Organinė medžiaga užima svarbią vietąmūsų gyvenimas. Jie yra pagrindiniai polimerų komponentai, kurie supa mus visur: tai plastikiniai maišeliai ir guma, taip pat daugelis kitų medžiagų. Polipropilenas šioje serijoje nėra paskutinis žingsnis. Ji taip pat įtraukta į įvairių medžiagų sudėtį ir yra naudojama daugelyje pramonės šakų, pavyzdžiui, statyboje, kaip buitinių plastikinių puodelių ir kitų mažų (bet ne gamybos) poreikių. Prieš kalbėdami apie tokį procesą, kaip propileno hidrataciją (dėl kurio, beje, mes galime gauti izopropilo alkoholį), pereikime prie šios būtinos medžiagos atradimo istorijoje.
Istorija
Как таковой даты открытия пропилен не имеет.Tačiau jo polimerą, polipropileną, 1936 m. Atrado garsus vokiečių chemikas Otto Bayer. Žinoma, teoriškai buvo žinoma, kaip gauti tokią svarbią medžiagą, tačiau praktiškai tai nebuvo įmanoma. Tai buvo įmanoma tik XX a. Viduryje, kai vokiečių ir italų chemikai Ziegler ir Natt atrado neprisotintų angliavandenilių polimerizacijos katalizatorių (turintys vieną ar daugiau daugkartinių ryšių), vėliau vadinamą „Ziegler-Natta“ katalizatoriumi. Iki šiol visiškai neįmanoma padaryti tokių medžiagų polimerizacijos reakcijos. Polikondensacijos reakcijos buvo žinomos, kai be katalizatoriaus poveikio medžiagos buvo sujungtos į polimero grandinę, taip susidariusios šalutinės medžiagos. Tačiau su neprisotintais angliavandeniliais tai nebuvo įmanoma.
Kitas svarbus su šiuo procesu susijęs procesasmedžiaga buvo jos hidratacija. Jų naudojimo metu buvo gana daug propileno. Visa tai susiję su įvairių naftos ir dujų perdirbimo įmonių sukurtais propeno apdorojimo metodais (tai kartais vadinama aprašyta medžiaga). Naftos krekingo metu jis buvo šalutinis produktas, ir kai paaiškėjo, kad jo darinys, izopropilo alkoholis, buvo daugelio naudingų medžiagų sintezė žmonijai, daugelis įmonių, tokių kaip BASF, patentavo savo gamybos metodą ir pradėjo masinę prekybą šiuo junginiu. Propileno hidratavimas buvo išbandytas ir taikomas prieš polimerizaciją, todėl acetonas, vandenilio peroksidas ir izopropilaminas pradėjo gaminti anksčiau nei polipropilenas.
Propeno išgavimo iš naftos procesas yra labai įdomus. Būtent jam dabar kreipiamės.
Propileno išsiskyrimas
Tiesą sakant, teorine prasme pagrindinėyra tik vienas metodas: naftos ir susijusių dujų pirolizė. Tačiau technologinis įgyvendinimas yra tik jūra. Faktas yra tas, kad kiekviena įmonė siekia unikalaus būdo ir jį apsaugo patentu, o kitos tos pačios rūšies įmonės taip pat ieško savo būdų, kaip vis tiek gaminti ir parduoti propeną kaip žaliavą arba paversti jį įvairiais produktais.
Pirolizė ("pyro" - ugnis, "liz" - sunaikinimas) -cheminis sudėtingos ir didelės molekulės skaidymo į mažesnes procesas veikiant aukštai temperatūrai ir katalizatoriui. Aliejus, kaip žinote, yra angliavandenilių mišinys ir susideda iš lengvų, vidutinių ir sunkių frakcijų. Nuo pirmojo gaunama mažiausia molekulinė masė propenas ir etanas pirolizės būdu. Šis procesas atliekamas specialiose krosnyse. Pažangiausioms gamybos įmonėms šis procesas yra technologiškai kitoks: vieni naudoja smėlį kaip šilumos nešiklį, kiti - kvarcą, treti - koksą; Krosnis taip pat galite suskirstyti pagal jų struktūrą: yra vamzdiniai ir įprasti, kaip jie vadinami, reaktoriai.
