Сірке қышқылы, алынуы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

М. Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан мемлекеттік университеті

Ғылыми жоба

Тақырыбы:

«Сірке қышқылы, алынуы»

Орындаған:

Тексерген:

Орал, 2016ж.

Жоспары

І Кіріспе бөлім . . . 3

ІІ Негізгі бөлім

2. 1 Сірке қышқылы және өндірісі . . . 5

2. 2 Сірке қышқылын этиленді тотықтыру арқылы алу . . . 10

2. 3 Сірке қышқылын метанолды карбонирлеу арқылы алу . . . 13

ІІІ Қорытынды бөлім . . . 15

Қолданылған әдебиеттер тізімі . . . 17

І Кіріспе бөлім

Зерттеу өзектілігі . Этил спиртінің батериялар көмегімен сірке қышқылын сірке айналуын сірке қышқылының ашу процесі деп атаймыз. Бұл процестің табиғатын 1862 жылы Л. Пастер ашқан болатын.

Сірке қышқылының ашу процесіне Ацетобактер мен Глуконобактер туысына жататын бактериялар қатысады. Бұлар Грам-оң, спора түзбейтін, қозғалғыш, таяқша тәрізді микроорганизмдер. Сірке қышқылы бактериялары - аэробты микроорганизмдер сондықтан олар қоректік ортаның бетінде жарғақша түзе өніп -өседі. Бұлар қышқыл ортаға өте төзімді. Олар орта рН 4, 5-ке тең болғанда өсе береді. Көбінесе өсімдіктерде кездеседі.

Сірке қышқылы бактериялары тек этил спирт ғана емес басқа да заттарды, мәселен сорбитті сорбозаға, маннитті фруктозаға, глюкозаны глюкон қышқылына, кетоглюкон қышқылына айналдыра алады. Бұл тотығу процесіне негізінен глюконобактер туысына жататын бактериялар қатысады.

Тұрмыста сірке суын ашыған жеміс шырындарынан алуға болады. Мұнда алдымен спирт түзіледі де, сонынаң одан сірке қышқылы алынады.

Сірке суын алудын екі әдісі бар. Жоғары сапалы сірке суын жүзім шарабынан француз әдісімен, яғни арман әдісімен алады. Бұл әдіспен сірке суын өндіргенде, алдымен 20 литрлік бошкенің үштен бір бөлігіне, құрамында таза сірке бактериялары қосылған шарап құяды. Әрбір апта сайын бошкелергеүстеп шарап құйып отырады. Бес-алты жұма өткен соң сірке су дайын болады.

Қазір өндірісте сірке су алудың неміс әдісі, яғни тез алу әдісі қолданылады. Мұнда сиындылығы жүз литр болатын кубі дайындалады. Оны алдымен шамшат ағашының жаңғақтарымен толтырады. Оған сірке қышқылы бактериялары мен құрамында 3% спирті бар шарап және 6 % сірке суын қосады. Сірке қышқылы бактерияларына қажетті түрлі қоректік заттар да осы ыдысқа салынады. Түбінің төменгі жағында дайын сірке суын құйып алатын шүмегі болады. Жаңғақты байлап суйық аққан кезде сірке қышқылы бактериялары оны сірке суына айналдырып та үлгіреді. Алынған сірке су концентрлі болады. Сондықтан оны 4, 5 проценке дейін суйылтады.

Зерттеу мақсаты: сірке қышқылының алынуын зерттеу.

Зерттеу міндеттері:

сірке қышқылы туралы түсінік беру;
сірке қышқылының өндірісі туралы мағлұмат;
сірке қышқылының алыну тәсілдері туралы түсінік беру.

Зерттеу құрылымы: кіріспеден, негізгі бөлімнен және қорытынды мен әдебиеттер тізімінен тұрады.

ІІ Негізгі бөлім

2. 1 Сірке қышқылы және өндірісі

Сірке қышқылының химиялық қасиеттері бейорганикалық қышқылдардың қасиеттеріне ұқсас. Сірке қышқылының молекуласы сулы :СН ₃ СООН ^→ СН ₃ СОО ^- +Н ⁺

Сірке қышқылы әлсіз қышқылдарға жататындықтан, көк лакмусты ақшыл қызғылт түске боялады. Сірке қышқылының қышқылдық сипаты карбоксил тобының (-СООН) құрамындағы сутек атомына байланысты болады.

Сірке қышқылы белсенді металдармен әрекеттескенде, карбоксил тобы құрамындағы сутек атомы бөлініп шығады. Мысалы, сірке қышқылының магниймен реакциясы нәтижесінде сірке қышқылдымагний тұзы түзіледі:

2СН ₃ СООН+Мg→(CH ₃ COO) ₂ Mg + H ₂ ↑

Сірке қышқылының тұздары ацетаттар деп аталады. Срке қышқылының қалдығы - ацетат анионының СН3СОО-жалпы валенттігі бірге тең.

