курсовая процессы и аппараты. 4 Основные свойства материалов. 4 Основные свойства материалов, участвующие в процессе. 1 Уксусная кислота (этановая кислота) сн
 Скачать 23.71 Kb.
|
|
4 Основные свойства материалов, участвующие в процессе. 4.1 Уксусная кислота (этановая кислота) СН3СООН, молярная масса – 60,05; бесцветная жидкость с резким запахом. Существует в виде димеров циклической и линейной структуры. Смешивается со множественными растворителями, хорошо растворяет органические соединения, в ней растворяются газы HF, HCI, HBr, HI и другие. Образует тройные азеотропные смеси с водой и бензолом, температура кипения – 88оС, с водой и бутилацетатом, температура кипения – 89оС. В природе уксусная кислота распространена в свободном виде или в виде солей и сложных эфиров в растениях (в зелёных листьях), в выделениях животных (моче, желчи), образуется при гниении и брожении (в кислом молоке, сыре, вине). Брожение происходит под влиянием специфических бактерий «уксусного грибка». По химическим свойствам уксусная кислота - -типичная карбоновая кислота. Соли и эфиры уксусной кислоты называются ацетатами. Уксусная кислота растворяет множество металлов, их оксиды и карбонаты с образованием солей. Окислители ускоряют реакцию. Кобальт легко растворяется в уксусной кислоте в присутствие Со(NO3)2 или Н2О2. Уксусная кислота – одна из главных промежуточных метаболитов, выполняющих как структурную, так и энергетическую функцию в обмене веществ. Промышленные способы получения уксусной кислоты: каталитическое окисление ацетальдегида в жидкой фазе в присутствии солей Mn или смеси солей Mn, Co, Ni, Fe при 56 – 75оС и давлении 0,2 – 0,3 МПа; окислитель технический О2, степень конверсии более 95%, выход уксусной кислоты 92 – 93%. Окисление ацетальдегида О2 воздуха в присутствии катализатора, состоящего из смеси ацетатов Со и Cu, при 50 -60оС даёт смесь уксусной кислоты и уксусного ангидрида в соотношении (45:55), степень конверсии 16 – 18%, выход (по сумме продуктов) 94 – 96%. Выделение и очистку уксусной кислоты производят ректификацией; жидкофазное окисление воздухом углеводородных фракций нефти С5 – С6 при 140 – 180оС и давлении 5 – 8 МПа; наряду с уксусной кислотой получают муравьиную (15% по массе от суммы продуктов) и пропионовую кислоты (7 – 8%); каталитическое карбонилирование метанола в присутствии комплексных соединений Rh при 185оС и давлении 2,8 МПа; уксуснокислое брожение этанола (пищевая уксусная кислота); пиролиз древесины (наряду с метанолом и ацетатом). В лаборатории безводную уксусную кислоту получают перегонкой сухого CH3COONa и H2SO4. Уксусная кислота – сырьё в производстве уксусного ангидрида, ацетилхлорида, монохлоруксусной кислоты, ацетатов, многих красителей, инсектицидов, лекарственных средств (аспирина, фенацетин); используют в пищевой промышленности в изготовлении приправ, маринадов, консервов в виде столового уксуса – 3 – 15% водный раствор и уксусной эссенции – 80% водный раствор пищевой уксусной кислоты. Уксусная кислота – растворитель лаков, ацетилирующий агент в органическом синтезе. Соли уксусной (Fe, Al, Cr и другие) – протравы при крашении. Пары уксусной кислоты раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей, растворы (концентрация выше 30; по массе) при соприкосновении с кожей вызывают ожоги. Температура самовоспламенения – 454оС, КПВ 3,3 – 22% (по объёму), температурные пределы взрываемости 35 – 76оС. ПДК в атмосферном воздухе 0,06 мг/м3, в воздухе рабочей зоны 5 мг/м3. 4.2 Вода (оксид водорода) Н2О, молярная масса – 18,016, простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом. Жидкость без запаха, вкуса и цвета. Вода – одно из самых распространённых на Земле соединений. Количество воды на поверхности Земли оценивается в 1,39*1018 т, большая часть её содержится в морях и океанах. Количество доступных для использования пресных вод в реках, озёрах, болотах и водохранилищах составляет 2*104 т. В глубинных слоях Земли содержится значительно больше. В атмосфере находится около 1,3*1013 т воды. Вода входит в состав многих минералов и горных пород (глины, гипс и другие), присутствует в почве, является обязательным компонентом всех живых организмов. Строение молекулы и физические свойства. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О – Н 0,0957 нм; валентный угол Н – О – Н 104,5о; энергия ионизации 12,6 эВ, сродство к протону 7,1 эВ. При взаимодействии молекулы воды с другими атомами, молекулами и ионами, в т.ч. с другими молекулами воды в конденсированных фазах, эти параметры изменяются. Физические свойства воды аномальны. Некоторые параметры, характеризующие свойства воды в разных агрегатных состояниях при атмосферном давлении, приведены в таблице 1. Таблица 1.
