Переработка отходов растворителей
Применение продуктов органического синтеза и переработки нефти в различных сферах жизнедеятельности человека. Характеристика растворителей и пластификаторов для полимерных связующих. Способность растворителей, их рецептура и технология производства.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.10.2011 |
| Размер файла | 154,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Продукты органического синтеза и переработки нефти находят применение в различных сферах жизнедеятельности человека. Практика их применения чрезвычайно широка: они являются сырьём для получения различных химических веществ, используются в таких сферах экономики, как машиностроение, химическая промышленность, лёгкая промышленность, производство стройматериалов.
Растворители и пластификаторы для полимерных связующих
Для облегчения работы с полимерными связующими или для улучшения их свойств используют растворители, пластификаторы и др.
Растворители -- летучие жидкости, хорошо совмещающиеся с полимерами, создающие с ними молекулярно-дисперсную, стабильно однородную смесь. Способность растворителей растворять тот или иной полимер зависит от их молекулярного строения. Здесь действует закономерность, которая может быть выражена словами „подобное растворяется в подобном". Так, полистирол, содержащий большое число бензольных колец, хорошо растворяется в ароматических растворителях - бензоле, толуоле и практически нерастворим в алифатических углеводородных растворителях -- бензине, уайт-спирите. Полиизобутилен, напротив, хорошо растворяется в алифатических углеводородах.
При выборе растворителей необходимо руководствоваться помимо их растворяющей способности и другими свойствами. Главнейшее из них -- скорость испарения, которую характеризуют относительной летучестью, показьшающеи, во сколько раз медленнее по сравнению с ацетоном (он взят за эталон) испаряется испытуемый растворитель при одинаковых условиях:
Ацетон 1 Толуол 2,9
Этилацетат 1,4 Этиловый спирт 4,0
Бензол 1,4 Ксилол 6,5
Бензин „галоша" 1,7 Уайт-спирит 20...30
Дихлорэтан 2,0 Скипидар 30...34
Если скорость испарения очень велика, то возможно его улетучивание в процессе приготовления или при укладке смеси. Испаряющийся растворитель вызывает усадку твердеющего связующего. Если скорость испарения растворителя мала, то это может вызвать замедление твердения материала и ухудшение его свойств. Так, при использовании термореактивных олигомерных смол может произойти такое явление: часть растворителя, оставаясь в материале после отверждения смолы и испаряясь в дальнейшем, образует в материале поры, снижающие его физико-механические свойства.
Во всех случаях необходимо обоснованно выбирать вид и количество растворителя, помня, что применение растворителя, в особенности в избыточном количестве, приводит к ухудшению свойств затвердевшего полимерного связующего.
К другим не менее важным свойствам растворителей относятся: химическая инертность к составляющим смеси и материалам, на которые наносится смесь, и минимальная токсичность.
По степени уменьшения токсичности растворители располагаются в такой последовательности: дихлорэтан, ксилол, толуол, бензол, ацетон, зтилацетат, уайт-спирит, бензин „галоша", скипидар. При работе с растворителями необходимо строго соблюдать меры безопасности: обеспечивать хорошее проветривание помещений, в которых ведутся работы; в необходимых случаях применять защитные приспособления -- перчатки, респираторы.
Органические растворители горючи, а их пары вместе с воздухом при определенной концентрации образуют взрывоопасные смеси. Поэтому в помещениях, где хранятся растворители и работают с ними, надо строго соблюдать правила противопожарной безопасности: нельзя разводить открытый огонь, курить, все подсоединения электрических приборов должны исключать возможность искрообразования. При открывании металлических емкостей, содержащих органические растворители, следует пользоваться инструментом, не вызывающим искрообразования, и закрывать емкости только предназначенными для этой цели пробками.
В зависимости от химического состава органические растворители делятся на углеводородные (алифатические, алициклические, ароматические, нефтяные и терпеновые), кислородосодержащие (кетоны, спирты, эфиры и т. п.) и галогеносодержащие (хлорированные и др.) углеводороды.
Алифатические CnH22 (пентан, изопентан, гексан и др.) и алициклические СиН2и (циклогексан, циклопентан и др.) углеводороды - легколетучие бесцветные жидкости со слабым запахом. Они обладают слабой растворяющей способностью и относительно дороги. В чистом виде для строительных целей применяются крайне редко.
