應(yīng)用化工生產(chǎn)技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-06 21:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯，以及很 多合成纖維。在染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥及粘合劑、有機(jī)溶劑等方面有著廣泛的用途，是近幾年來發(fā)展較快的重要的有機(jī)化工產(chǎn)品之一。 （一） 醋酸的物理性質(zhì) 乙酸又名醋酸 (acetic acid)、冰醋酸 (glacial acetic acid)，分子式為 C2H4O2（常簡寫為 HAc）或 CH3COOH，分子量為 。 醋酸是一種有機(jī)化合物，是典型的脂肪酸。被公認(rèn)為食醋內(nèi)酸味及刺激性氣味的來源。純無水乙酸（冰醋酸）是無色的吸濕性液體，凝固后為無色晶體。盡管根據(jù)醋酸在水溶液中的離解能力弱，是一個(gè)弱酸，但醋酸是具有腐蝕性的，其蒸汽對(duì)眼和鼻有刺激性作用。醋酸是一種簡單的羧酸，是一個(gè)重要的化學(xué)試劑。其具體物理性質(zhì)見表 11 [1]。 表 11 醋酸的物理性質(zhì) 熔點(diǎn) ℃ 相對(duì)密度 沸點(diǎn) 爆炸極限 上限 % 下限 % 折射率（ 20℃ ） 溶解度 能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳等 閃點(diǎn) 39℃ 蒸汽 （ 20℃ ） 比熱容 (20℃ ) kJ/(kg℃ ) 黏度（ 20℃ ） 蒸發(fā)潛熱 kJ/kg 60℃ 880 表面 （ 20℃ ） dyn/cm 80℃ 812 dyn/(cm℃ ) （二） 醋 酸的化學(xué)性質(zhì) 醋酸中羰基碳原子與氧原子相連，因此 O 與 C=O 之間存在 рπ共軛效應(yīng)，導(dǎo)致 O－ H 鍵極性增大，而呈現(xiàn)酸性； C－ O 鍵為極性鍵，故－ OH 可被其它基團(tuán)取代而發(fā)生取代反應(yīng)；由于羧基的吸電子作用，導(dǎo)致烴基上 αH 原子可被其它原子或原子團(tuán)取代而生成取代酸。 醋酸可參與的反應(yīng)： 1． 酸性和成鹽反應(yīng) 醋酸在水溶液中能離解出氫離子而顯酸性，具有酸的一般性質(zhì)。醋酸能與強(qiáng)堿、碳酸鹽、金屬氧化物反應(yīng)，生成鹽和水。 2． 成羧酸 衍生物 醋酸羧基中的羥基可以被鹵素 (X) 、酰氧基（ OCOR）、烴氧基 (OR’) 、氨基 (NH2)取代，分別得到酰鹵、酸酐、酯、酰胺。 3． 脫羧反應(yīng) 在特定條件下，醋酸分子脫去 COOH，放出 CO2，成為脫羧反應(yīng)。 4． 還原反應(yīng) 在強(qiáng)還原劑氫化鋁鋰（ LiAlH4）可將其還原成伯醇。 5． α氫的鹵代反應(yīng) 在 P、 S、 I2或光照的催化下可被 Cl2或 Br2逐步取代。 （三） 醋 酸的工業(yè)用途 醋 酸是一種重要的基本有機(jī)化工原料，主要用于制取醋酸乙烯單體（ VCM）、醋酸纖維、醋酐、對(duì)苯二甲酸、氯乙酸、聚乙 烯醇、醋酸酯及金屬醋酸鹽等。乙酸也被用來制造電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纖維和絲織物。在染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥及粘合劑、有機(jī)溶劑等方面有著廣泛的用途，是近幾年來發(fā)展較快的重要的有機(jī)化工產(chǎn)品之一。工業(yè)上合成乙酸的原料最初是糧食，然后轉(zhuǎn)向礦石、木材、石油、煤炭和天然氣?，F(xiàn)在主要工藝方法采用的原料是石油和煤炭。 三 、 醋酸 的生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀 現(xiàn)已工業(yè)化的醋酸生產(chǎn)工藝有 :乙醛氧化法、乙烯直接氧化法和輕油 (丁烷或石腦油 )氧化法、甲醇羰基化法。其中，甲醇羰基化法應(yīng)用最廣，占全球總產(chǎn)能的 60%以上，而且這種趨勢還在不斷增長。甲醇羰基化法的典型代表是孟山都(Monsanto ) /BP 工藝。在此之前德國的 BASF 法工業(yè)化了高壓法工藝。