Взаимодействие между молекулами воды. Структура конденсированных фаз. Молекулы воды сильно взаимодействуют друг с другом и полярными молекулами других веществ. При этом атомы водорода могут образовывать водородные связи с атомами О, N, F, CL, S и другие. В водяном паре при невысоких температурах и умеренных давлениях присутствует небольшое количество (около 1% при температуре кипения и атмосферном давлении.   Химические свойства. Лишь незначительная доля молекул (при 25оС – примерно на 5*109) подвергается электролитической диссоциации по схеме: Н2О Н+ + ОН-. Протон Н+ в водной среде, взаимодействуя с молекулами воды, образует Н3О+, объединяющийся с 1 молекулой Н2О в Н5О2+. Вода как растворитель. Вода хорошо растворяет многие полярные и диссоциирующие на ионы вещества. Обычно растворимость возрастает с увеличением температуры, но иногда температурная зависимость имеет более сложный характер. Растворимость многих сульфатов, карбонатов и фосфатов при повышении температуры уменьшается или сначала повышается, а затем проходит через максимум. Растворимость полярных малополярных веществ (газов, входящих в состав атмосферы) в воде низкая и при повышении температуры обычно сначала снижается . а затем проходит через минимум. С ростом давления растворимость газов возрастет, проходя при высоких давлениях через максимум. Многие вещества. Растворяясь в воде, реагируют с ней. Например, в растворах NН3 могут присутствовать ионы NН4. Техническая вода. Воду, расходуемую промышленными предприятиями, принято называть технической. Её применяют главным образом в качестве охлаждающего агента, транспортирующей среды для сыпучих материалов (гидротранспорт золы на тепловых электростанциях), растворителя и другие. В целом по всем отраслям промышленности 70-75% от общего расхода воды применяют как хладагент по циркуляционной схеме. В этом случае вода лишь нагревается и практически не загрязняется. Главные источники загрязнения охлаждающей воды систем циркуляционного водоснабжения – вода, добавляемая в системы для восполнения неизбежных потерь, и атмосферный воздух, из которого вымываются в охладителях воды взвешенные вещества и газы, растворимые в воде. Основными ионами, которые могут приводить к отложениям минеральных солей в системах циркуляционного водоснабжения, являются анионы: НСО3- , СО32-, ОН-, SOI42-, PO43-, SiO32-, а также катионы: Ca2+, Mg2+, Fe2+,3+, AL3+, Zn2+. Наиболее часто встречающийся компонент солевых отложений – СаСО3 (жёсткость воды). Предотвратить отложение карбонатов можно подкислением воды H2SO4 или HCL,её рекарбонизацией (обычно обработка поточными газами, содержащими СО2), действием полифосфатом (NaPO3)6 и Na5P3O10, органических фосфатов и других. Для предотвращения (уменьшения) коррозии труб и теплообменного оборудования в воде добавляют ингибиторы коррозии: полифосфаты, ингибиторы на основе хромато-цинковых смесей и другие. Для предупреждения обрастания оборудования бактериями воды в основном хлорируют (содержание CL2 до 5 мг/л), а иногда озонируют. | |||||||||||||||||