготовлении    различных    блюд    и    консервировании.    Он    прекрасно сочетается   со   всевозможными салатами, как из свежих овощей,   так   и мясными и рыбными.  В  нем можно мариновать мясо, огурцы, капусту, каперсы, портулак, а также трюфели. Однако, на Западе яблочный уксус известен    больше    своими   лечебными свойствами. Он  применяется при повышенном     кровяном     давлении,     мигренях,  астме,  головной  боли, алкоголизме,    головокружении,    артрите,    болезнях        почек,    высокой температуре, ожогах, пролежнях и др.

     Здоровым людям рекомендуется  каждый день употреблять полезный  и освежающий напиток: в стакане воды размешать ложку меда и добавить 1 ложку яблочного уксуса. Желающим похудеть, рекомендуем каждый раз во время еды выпивать стакан несладкой воды с двумя ложками яблочного уксуса.

     Уксус широко используется в  домашнем консервировании для  приготовления маринадов различной крепости. В народной медицине уксус используется как неспецифическое жаропонижающее средство (путем протирания кожи раствором воды и уксуса в пропорции 3:1), а также при головных болях методом примочек. Распространено применение уксуса при укусах насекомых посредством компрессов.

     Известно применение спиртового  уксуса в косметологии. А именно  для придания  мягкости   и   блеска   волосам   после   химической   завивки     и перманентной окраски.   Для   этого   волосы   рекомендуется   ополаскивать теплой водой   с добавлением спиртового уксуса (на 1 литр воды - 3-4 ложки уксуса). Уксус виноградный (4% уксусной кислоты )

     Виноградный уксус широко используется  ведущими поварами не только  Словении, но и всего мира. В  Словении его традиционно используют  при приготовлении различных  овощных и сезонных салатов  (2-3 ст. ложки на салатницу), т.к.  он придает неповторимый и  изысканный вкус     блюду.     Также   виноградный  уксус  прекрасно     сочетается     с различными рыбными салатами и блюдами из морских продуктов. При приготовлении шашлыков из различных сортов мяса, но особенно из свинины, виноградный уксус просто незаменим.

     Уксусная кислота применяется также для   производства  лекарственных 
средств. 

      Таблетки    Аспирина    содержат активный ингредиент ацетилсалициловую кислоту, которая представляет собой уксусный эфир салициловой кислоты.

     Ацетилсалициловая кислота производится путём нагревания салициловой кислоты с безводной уксусной кислотой в присутствии небольшого количества серной кислоты (в качестве катализатора).

     При нагревании с гидроксидом   натрия  (NaOH)  в водном  растворе ацетилсалициловая кислота    гидролизуется    до    салицилата    натрия    и ацетата натрия. При закислении среды салициловая кислота выпадает в осадок   и   может быть идентифицирована по температуре плавления (156-1600С).      Другим       методом   идентификации   салициловой       кислоты, образующейся при гидролизе, является окрашивание её раствора в тёмно-фиолетовый    цвет    при    добавлении    хлорида железа (FeCI₃). Уксусная кислота, присутствующая в    фильтрате,    превращается при нагревании с этанолом и серной кислотой в    этоксиэтанол,     который    можно легко распознать по его характерному запаху. Кроме того, ацетилсалициловая кислота    может    быть    идентифицирована    при    помощи    различных хроматографических методов.

     Ацетилсалициловая       кислота      кристаллизуется      с       образованием бесцветных моноклинных многогранников или игл, немного кислых на вкус.

     Они стабильны  в сухом  воздухе,  однако  во  влажной  среде постепенно гидролизуются     до салициловой кислоты и уксусной кислоты. Чистое вещество представляет собой белый кристаллический  порошок, почти не обладающий запахом. Запах уксусной кислоты свидетельствует   о   том, что вещество начало гидролизоваться.

Ацетилсалициловая кислота    подвергается эстерификации  под действием

щелочных  гидроксидов, щелочных бикарбонатов, а  также в кипящей воде.