Bet pirolizės procesas leidžia jums gautinepakankamai grynas propenas, nes, be jo, ten susidaro daugybė angliavandenilių, kurie vėliau turi būti atskirti gana energijai imliais metodais. Todėl norint gauti grynesnę medžiagą vėlesniam drėkinimui, taip pat naudojamas alkanų dehidrinimas: mūsų atveju propanas. Kaip ir polimerizacija, minėtas procesas vyksta ne tik. Vandenilis pašalinamas iš sočiųjų angliavandenilių molekulių veikiant katalizatoriams: trivalenčiam chromo oksidui ir aliuminio oksidui.
Na, prieš pereidami prie hidratacijos proceso istorijos, pereikime prie savo nesočiųjų angliavandenilių struktūros.
Propileno struktūros ypatybės
Pats „Propen“ yra tik antrasis serialo narysalkenai (angliavandeniliai su vienu dvigubu ryšiu). Pagal lengvumą jis nusileidžia tik etilenui (iš kurio, kaip galima spėti, gaminamas polietilenas - masyviausias polimeras pasaulyje). Įprastoje būsenoje propenas yra dujos, kaip ir jų „giminaitis“ iš alkanų šeimos - propanas.
Esminis skirtumas tarp propano ir propeno yratai, kad pastarosios sudėtis turi dvigubą ryšį, kuris radikaliai keičia jo chemines savybes. Tai leidžia prie nesočiųjų angliavandenilių molekulių prijungti kitas medžiagas, todėl susidaro visiškai skirtingų savybių junginiai, dažnai labai svarbūs pramonei ir kasdieniam gyvenimui.
Atėjo laikas kalbėti apie reakcijos teoriją,kuriam iš tikrųjų skirtas šis straipsnis. Kitame skyriuje sužinosite, kad hidratavus propileną, susidaro vienas iš pramoniniu požiūriu svarbiausių produktų, taip pat kaip vyksta ši reakcija ir kokie jos niuansai.
Hidratacijos teorija
Pirmiausia pereikime prie bendresnio proceso -solvacija - kuri taip pat apima aukščiau aprašytą reakciją. Tai yra cheminė transformacija, kurią sudaro tirpiklio molekulių prijungimas prie ištirpusios medžiagos molekulių. Tuo pačiu metu jie gali sudaryti naujas molekules arba vadinamuosius solvatus, - daleles, susidedančias iš ištirpusios medžiagos ir tirpiklio molekulių, sujungtų elektrostatine sąveika. Mus domina tik pirmojo tipo medžiagos, nes hidrinant propileną daugiausia susidaro būtent šis produktas.
Ištirpinus aukščiau aprašytu būdu, molekulėstirpiklis yra prijungtas prie ištirpusios medžiagos, gaunamas naujas junginys. Organinėje chemijoje hidratacijos metu vyrauja alkoholiai, ketonai ir aldehidai, tačiau yra keletas kitų atvejų, pavyzdžiui, glikolių susidarymas, tačiau mes jų neliesime. Iš tikrųjų šis procesas yra labai paprastas, bet tuo pačiu ir gana sudėtingas.
Hidratacijos mechanizmas
Žinoma, kad dvigubas ryšys susideda iš dviejųatomų jungties tipai: p - ir sigmos ryšiai. Pi jungtis hidratacijos reakcijoje visada nutrūksta pirmiausia, nes ji yra mažiau stipri (turi mažesnę jungimosi energiją). Jam nutrūkus, prie dviejų gretimų anglies atomų susidaro dvi laisvos orbitos, kurios gali suformuoti naujas jungtis. Vandens molekulė, egzistuojanti tirpale dviejų dalelių pavidalu: hidroksido jonas ir protonas, gali prisijungti per nutrūkusią dvigubą jungtį. Šiuo atveju hidroksido jonas yra prijungtas prie centrinio anglies atomo, o protonas - prie antrojo, kraštutinio. Taigi, hidratavus propileną, daugiausia susidaro propanolis 1 arba izopropilo alkoholis. Tai labai svarbi medžiaga, nes dėl jos oksidacijos gali susidaryti acetonas, kuris yra plačiai naudojamas mūsų pasaulyje. Mes sakėme, kad jis formuojamas daugiausia, tačiau tai nėra visiškai tiesa. Turiu pasakyti taip: vienintelis produktas, susidaręs hidrinant propileną, ir tai yra izopropilo alkoholis.
