Курсовая работа (т): Этаноламины: свойства, получение, применение

Этаноламины: свойства, получение, применение

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Казанского национального исследовательского технологического университета

Институт нефти и химии

Факультет нефти и нефтехимии

Кафедра технологии основного органического и нефтехимического синтеза

Курсовая работа

по ТООНС

на тему Этаноламины, свойства, получение, применение.

г. Казань 2012

Содержание

Введение

. Название продукта, синонимы, структурная и брутто-формулы

. Физические и химические свойства

. Виды опасного воздействия, токсичность, класс опасности

. Применение в промышленности ООНС и других областях

. Методы получения, химизм, научные основы и технология процессов. Технологические схемы

.1 Получение изопрена на основе изобутилена и формальдегида

.2 Получение изопрена из изопентана и изоамиленов

. Сравнение методов получения (достоинства и недостатки)

Список использованных источников и литературы

Введение

Этаноламины - органические соединения, представители класса аминоспиртов. В промышленности получают в результате синтеза оксида этилена и аммиака. В процессе дальнейшей ректификации выделяют Моноэтаноламин (МЭА), Диэтаноламин (ДЭА), Триэтаноламин (ТЭА).

Процесс производства этаноламинов включает следующие стадии:

-       Синтез этаноламинов

-       Отгонка аммиака

-       Ректификация - выделение индивидуальных этаноламинов.

Синтез осуществляется в жидкой фазе из окиси этилена и аммиака в безводной среде, при определенной температуре (40-80°С) и давлении (20-40атм). Реакция является автокаталитической и не требует специального катализатора. Процесс характеризуется высоким выходом и качеством товарных этаноламинов.

Преимущества технологии:

-       безопасность

-       экологичность

-       высокое качество производимой продукции

-       энергоэффективность

-       минимальные расходные коэффициенты

-       высокая селективность процесса по каждому этаноламину

-       отсутствие отходов

-       основные аппараты не требуют специального оформления

В настоящее время мировой спрос на Этаноламины превышает 1,5 миллиона тонн в год, увеличиваясь на 5-7% ежегодно. [6]

1. Название продукта, синонимы, структурная и брутто-формулы

Название продукта: 2-метилбутадиен-1,3

Синонимы: изопрен; β-метил-α,γ-бутадиен; β-метилдивинил; гемитерпен; ненасыщенный углеводород диенового ряда (CnH2n?2) <#"814577.files/image001.jpg">

Вследствие сопряжения двойных связей молекулы 2-метилбутадиен-1,3 имеет преимущественно плоское строение и существует в цис- и транс-формах[2]:

Изображение в пространстве:

2. Физические и химические свойства

токсичность химизм изопрен формальдегид

2-метилбутадиен-1,3 - бесцветная подвижная легколетучая жидкость с характерным запахом. Молекула 2-метилбутадиена-1,3 CH₂=C (CH₃)-CH=CH₂ представляет собой основной структурный элемент натурального каучука. 2-метилбутадиен-1,3 в воде нерастворим, хорошо растворяется в большинстве органических растворителей. 2-метилбутадиен-1,3 характеризуется высокой реакционной способностью: вступает в большинство реакций, характерных для олефинов, легко полимеризуется и сополимеризуется. Хранят 2-метилбутадиен-1,3 в присутствии ингибиторов: трет-бутилпирокатехина, гидрохинона, древесносмоляного антиоксиданта и др. [3]

Молекулярная масса 68,11;

t.пл.= -145,95°С, t.кип.= 34,067 °С;

плотность (при 20⁰С) =0,68095г/см³;

показатель преломления n_D²⁰=1,4219; С⁰_p.=2,25кДж/(кг.К);

теплота образования (при 25 ⁰С)= 49,40 кДж/моль,

теплота плавления= 4,83 кДж/моль,

теплота испарения (при 25 ⁰С)= 26,3 кДж/моль,

теплота сгорания (при 25 ⁰С)= 3186,58 кДж/моль;

теплота полимеризации = -74,9 кДж/моль;

поверхностное натяжение g= 18,3 мН/м (20 °С);

динамическая вязкость (при 20 ⁰С)= -0,215мПа*с;

Ркрит =3,85 МПа, tкрит =211^oС, dкрит =0,247 г/см³;

давление паров (в МПа): 0,0015 (при -50°С); 0,0263 (при 0°C); 0,0605 (при 20 °С) и 0,5999 (при 100 °С).

Хорошо растворим в органических растворителях, не растворим в воде. Образует азеотропные смеси с метанолом (94,8% по массе изопрена; т. кип. 29,57 °С), этанолом (97%; 32,65 °С), ацетоном (80%; 30,5 °С), изопентаном (8%; 27,7 °С).

