tehnologia fabricarii alcoolului metilic

Download Tehnologia Fabricarii Alcoolului Metilic

Post on 05-Dec-2014

115 views

Category:

Documents

7 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Tehnologia Fabricarii Alcoolului Metilic

TRANSCRIPT

Tem Tehnologie Chimic

Tehnologia fabricrii alcoolului metilic

Student: An III I.M.

Tehnologia fabricrii alcoolului metilicSinteza metanolului prin hidrogenarea oxidului de carbonAlcoolul metilic poart denumirea de metanol, este cel mai simplu alcool primar, fiind stabil chimic (nu poate aprea riscul polimerizrii). Metanolul se obinea n trecut prin distilarea lemnului, de aceea se numea "alcool de lemn". n prezent, este o substan chimic la ndemna oricui, care se produce prin reacia la presiune a monoxidului de carbon cu hidrogenul. Metanolul este o substana otrvitoare care, atunci cnd este nghiit, produce orbirea, apoi moartea, se folosete ca solvent precum i pentru prepararea altor compui organici.

Alturi de sinteza amoniacului, considerate ca una dintre cele mai mari cuceriri ale chimiei i fizicii aplicate, pot sta pe drept cuvnt i acele sinteze care se bazeaz pe hidrogenarea oxidului de carbon. Meritul de a fi recunoscut la timp importana acestei posibilitai de hidrogenare revine ntreprinderii Badische Anilin und Sodafabtik. Aceasta a indicat chiar n brevetul iniial, marele numar de reacii ce pot avea loc la hidrogenarea oxidului de carbon. Pentru a desprinde din marele numar de reacii posibile la hidrogenarea oxidului de carbon, pe acelea care prezint aplicaii tehnice si economice, este necesar a se preciza o serie de factori. Printre cei mai importani se pot cita: alegerea catalizatorilor, compoziia i puritatea gazului de sintez, alegerea condiiilor de temperatur i presiune, precum i timpul de contact i de reacie. Posibilitatea teoretic de realizare a tuturor reaciilor se poate demonstra termodinamic i rezult c dintre toate aceste reacii, formarea de metan este favorizat. Desigur, din datele prezentate i din brevetele anexe, era cunoscut faptul c din gaz de ap se pot obine prin hidrogenare la presiune nalta pe lnga hidrocarburi i compui oxigenai, cum sunt alcoolii. Formarea metanolului ns nu este reacia cea mai favorizat, dup formarea metanului, astfel nct, obinerea pe scara industrial a unui metanol aproape pur, fr produse secundare n cantitai importante, a fost un succes remarcabil al ntreprinderii BASF (Mittasch, Pier, Winkler i alii). Acest lucru a fost realizat pentru prima oar n anul 1923, dup un timp relativ scurt de cercetri i de ncercri industriale. De asemenea i n cadrul Institutului de cercetri pentru crbuni din Mulheim, F. Fischer reuise, relund ncercrile precedente, s obina din gaz de ap un produs denumit de el Synol", n care se gsea i 1,5% metanol. Acesta se obinea din gaz de ap n prezena panului de fier cu substan alcalin.

2

De atunci s-au realizat un mare numr de lucrari tehnice i tiinifice n domeniul sintezei metanolului. Pe ntreg globul se gsesc instalaii de sintez a metanolului, dintre care nou se afl numai n S.U.A. Aproape toate lucreaz dup procedeul iniial BASF sau un procedeu puin modificat, folosind amestecul de catalizatori - oxid de zinc i oxid de crom, recunoscut de ctre inventatori drept cel mai indicat. n cele ce urmeaz se vor arta ndeosebi experienele i evoluia acestor probleme n uzinele I.G. Tabel 1. Principalele condiii de lucru pentru reaciile ntre oxid de carbon i hidrogen Condiii de reacie CO H 2 Presiune normal Presiune normal Catalizatori Ni Ni cu adaosuri de activare Produi de reacie Metan

Presiune mijlocie, 20 ats

Hidrocarburi gazoase, lichide i solide Rb Formare cu precdere a hidrocarburilor solide Co cu adaosuri de Formare cu activare precdere a hidrocarburilor solide Catalizatori pe baz Amestecuri de de fier hidrocarburi i compui oxigenai Oxid de zinc cu adaosuri de activare Metanol i alcooli alifatici superiori (acizi, aldehide cetone)

Presiune nalt 200 ats

Costul de fabricaie i domeniile de utilizare ale metanoluluiDei pentru obinerea gazului de sintez cheltuielile de investiie i a instalaiilor de presiune nalt erau foarte ridicate, reprezentnd nainte de rzboi circa 350 RM pentru o ton pe an de metanol, s-a putut realiza o scdere a preului metanolului att de mare, nct acesta a putut deveni din ce n ce mai mult o materie prim de baz n industria chimic. Astfel n anul 1918, n America, preul pentru un galon de metanol 97% era de 67 de ceni, sau circa 0,95 RM pe kg.