Сірке қышқылы - этан қышқылы, CH3COOH - бір негізді органикалық қышқыл. Ол өткір иісті, қышқыл дәмді, тұссіз сұйық. Сусыз сірке қышқылының балқу темп. 16, 75°С, қайнау темп. 118, 1°С, тығызд. 1, 055 г/см3 (15°С-та) .

Алынуы: Сірке қышқылын ацетальдегидті каталитикалық тотығу реакциясы арқылы алады. Ол 3 стадиядан тұрады. 1-стадияда сіркеүстілік қышқыл түзіледі:

Ол ацетальдегидтің екінші молекуласымен әркеттесіп, сірке ангидриді мен суды береді:

Осыдан жалпы реакция былайша болады:

Сіркеүстілік қышқыл тұрақсыз, ол оттек бөле отырып ыдырайды:

Сірке қышқылы СН ₃ СООН - өткір иісті, түссіз сұйықтық тауарлы формасы бойынша тамақта кеңінен қолданылатын сірке қышқылы 5-9 % сулы ерітіндіде болады. Біздің ғасырымызға дейін сірке қышқылы ашыған шарап түрінде белгілі болған, 1868 ж. Луи Пастер Acetobacter oxidans, Acetobacte . aceti, Acetobacter xylinum және бактериямен сірке қышқылдың ашуының физиологиялық табиғатын тағайындады.

Сірке эссенциясы (70-80%), сусыз немесе мұзды сірке қышқылын (98-99%) құрайды. Сірке қышқылды бактерия Acetobacter туысы этил спиртін сірке қышқылына дейін тотықтырып қоймайды, оны көмірқышқыл газы мен суға дейін тотықтыра алады. Этил спиртін тотықтыру реакциясында алкогольоксидаза ферменті катализдейді. Реакцияның теңдеуін келесі түрде көрсетуге болады.

СН ₃ СН ₂ ОН + О ₂ СН ₃ СООН+Н ₂ О+490 кДж.

45 сурет-Сірке қышқылы өндірісінің технологиялық сызба нұсқасы

Өндірістік жағдайда сірке қышқылын алу микробиологияның синтез жолымен үздіксіз әдіспен, сірке қашқылды Acetobacter oxidans бактериясын түптік культивирлеу әдісімен батарея типті тізбектеле қосылған ферментерде жүргізеді.

Сірке қышқылды өндірісінің технологиялық процесіне негізгі келесі сатылар кіреді:

1. егіс материалын алу;

2. шикізатты дайындау;

3. ферментация;

4. түссіздендіру және дайын өнімді құю, буып түю.

Өндірісте сірке қышқылын екі түрлі бактериялар продуцирлейді: Bacterium Schutzenbachii (Шутзенбачи бактерум) және Bacterium curvum (Сурвум бактериумі) .

Егіс материалын лабораториялық жағдайда алады. Сірке қышқылының бактериясы сұйық қоректік ортада колбада шайқағышта өсіріледі, сосын сыйымдылығы 30л лабораториялық ферментерлерге өсіруге жібереді.

Сірке қышқылын алуда шикізат ретінде этил спирті немесе ректификат немесе сивуш майынан тазартылған шикізат қолданылады. Сірке қышқылды бактерияның өмір сүретін ортасының қышқылдығына байланысты, қолайлы мәні рН 3, 0-3, 2 аралығында бактерия дамиды. Қоректік ортадағы этил спирті мен сірке қышқылының концентрациясы микроорганизмнің өмір сүруіне әсер етеді. Қышқылдың концентрациясы 10% болып саналады, спиртің концентрациясы Шутзенбачи бактериясы үшін 6-7% ал Сурвум бактериясы үшін 9-14% болып келеді. Ферментация процесі батареяларда жүргізіледі. Тізбектеле ораласқан бес батарея типті ферментерден тұрады. Әр бір аппарат араластырғышпен, барбатермен және жылу алмастырғыш жыланшамен жабдықталған. Бірінші ферментерге егіс материалы салынады және оған үздіксіз қоректік орта беріліп отырады, сол жердегі жалпы қосынды концентрациясы этил спиртімен сірке қышқылының 6, 4-6, 7% құрайды, сондай-ақ залалсыздалған ауа беріледі. Бұл кезде сірке қышқылды бактериясының тез көбеюіне қолайлы жағдай туады. Бірінші ферментер сірке қышқылды бактерияның генераторы болады, келесілері барлық аппарат үшін саналады: құрамындағы спирт, сірке қышқылды бактериясының әсерінен тотығады. Спирттің қажет концентрациясын ұстау үшін екінші, үшінші, төртінші аппараттарға 40% этил спиртін қосады. Температурасы және қарқынды аэрациялау процесі ферментерден ферментерге төмендейді: егер бірінші аппараттың температурасы 28 ^о С болса, ал аэрациялау 0, 35-0, 40 м ³ /(м ³ . мин) болады, ал соңғы аппарат 25 ^о С температурада және аэрациялау 0, 1-0, 15 м ³ /(м ³ . мин) болады. Сірке қышқылының концентрациясы 9% төмен болмауы керек және 9, 3 % жоғары болмауы керек, осындай концентрацияда культуральды сұйықтық бес ферментерден шығарылады. 100л сусыз этил спирттен 75-90 кг сірке қышқылы алынады. Сірке қышқылын түссіздендіру үшін бентоит және азырақ мөлшерде лимон қышқылы қосылады. Сірке қышқылының түссізденген ерітіндісін араластырғаннан кейін фильтр-преске береді. 9% сірке қышқылды фильтрат (тамаққа қолданылатын сірке) жинағышқа, одан әрмен қарай дайын өнімді ыдыстарға құюға жіберіледі.