甲醇羰基化法生產(chǎn)醋酸技術(shù)的改進(jìn)工藝包括 : Celanese 低水含量工藝、 BP 公司的 CATIVA工藝、 OP/Chiyoda 公司開發(fā)出的 UOP/Chiyoda Acetic 工藝。 （一） 醋酸生產(chǎn)方法評(píng)述 工業(yè)上生產(chǎn)醋酸的方法主要有 3 種 :乙醛法、丁烷或輕油氧化法以及甲醇羰基化法。 1． 乙醛法 這是比較古老的生產(chǎn)方法。乙醛可由乙炔 、乙烯和乙醇制得 ,1959 年用乙烯直接 氧化制乙醛 (常稱瓦克法 )獲得成功 ,現(xiàn)在已成為生產(chǎn)乙醛的主要方法。 乙醛生產(chǎn)醋酸的反應(yīng)式為 : 工藝過程為 :將含 5%～ 10%乙醛的醋酸液通入空氣或氧氣氧化 ,催化劑為醋酸錳或醋酸鈷 ,反應(yīng)溫度 50～ 80℃ ,反應(yīng)壓力 ～ 。除主產(chǎn)物醋酸外 ,還有甲醛和甲酸等副產(chǎn)物生成 。乙醛轉(zhuǎn)化率 90%以上 ,醋酸選擇性大于 94%。 2． 丁烷 (或輕油 )液相氧化法 20 世紀(jì) 50 年代初在美國首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。丁烷或輕油在 Co,Cr,V或 Mn 的醋酸鹽催化下在醋酸溶液中被空氣氧化 ,反應(yīng)溫度 95～ 100℃ ,壓力 ～ ,反應(yīng)產(chǎn)物眾多 ,分離困難 ,而且對(duì)設(shè)備和管路腐蝕性強(qiáng) ,雖然能用廉價(jià)的丁烷和輕油作原料 ,除美國 、英國等少數(shù)國家還繼續(xù)采用外 ,其他國家對(duì)該法興趣不大。 3． 甲醇羰基化法 以甲醇為原料合成醋酸 ,不但原料價(jià)廉易得 ,而且生成醋酸的選擇性高達(dá) 99%以上 ,基本上無副產(chǎn)物 ,現(xiàn)在世界上有近 40%的醋酸是用該法生產(chǎn)的 ,新建生產(chǎn)裝置多考慮采用這一生產(chǎn)方法 ,表 5504 列出了目前世界上生產(chǎn)醋酸的 2 種主要方法的生產(chǎn)成本比較 。由表 5504 不難看出甲醇法不僅投資省 ,而且生產(chǎn)費(fèi)用也低 ,對(duì)乙醛法有明顯的優(yōu)勢。 四 、 甲醇羰基化法 制醋酸 醋酸是最重要的有機(jī)酸之一。全世界產(chǎn)量約 ,主要用于合成醋酸乙烯、醋酸纖維、醋酸酯、金屬醋酸鹽等 ， 也是制藥、染料、農(nóng)藥、感光材料以及其他有機(jī)合成的重要原料。甲醇羰基化法 以甲醇為原料合成醋酸 ,， 不但原料價(jià)廉易得 ,而且生成醋酸的選擇性高達(dá) 99%以上 ,基本上無副產(chǎn)物 ,現(xiàn)在世界上有近40%的醋酸是用該法生產(chǎn)的 ,新建生產(chǎn)裝置多考慮采用這一生產(chǎn)方法 ,表 5504 列出了目前世界上生產(chǎn)醋酸的 2 種主要方法的生產(chǎn)成本比較 。由表 5504 不難看出甲醇法不僅投資省 ,而且生產(chǎn)費(fèi)用也低 ,對(duì)乙醛法 有明顯的優(yōu)勢。 （一） 本法涉及的反應(yīng)： 主反應(yīng) : CH3OH + CO CH3COOH HI(或 CH3I)為助催化劑 . 副反應(yīng) : CH3COOH＋ CH3OH====CH3COOCH3＋ H2O 2CH3OH====CH3OCH3＋ H2O CO＋ H2O→ CO2＋ H2 （ 二 ） 催化劑改進(jìn) 由于銠 (Rh)價(jià)格昂貴 ,國內(nèi)外都在研究非銠羰基合成催化劑 ,其中鉑系催化劑取得的成果較大 。例如中國研制成功的 PtSnP 催化劑在 6MPa 壓力下 ,氫甲?；男Ч捎杀?42 所示。 表 42 在 PtSnP 系催化劑上烯烴氫甲?；Y(jié)果 原 料 轉(zhuǎn)化率 ,% 醛選擇性 ,% 原 料 轉(zhuǎn)化率 ,% 醛選擇性 ,% 乙 烯 丙 烯 90 90 95 95 庚 烯 辛 烯 85 80 95 97 日本研究了螯形環(huán)鉑催化劑 ,于 ～ 10MPa,70～ 100℃下反應(yīng) 3 h,烯可 100%轉(zhuǎn)化為醛。 催化劑 △ 高壓 （ 三 ） 超濾技術(shù)的應(yīng)用 C7～ C18醇可用相關(guān)的醛經(jīng)加氫制得 ,而這些醛一般是以羰基鈷為催化劑合成的。在這里不能采用膦羰基銠催化劑的原因是產(chǎn)物與催
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