По химическим свойствам 2-метилбутадиен-1,3 - типичный представитель диеновых углеводородов. Он легко полимеризуется и сополимеризуется с бутадиеном, изобутиленом, стиролом, акрилонитрилом, пропиленом, винилпиридином и др. В присутствии воздуха образуются перекиси изопрена, вызывающие его самопроизвольную полимеризацию с образованием продуктов сложного состава; одновременно происходит димеризация изопрена с образованием лимонена и его аналогов [2]:

При удалении кислорода и с повышением температуры процесс сдвигается в сторону образования димеров.

-метилбутадиен-1,3 легко присоединяется в положении 1,4 к различным непредельным соединениям (диенофилам): к малеиновому ангидриду, акролеину, фурфуролу, хинонам и их производным, кумарину, акрилонитрилу и др. Процесс идет при нагревании в отсутствие катализатора. Реакция с малеиновым ангидридом служит для идентификации и количественного определения 2-метилбутадиена-1,3.

-метилбутадиен-1,3 легко присоединяет сернистый ангидрид с образованием циклического сульфона, из которого он может быть регенерирован нагреванием выше 120 ⁰С. Эту реакцию используют для выделения 2-метилбутадиена-1,3 из смесей с близкокипящими моноолефинами и парафинами.

По двойным связям 2-метилбутадиена-1,3 присоединяется водород, галогены, галогеноводороды и др.

CH₂=CH-CH=CH₂+Br₂® CH₂Br-CH=CH-CH₂Br

В зависимости от условий реакции и соотношения реагентов присоединение возможно в положении 1,4; 1,2 или 3,4; при этом могут быть затронуты одна или две двойные связи. Реакции с HCl, HBr, ICl и H₂ служат для количественного определения 2-метилбутадиена-1,3. К 2-метилбутадиену-1,3 присоединяется родан только в положении 1,4 с образованием дироданита. Эта реакция служит для идентификации 2-метилбутадиена-1,3. Преимущественно в положении 1,4 к 2-метилбутадиену-1,3 присоединяются также первичные амины, алифатические и ароматические тиолы, цианистый водород.

При 400-500⁰С 2-метилбутадиен-1,3 частично полимеризуется с образованием смеси терпеновых соединений. При 600-700⁰С он разлагается на этилен, пропилен и бутадиен, при 750⁰С образуются легколетучие компоненты (например Н₂, СН₄) и продукт, аналогичный каменоугольной смоле [2].

3. Виды опасного воздействия, токсичность, класс опасности

-метилбутадиен-1,3 легко воспламеняется, взрывоопасен.

Т вспышки= -48°С,

Т воспламенения=-45°С,

Т самовоспламенения= 400 °С,

Концентрационные пределы распространения пламени= 1,7-11,5% (об.),

Температурные пределы распространения пламени от -49 до - 17 °С.

Максимальное давление взрыва= 660 кПа [4,5]

На воздухе 2-метилбутадиен-1,3 легко окисляется, образуя взрывоопасные пероксиды.

Токсичен. При высоких концентрациях действует как наркотик, угнетает кроветворение; в малых концентрациях - раздражает слизистые глаз и дыхательных путей. ПДК в воздухе рабочих помещений 40 мг/м³, в воде водоемов 0,005 мг/л. IV класс опасности по ГОСТ 12.1.005-88. [3]

Изопрен хранят в присут. ингибиторов - 4-трет-бутилпирокатехина, гидрохинона, древесносмольного антиоксиданта. [4]

4. Применение в промышленности ООНС и других областях

Алкадиены используются в основном для синтеза синтетических каучуков. [6]

Применяют изопрен для синтеза изопреновых каучуков ( > 95%), бутилкаучука. изопрен-стирольных термоэластопластов. транс-полиизопрена, в произ-ве душистых и лек. ср-в. [7]

Около 95% производства 2-метилбутадиена-1,3 используется для производства цис-1,4-полиизопрена - синтетического варианта природного каучука.

nСН₂=С(СН₃)-СН=СН₂ ® [-СН₂-С(СН₃)=СН-СН₂-]_n

Из изопренового каучука изготавливают:

-       шины, РТИ, транспортные ленты

-       обувь,

-       кабельные резины,

-       изделия бытового, пищевого и медицинского назначения,

-       эбониты и др. [8]

Используется в производстве бутилкаучука- продукт сополимеризации изобутилена и небольшого количества изопрена:

n(СН₃)₂С=СН₂+mСН₂=С(СН₃)-СН=СН₂®[-С(СН₃)₂-СН₂]_n-[СН₂-С(СН₃)=СН-СН₂-]_m

Бутилкаучук обладает хорошими электроизоляционными свойствами, стоек к действию кислорода, тепла, света, сильно действующих химических реагентов.

Применяют бутилкаучук:

-       для изготовления автомобильных камер,

-       прорезиненных тканей,

-       различных резиновых изделий,

-       для футеровки химической аппаратуры,

-       производства электроизоляционных материалов.