Тағамдық сірке қышқылы ертеден бері этанолды Acetobacter бактериясымен тотықтыру арқылы алынған еді. Соңғы жылдары сірке қышқылының биотехнология үшін маңызды субстрат болып табылатындығы анықталған соң, оны лизин биосинтезі үшін қолдана бастады. Бұл мақсаттарда қолдану үшін сірке қышқылының өте үлкен мөлшері керек болғандықтан, оны химиялық жолмен этиленнен ацетальдегид немесе метанолды карбонилдеу арқылы алу жолға қойылды.

Сірке қышқылын алудың өнеркәсіптік және лабораториялық екі жолы бар, өнеркәсіпте:

Тотығу арқылы

Ацетальдегидті марганец (ІІ) ацетаты қатысында жоғары қысым мен температурада тотықтырады. Шығымы 95 %.

$\mathsf{2CH_3CHO + O_2 \longrightarrow 2CH_3COOH }$

150-200 °C температура мен 150 атм. қысымда н-бутанды тотықтырады

$\mathsf{2C_4H_{10} + 5O_2 \longrightarrow 4CH_3COOH + 2H_2O }$

Каталитикалы жолмен метанолды карбонирлеу

$\mathsf{CH_3OH + CO \longrightarrow CH_3COOH}$

Биохимиялық өндіру әдісі

Алкогольоксидаза ферментінің қатысында этилспиртінің сірке қышқылына дейін тотығуы:

СН ₃ СН ₂ ОН + О ₂ → СН ₃ СООН + Н ₂ О

2. 2 Сірке қышқылын этиленді тотықтыру арқылы алу

Этиленнен сірке қышқылын алу. Бұл процесс екі сатыда жүреді:

Описание: http://www.zges.ru/5-38.jpg

Катлизатор ретінде палладий және мыс хлоридтерін (PdCb-CuCh) пайдалып, бір сатыда ацетальдегид алады. Бұл реакция 110 - 130°С температурада интенсивті жүреді. Ол үшін қысымды 0, 3-0, 7 МПа ұстап тұру қажет, сол кезде этиленнің реакциялық массада еруіне байланысты тотығу жылдам жүреді. Екінші сатыда сірке қышқылын алу үшін ацетальдегидті сұйық фазада тотықтырады. Катализатор ретінде сірке қышқылында (ацетальдегид массасымен салыстырғанда0, 05-0, 1%), ерітілген марганец ацетатын қолданады және жүйе температурасы 50-80°С болу керек. Температураның төмендеуі немесе басқа катализатордың қолданылуы тотығудың аралық өнімінің түзілуіне алып келеді, бұл өте қауіпті. Керісінше температураны жоғарылатқан сайын ацетальдегид ұшып кетіп, өнімнің шығымын азайтады және қосымша өнімнің түзілуіне әкеледі. Сондықтан этиленді тура тотықтырудың соңғы өнімі ретінде алынған сірке қышқылының шығымы 90%-тен аз емес.

Этиленнен сірке қышқылын алудың жалпы технологиялық схемасы 1-суретте келтірілген.