Ацетилсалициловая кислота оказывает противовоспалительное,  жаропонижающее, а также болеутоляющее  действие, и ее широко применяют  при лихорадочных состояниях, головной боли, невралгиях и др. и в качестве противоревматического средства.

     Уксусная кислота используется и в химической промышленности (производство ацетилцеллюлозы, из которой получают ацетатное волокно, органическое стекло, киноплёнку; для синтеза красителей, медикаментов и сложных эфиров), в производстве негорючих пленок, парфюмерных продуктов, растворителей, при синтезе красителей, лекарственных веществ, например, аспирина. Соли уксусной кислоты используют для борьбы с вредителями растений [3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Анализ 

- величина температуры  кристаллизации, равная интервалу  16,3-16,7 С, характеризует чистоту  продукта;

- превышение  массовых долей концентраций  нелетучего остатка; сульфатов  (SO₄); хлоридов (CI); железа (Fe); тяжелых металлов (Pb); мышьяка (As); веществ, восстанавливающих двухромовокислый калий в пересчете на кислород (O); веществ, восстанавливающих двухромовокислый калий в пересчете на муравьиную кислоту (НСООН); ацетальдегида (СН₃СНО); уксусного ангидрида ((СН₃СО)₂О) окажет отрицательное влияние на качество продукта. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

     Уксусная  кислота – бесцветная горючая  жидкость с резким запахом,  хорошо растворимая в воде. Имеет  характерный кислый вкус, проводит  электрический ток. Применение  уксусной кислоты в промышленности весьма велико.

     Уксусная  кислота, производимая в России, находится на уровне лучших  мировых стандартов, поэтому необходимы  специалисты, имеющие широкий  опыт не только в области  автоматизации производства и  управления процессами, но и четко  понимающие специальные требования этой отрасли промышленности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы: 

1. Бардик  Доналд Л., Леффлер Уильям Л.

Нефтехимия / Пер. с англ. – М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2003. – 416 с.: ил. – (Серия «Для профессионалов и неспециалистов»).

2. Юкельсон И.И.

Технология  основного органического синтеза, изд-во «Химия», Москва, 1968.

3. Применение уксусной кислоты (www.zachetka.ru).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ГОСТ 61-75

(СТ СЭВ 5375-85) 

Группа Л52 
 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР 
 

Реактивы 

КИСЛОТА УКСУСНАЯ 

Технические условия 

Reagents. Acetic acid. Specifications 
 

ОКП 26 3411 0470 02

Дата введения 1975-04-01 
 

  ВВЕДЕН  В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров  СССР от 24 марта 1975 г. N 724 

  Ограничение срока действия снято по Протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94) 

  ВЗАМЕН  ГОСТ 61-69 

  ПЕРЕИЗДАНИЕ (октябрь 1997 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в марте 1978 г., декабре 1979 г., октябре 1986 г. (ИУС 3-78, 2-80, 1-87). 
 

  Настоящий стандарт распространяется на реактив - уксусную кислоту, представляющую собой прозрачную, бесцветную, легковоспламеняющуюся жидкость с резким запахом, смешивающуюся с водой, этиловым спиртом в любых соотношениях. 

  Показатели  технического уровня, установленные настоящим стандартом, предусмотрены для высшей категории качества. 

  Стандарт  содержит все требования стандарта  СЭВ 5375-85. 

  В стандарте  не предусмотрены требования к продукту квалификации "чистый", ужесточены нормы по ряду показателей, включены разделы: "Требования безопасности" и "Гарантии изготовителя" (см. приложение о соответствии требований настоящего стандарта требованиям стандарта СЭВ). 

  Формула СН СООН. 

  Молекулярная  масса (по международным атомным  массам 1971 г.) - 60,05. 

  (Измененная  редакция, Изм. N 3). 
 
 

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ 

  1.1. Уксусная кислота должна быть  изготовлена в соответствии с  требованиями настоящего стандарта  по технологическому регламенту, утвержденному в установленном  порядке. 

  1.2. По физико-химическим показателям  уксусная кислота должна соответствовать требованиям и нормам, приведенным в табл.1. 

Таблица 1