Ароматические углеводороды (бензол СвН6, ксилол, толуол и др.) -- бесцветные жидкости с характерным запахом. Они обладают значительно большей, чем алифатические углеводороды, растворяющей способностью, однако их применение ограничивает высокая токсичность. Ароматические растворители хорошо растворяют битум, деготь, каучуки, полистирол, мочевиноформальдегидные, эпоксидные и другие олигомеры и легко смешиваются с другими углеводородными растворителями. В строительной практике чаще других применяют сольвент нефтяной и каменноугольный, представляющие собой, ксилол с примесью других ароматических углеводородов.
Нефтяные растворители -- одни из самых дешевых и доступных растворителей, получаемые при фракционировании нефти. Состоят они в основном из смеси алифатических углеводородов с некоторой примесью ароматических. В зависимости от температуры кипения различают следующие виды нефтяных растворителей:
Температура кипения, "С
Петролейный эфир Г 36...70
Бензин-растворитель „галоша" 80...120
Бензин-растворитель уайт-спирит 165...200
В качестве частичной замены в эти растворители могут добавляться керосин и лигроин.
Терпеновые растворители содержат ненасыщенные углеводороды состава (CsH8)n. В строительстве из этого класса растворителей применяют скипидар (терпеновое масло). Он хорошо растворяет органические масла, насыщенные полиэфирные (глифталевые) полимеры, кумаро-новые смолы, канифоль.
Кетоны -- кислородосодержащие растворители, из которых в строительстве наиболее широко применяется ацетон -- легкокипящая жидкость с температурой кипения 56°С. Он хорошо растворяет многие полимеры и опигомерные смолы (эпоксидные, фенолформальдегид-ные и др.) и эфиры целлюлозы. Благодаря способности растворять жиры ацетон используют для обезжиривания поверхностей перед нанесением клеящих мастик. Ацетон хорошо смешивается как с органическими растворителями, так и с водой. Недостаток его -- гигроскопичность, так как в смеси с водой он хуже растворяет некоторые полимеры и отрицательно действует на физико-механические свойства полимерных материалов.
Спирты -- кислородосодержащие растворители, из которых в строительстве применяют только низшие одноатомные спирты-: метиловый и зтиловый. Метиловый спирт (метанол) из-за высокой токсичности применяется ограниченно.
Сложные эфиры -- кислородосодержащие растворители, получаемые взаимодействием спиртов с органическими кислотами. Чаще всего применяют зфиры уксусной кислоты (ацетаты): метилацетат, зтилацетат и бутилацетат -- прозрачные жидкости с более или менее сильным фруктовым запахом. Это относительно дорогие растворители, применяют их обычно в смеси с другими более дешевыми растворителями.
Свойства и применение мономерных растворителей
Продукты органического синтеза и переработки нефти находят применение в различных сферах жизнедеятельности человека. Практика их применения чрезвычайно широка: они являются сырьём для получения различных химических веществ, используются в таких сферах экономики, как машиностроение, химическая промышленность, лёгкая промышленность, производство стройматериалов.
В обширном ассортименте нефтепродуктов можно выделить наиболее известную группу - растворители и наибольшую известность имеет.
Практически любой человек, когда-либо имевший дело с окрасочными работами, знаком с растворителем 646.
Рецептура и технология производства растворителя 646 были разработаны в XX веке. Вначале он выпускался для разбавления нитролаков и нитроэмалей, но позже стала понятна универсальность растворителя 646. Этот растворитель стали использовать для доведения различных лакокрасочных материалов до рабочей вязкости, очистки малярного оборудования и инструмента, а также для выведения пятен на различных материалах. Причиной большой популярности этого растворителя являются его отличные эксплуатационные качества и доступность. Множество компонентов, входящих в его состав, определяют широкую специализацию и возможность растворения многих органических веществ.
Растворитель 646 - бесцветная или слегка желтоватая жидкость, обладающая специфичным запахом. В химическом составе присутствуют: толуол (50%), этанол (15%), бутилацетат (10%), бутанол (10%), этилцеллюлоза (8%), ацетон (7%).