3

Ca urmare a acestui pre de cost redus, au sczut i preurile de fabricaie ale produselor derivate din metanol, n special acela al formaldehidei pentru a crei fabricare se utilizeaz cea mai mare parte a metanolului obinut i fr de care nu s-ar putea nchipui dezvoltarea aproape a ntregii industrii de mase plastice i a unei mari pri a industriei chimice organice. Printre alte domenii de utilizare se pot cita: metanolul i esterii si sunt dizolvani greu de nlocuit; metanolul este una din materiile prime cele mai importante pentru fabricarea explozivilor, cum i materia prim pentru numeroi produi intermediari organici; este folosit ca substan anticongelant i uneori, n rile care nu dispun de zcminte de petrol proprii sau suficiente, este utilizat drept carburant, pur sau n amestec. Datorit cldurii de ardere relativ reduse a metanolului (5 365 kcal putere calorica superioar, respectiv 4 665 kcal putere caloric inferioar) el este inferior din punctul de vedere al puterii calorice, unei benzine auto obinuite cu 10500 kcal/kg, cnd este utilizat drept carburant n motoarele cu explozie. Atunci cnd comparaia se face ns la volume egale, condiiile pentru metanol devin puin mai favorabile. ncercrile practice n motoarele Otto cu compresie normal au artat c totui consumul efectiv de metanol care teoretic ar trebui s fie de 2:1 fa de benzin, este de 1,8:1. n amestecurile cu benzina, adaosurile de metanol pn la 20% nu reduc sensibil randamentul. Valoarea sa antidetonant ridicat d posibilitatea s fie utilizat n motoare cu o compresie mult mai mare, n special la automobilele de curse. Deoarece metanolul se aprinde greu, n special n anotimpurile reci, este bine s se prevad la motoare un carburator special. Acesta lucreaz cu un catalizator peste care se trece o parte din metanol care este descompus n gaze. O alt metod const n dizolvarea unei mici cantiti de eter dimetilic n metanol. Utilizarea metanolului drept component de amestec pentru benzine este frnat de solubilitatea sa redus n benzin. De aceea, pentru stabilizarea acestor amestecuri sunt necesare substane care s nlesneasc dizolvarea, ca alcool etilic sau alcooli superiori. n schimb, astfel de amestecuri prezint o sensibilitate" deosebit fa de ap, mici cantiti de ap provocnd o separare in straturi a amestecului carburant. Sensibilitatea la ap crete pronunat odat scderea temperaturii. Avnd n vedere c benzinele de diferite proveniene se comport deosebit, n funcie de compoziia lor, este necesar ca nainte de a prepara amestecurile carburante cu metanol, s se cerceteze cu grij comportarea acestor amestecuri fa de ap i fa de variaia temperaturii.

Alte metode de obinere a metanolului prin sintezn afar de reducerea direct a oxidului de carbon sub presiune, alt cale de obinere a metanolului este aceea propus n timpul rzboiului de ctre Deutsche Gold und Silber-Scheideanstalt. Acest procedeu se bazeaz pe urmtoarele reacii: CH 3OH + CO = HCOOCH 3 HCOOCH 3 + 2H 2 = 2CH 3OH Reducerea oxidului de carbon are loc n dou trepte, pe baza unui procedeu tehnologic dezvoltat cu muli ani nainte de BASF. n prima treapt reacia are loc discontinuu, la 30 ats i 80C, n prezen de sodiu metalic dizolvat n metanol sau n alt

4

alcool. Reacia din treapta a doua adic reducerea formiatului de metil are loc la 175185C peste un catalizator de tip Adkins. Jumtate din cantitatea de metanol care ia natere n treapta a doua este introdus n treapta nti, astfel nct rezult ecuaia urmtoare, ca sum a celordou procese: CO + 2H 2 = CH 3 OH; H = -21,66 kcal Procedeul propus de F. Fischer i O. Prizo, de fabricare a metanolului prin reducerea electrolitic a CO sub presiune, n soluie apoas, de sulfat de amoniu sau sulfat de potasiu, cu electrozi de plumb, nu a cptat o importan tehnic. Dintre numeroasele ncercri de obinere a metanolului fr presiune, se menioneaz o reacie descoperit recent n S.U.A., dar care pentru moment nu prezint dect un interes tiinific. R.F. Nystrom i W.H. Janko au gsit c acidul carbonic dizolvat ntr-un eter (de exemplu dietilen-glicol-dietil-eter) poate fi hidrogenat n metanol, fr presiune i la temperatur ordinar, n prezen de LiAlH 4 n exces. Acestei reacii i se acord importan n scopul introducerii izotopilor carbonului n molecula de metanol.

Echilibrul i viteza de reacieEchilibrul de formare a metanolului din oxid de carbonBazele termodinamice ale sintezei metanolului au fost tratate ntr-un numr relativ mare de lucrri. Totui, un timp destul de indelungat nu s-a putut gsi o concordan satisfctoare ntre datele calculate i cele obinute pe cale experimental la presiuni mai nalte. O culegere a celor mai importante lucrri aprute pn n 1941 este fcut de L.L. Hirst. n legtur cu deducerea formulelor pentru constantele de ecnilibru se mai poate consulta si tratatul lui Eucken-Jakob. Cele mai multe calcule greesc prin aceea c la stabilirea constantelor de echilibru nu s-a inut seam de loc, sau n msur insuficienta, de faptul c la presiunile cerute de sintez, componenii de reacie nu urmeaz legea gazelor perfecte. Lucrarea autorilor R. C. Newton i B.T. Dodge este una dintre primele lucrri, n care n locul valorilor de presiune i volum derivand din legea gazelor perfecte, s-au introdus cu succes n calcul fugacitile, respectiv activitile, care s in seama de comportarea real. Ecuaia dat de aceti autori pentru constanta de echilibru: Kp = PCH3OH PCO PH 2 2

3724 9,1293g lg T + 0, 00308g T + 13, 412 T a condus, prin introducerea fugacitilor, la valori care corespund ntr-o oarecare msur cu cele practice. Reaciile secundare care apar n procesele de sintez a metanolului contribuie la neconcordana datelor calculate cu cele gsite practic. lg K p0 = 5

Recent, R.H. Ewell a formulat un nou