Tai, žinoma, yra visos subtilybės. Tiesą sakant, viską galima apibūdinti daug lengviau. Ir dabar mes sužinosime, kaip mokyklos kursuose jie užfiksuoja tokį procesą kaip propileno hidratacija.
Reakcija: kaip tai vyksta
Chemijoje įprasta viską žymėti paprastai:naudojant reakcijos lygtis. Taigi aptariamos medžiagos cheminę transformaciją galima apibūdinti taip. Propileno hidratacija, kurios reakcijos lygtis yra labai paprasta, vyksta dviem etapais. Pirma, sutrinka pi jungtis, kuris yra dvigubos dalies dalis. Tada vandens molekulė dviejų dalelių pavidalu - hidroksido anijonas ir vandenilio katijonas - artėja prie propileno molekulės, kurioje šiuo metu yra dvi laisvos vietos ryšiams susidaryti. Hidroksido jonas užmezga ryšį su mažiau hidrinto anglies atomu (tai yra su tuo, prie kurio prijungta mažiau vandenilio atomų), o protonu - atitinkamai su likusiu kraštutiniu. Taigi gaunamas vienas produktas: prisotintas vienvandenis alkoholio izopropanolis.
Kaip užrašyti reakciją?
Dabar mes sužinosime, kaip chemine kalba parašyti reakciją, atspindinčią tokį procesą kaip propileno hidratacija. Mums reikalinga formulė: CH2 = CH - CH3... Tai yra pradinės medžiagos - propeno - formulė.Kaip matote, jis turi dvigubą jungtį, pažymėtą ženklu „=“, ir būtent šiuo metu vanduo prisijungs, kai propilenas bus hidratuotas. Reakcijos lygtį galima užrašyti taip: CH2 = CH - CH3 + H2O = CH3 - CH (OH) - CH3... Skliausteliuose esanti hidroksilo grupė reiškia taiši dalis yra ne formulės plokštumoje, o žemiau arba aukščiau. Čia mes negalime parodyti kampų tarp trijų grupių, besitęsiančių nuo vidurinio anglies atomo, tačiau tarkime, kad jie yra maždaug lygūs vienas kitam ir siekia 120 laipsnių.
Kur tai taikoma?
Mes jau sakėme, kad dėl to atsiras reakcijamedžiaga aktyviai naudojama kitų mums gyvybiškai svarbių medžiagų sintezei. Pagal savo struktūrą jis labai panašus į acetoną, nuo kurio jis skiriasi tik tuo, kad vietoj hidroksogrupės yra keto grupė (tai yra deguonies atomas, sujungtas dvigubu ryšiu su azoto atomu). Kaip žinote, pats acetonas yra naudojamas tirpikliuose ir lakuose, tačiau, be to, jis naudojamas kaip reagentas tolesnei sudėtingesnių medžiagų, tokių kaip poliuretanai, epoksidinės dervos, acto rūgšties anhidridas, sintezei.
Acetono gamybos reakcija
Manome, kad būtų naudinga apibūdinti pertvarkąizopropilo alkoholio ir acetono, ypač todėl, kad ši reakcija nėra tokia sudėtinga. Pirmiausia propanolis išgarinamas ir 400–600 laipsnių Celsijaus temperatūroje deguonimi prisotinamas deguonimi specialiu katalizatoriumi. Labai grynas produktas gaunamas, kai reakcija vykdoma ant sidabro grotelių.
Reakcijos lygtis
Mes nesigilinsime į propanolio oksidacijos į acetoną reakcijos mechanizmo detales, nes jis yra labai sudėtingas. Apsiribojame įprasta cheminio virsmo lygtimi: CH3 - CH (OH) - CH3 + O2 = CH3 - C (O) - CH3 + H2A. Kaip matote, diagramoje viskas yra gana paprasta, tačiau verta įsigilinti į procesą, ir mes susidursime su daugybe sunkumų.
Išvada
Taigi mes išanalizavome propileno irtyrinėjo reakcijos lygtį ir jos eigos mechanizmą. Apsvarstyti technologiniai principai yra realių gamybos procesų pagrindas. Kaip paaiškėjo, jie nėra labai sunkūs, tačiau turi realios naudos mūsų kasdienybei.