Оттегі және рециркулирлеуші газбен қоса жаңа алынған этиленді катализаторы бар реакциялық колоннаға жібереді. сұйықтықпен барботирленген газ ацетальдегид түзілу реакциясына түседі. Реакцияласпай кеткен газ ацетальдегид буымен, сумен және ілескен катализатор ерітіндісімен бірге тоңазытқышта (2) салқындатылады. Конденсирленген су буы мен ерітінді қайтадан реакциялық колоннаға қайтып келеді. Ал ацетальдегиді бар бу қоспасы тоңазытқышта конденсирленіп, альдегидті адсорбциялап алу үшін адсорберге (4) кетеді. Адсорбердегі газ циркулирлеуші компрессормен (16) жұмысшы қысымға дейін сығылып, қайтадан реакциялық колоннаға келеді. Газдың біраз мөлшері инертті қоспалардың шектен тыс аспауы үшін атмосфераға жіберіледі. Катализатор активтілігін ұстап тұру үшін сұйықтықтықтың жартысы үздіксіз колоннадан регенератор (3) жіберіледі. Мұнда сұйықтықты үльтракүлгін сәулелердің қатысында оттегімен және хлорсутекпен өңдейді. Регенерацияланған катализатор қайтадан колоннаға келеді. 4 адсорбердің астыңғы жағынан шығарылатын 10%-ті ацетальдегидтің сулы ерітіндісі адсорбцияылқ-буландырғыш колоннаға (5) келеді. Мұнда өткір бумен еріген газды айдайды, ал ілескен альдегид суға адсорбцияланады. Кейін қысымның жоғары болу есебінен ацетальдегид ерітіндісі ректификациялық колоннаға (6) түседі, мұнда оны судан және жоғары температурада қайнайтын қосылыстардан айдап алады. Ацетальдегид буы конденсатор-тоңазытқышта конденсирленіп, қабылдағышқа жиналады. Кейін керек болса, тотықтырғыш колоннаға (7) түсіп, 15 аппаратта дайындалған марганец ацетатымен араласады. Реакция жылуын бөлу үшін 7-реакциялық колонна бес секциялы змеевикпен қамтандырылған. Реакция 0, 3-0, 4 МПа қысымда өтеді.

Колоннаның төменгі жағында 60°С температураны және 0, 4 МПа қысымды ұстап тұрады. Ал жоғарға жағында температура - 75°С, қысым 0, 3 МПа болу керек. Аралық өнімнің концентрациясын төмендету үшін газтектес азотты үздіксіз жіберіп отырады. 7 тотықтырғыш колоннадан шыққын бу конденсатор-тоңазытқышқа келіп, реакцияласпаған ацетальдегидтен бөлінеді. Скрубберде (8) жуылған газ альдегидтен бөлініп колоннаның төменгі бөлігіне оралады, ал қалдықтарды атмосфераға жібереді. 7 колоннада пайда болған сірке қышқылы үздіксіз ректификациялық колонна 9 барады. Мұнда жеңілұшатын қосылыстардан тазартылады. Жоғары қайнайтын қосылыстардан арылу үшін (катализатордан, кротон қышқылынан, паральдегидтен және шайырлану өнімдерінен) 9 ректификациялық колоннаның төменгі бөлігінен 10 ректификациялық колоннаға жіберіледі. Сірке қышқылының буы тоңазытқышта конденсирленіп, бір бөлігі флегма түрінде қайтадан 10 ретификациялық колоннаға келеді. Аз ғана мөлшері катализатор дайындалатын 15 аппаратқа келеді де, негізгі бөлігі басқа қосылыстардан тазарту үшін калий перманганаты бар реакторға келеді.

Қоспалар тотықтырылғаннан кейін реактордағы қоспа буландырғыш жүйеге (14) келіп, 120-125°С аралығында сірке қышқылы буландырылады да, оның буы насадкалы ретификациялық колоннаға (12) соңғы тазартудан өту үшін жіберіледі. Тазартылған сірке қышқылы дайын өнім ретінде қабылдағышта (13) жиналады. Осындай жолмен алынған мұзды сірке қышқылы тауарлы өнім болып табылады және 99, 9%-ке дейін негізгі заты бар шикізат ретінде микробиологиялық өнеркәсіптің барлық талаптарына жауап береді.

2. 3 Сірке қышқылын метанолды карбонирлеу арқылы алу

Сірке қышқылының метанолдан синтездеп алынуы спирт пен көміртегі оксидінің Со және Rh комплексті катализі немесе СоН(СО) 4 -+- Со12 қоспасының катализі негізінде құрылған келесі реакция бойынша алынады:

Описание: http://www.zges.ru/5-40.jpg

Кобальт гидрокарбонилі немесе кобальт иодидінен тұратын катализатор жүйесін қолданғанда, температураны 180 - 200°С аралықта, ал қысымды 40 - 70 МПа-да ұстап тұру керек.

Бұл әдіс өте тиімді әрі экономикалық қол жетерлік.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.