Резины из бутилкаучука характеризуются высокой теплостойкостью, стойкостью к термоокислительной деструкции, озонному старению, агрессивным средам (действие окислителей, кислот и щелочей), что позволяет использовать эти резины для гуммирования химической аппаратуры. Отличительная особенность бутилкаучука - исключительно высокая газо- и паронепроницаемость, по этому показателю он превосходит все известные каучуки.

Важнейшая область применения бутилкаучука - производство автомобильных камер и внутреннего слоя бескамерных шин. Эти изделия из бутилкаучука в 8-10 раз превосходят по воздухонепроницаемости камеры из натурального каучука. Бутилкаучук применяют также в производстве варочных камер и диафрагм форматоров-вулканизаторов, используемых при изготовлении покрышек. Срок службы этих изделий из бутилкаучука не менее чем в два раза превышает срок службы изделий из НК. До 70 % от общего объёма потребления бутилкаучука в США используется в шинной промышленности.

Высокая атмосферо-, водо- и озоностойкость позволяет использовать бутилкаучук для изготовления прорезиненных тканей различного назначения, а сочетание этих свойств с высокими диэлектрическими показателями - для изоляции кабелей. На основе бутилкаучука получают губчатые изделия, герметизирующие составы и т.д. [6]

Сополимеризуется со стиролом с получением стирол-изопрен-стирольного сополимера (SIS) - термопластичного стирольного эластомера.

nСН₂=С(СН₃)-СН=СН₂ + mC₆Н₅-СН=СН₂ ® [-СН₂-С(СН₃)=СН-СН₂-]_n [-СН(C₆Н₅)-СН₂-]_m

сополимеры обычно входят в состав чувствительных к давлению адгезивов, где необходима сильная липкость, а прочность сцепления не имеет большого значения. SIS пригодны для применения в качестве композитных составов на основе растворителей, клей-расплава и герметика и могут входить в состав соединений со смолами, наполнителями, пигментами, маслами, воском (парафинами) и стабилизаторами, и применяются для получения необходимого сочетания свойств. Свойства этих рецептурных составов могут оптимизироваться для таких областей практического применения, как пленки, этикетки, герметики и многие другие сферы практического использования.[9]

5. Методы получения, химизм, научные основы и технология процессов. Технологические схемы

Из большого числа известных способов получения изопрена промышленное применение получили:

-       Синтез из изобутилена и формальдегида

-       Двухстадийное дегидрирование изопентана.

Известны также методы получения изопрена на основе:

-       одностадийного вакуумного дегидрирования изопентана,

-       окислительного дегидрирования изопентана и изопентенов,

-       жидкофазного окисления изопентана,

-       выделение изопрена из пиролизных фракций.

Почти каждый из перечисленных методов существует в нескольких технических вариантах. Одной из причин такого многообразия методов получения изопрена, в первую очередь, является возможность использования многих видов сырья.[8]

5.1    Получение изопрена на основе изобутилена и формальдегида

Синтез изопрена из изобутилена и формальдегида осуществляется в две стадии. Первая стадия состоит в конденсации изобутилена с формальдегидом в присутствии щавелевой кислоты с образованием 4,4-диметилдиоксана-1,3 [3]:

На второй стадии ДМД расщепляется на изопрен и формальдегид с выделением воды на фосфорном катализаторе:

Выделяющийся формальдегид возвращается на первую стадию.

Сырьем для производства изопрена по данному методу является водный раствор формальдегида (формалин) и фракция C₄, содержащая изобутилен. Формальдегид получают каталитическим окислением метилового спирта кислородом воздуха при 600-700 ⁰C с применением катализатора «серебро на пемзе»:

CH₃OH + O₂ ® 2CH₃O + 2H₂O + 159 кДж/моль

Технический формалин представляет собой водный раствор с содержанием формальдегида не менее 40% (масс), содержание метилового спирта в нем не более 0,6% (масс). В качестве источника изобутилена могут быть использованы фракции C₄ различного происхождения: продукты дегидрирования изобутана, пиролиза и крекинга нефтяных фракций и т.д. Содержание изобутилена в исходной фракции не менее 42% (масс).

Наряду с основными реакциями, как на первой, так и на второй стадии протекают побочные реакции, в результате которых образуются многочисленные продукты различного состава и строения.

Конденсация изобутилена с формальдегидом, когда наряду с ДМД получается промежуточный продукт З-метилбутандиол-1,3, находящийся в равновесии с ДМД:

Гидратация изобутилена с образованием триметилкарбинола (TMK) [3]:

Взаимодействие метилового спирта, присутствующего в качестве примеси в исходном формалине, с формальдегидом с образованием метилаля:

Взаимодействие метилового спирта с триметилкарбинолом с образованием метил-трет-бутилового эфира:

Взаимодействие изобутилена с формальдегидом с образованием непредельного спирта З-метил-З-бутен-1-ола (ИПЭС):

Дегидратация 3-метилбутандиола с образованием трех изомерных непредельных спиртов C₅H₉OH (ИПЭС, ДМАС, ДМВК), а также изопрена. Эти продукты на второй стадии легко превращаются в изопрен. [3]