Растворитель 646 - один из самых активных растворителей, поэтому он требует аккуратности в работе, чтобы, например, не повредить нижний слой краски. В отдельных случаях целесообразнее применять более слабые составы комбинированных растворителей.
Р-646 применяется для разбавления как нитроэмалей и нитролаков, так и для эпоксидных и глифталевых грунтовки ГФ-021, хотя в последнем случае более правильным будет использование растворителей 649, 650 или сольвента. После высыхания лакокрасочное покрытие благодаря растворителю приобретает дополнительный блеск.
Растворитель 646 разливают в стальные бочки, а для использования в быту он расфасовывается в канистры объёмом 1 - 10 л. Транспортировка его может осуществляться в специальных авто - или железнодорожных цистернах.
Так как этот растворитель относится к легковоспламеняющимся жидкостям и состоит из летучих органических соединений, то существуют определённые правила его хранения и транспортировки. Хранить растворитель 646 следует в герметичной таре, предохраняя от воздействия влаги, тепла и прямых солнечных лучей. При работе в закрытом пространстве следует обеспечить хорошую вентиляцию помещения.
Необходимо помнить, что при работе с химическими соединениями требуется соблюдать установленные правила безопасности: использовать резиновые перчатки и респираторы. Воздействие многих из растворителей могут неблагоприятно сказаться на состоянии кожи человека, а нефтяной сольвент, толуол и ацетон обладают наркотическим воздействием на организм. Растворитель 649 используется для растворения нитрацеллюлозноглифталевых пленкообразователей, предназначается для разбавления до рабочей вязкости эмалей марки НЦ-132К.
Растворитель 650 используется для растворения нитрацеллюлозноглифталевых пленкообразователей, предназначается для разбавления до рабочей вязкости эмалей марки НЦ-11 при подкраске небольших участков кистью.
Р - 4 применяют для разбавления перхлорвиниловых, полиакрилатных, эпоксидных и других лакокрасочных материалов.Р - 4 А - для разбавления перхлорвиниловых, полиакрилатных, эпоксидных и других лакокрасочных материалов.
Р - 5 А - для разбавления перхлорвиниловых, полиакрилатных, эпоксидных и других лакокрасочных материалов.
Р - 60 используется для разбавления эмали ВЛ - 515.
Р - 7 - для разбавления лака ВЛ - 51.
РКБ - 2 - для разбавления лака МЧ - 52 и для изготовленя кислотного отвердителя для лака МЧ - 52.
РМЛ -315 - для разбавления лака НЦ - 223.
Ксилол используется в качестве растворителя в производстве лакокрасочных материалов.
Толуол - в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности для растворения тощих алкидов, кремнийорганических, акриловых смол, полистирола.
Сольвент нефтяной применяется для растворения масел, битумов, каучуков, мочевино- и меламиноформальдегидных олигомеров, полиэфиров терефталевой кислоты, полиэфирамидов и полиэфиримидов, меламино- формальдегидных лакокрасочных материалов.
Смывка СП - 6 - для удаления с поверхностей чёрных металлов старых лакокрасочных покрытий на основе глифталевых, пентафталевых, акриловых, эпоксидных, меламино-формальдегидных и других смол, как холодной, так и горячей сушки.
Смывка СП - 7 - для удаления старых покрытий, алкидно-акриловых , полиакриловых, алкидно- и масляно-стирольных, меламинных, поливинилацетатных эмалей, эпоксидных шпатлёвок и грунтовок, а также комплексных покрытий, состоящих из вышеуказанных материалов.
Смывка СД -СП - для удаления старых масляных покрытий с металлической поверхности.
Смывка АФТ-1 - для снятия старых масляных и нитроцеллюлозных покрытий лакокрасочных покрытий.
Дезинфицирующие моющие средства на основе органических растворителей.
В различных отраслях промышленности нашли широкое применение моющие дезинфицирующие средства на основе органических растворителей. Органические растворители - индивидуальные химические соединения или смеси, способные растворять образовавшееся на очищаемых поверхностях загрязнения и образовывать с ними однородные (однофазные) растворы переменного состава, включающие два или большее число компонентов. Органические растворители нашли широкое применение в очистной жидкостной технологии (ОЖТ), в составе моющих дезинфицирующих средств, благодаря комплексу специфических (физико-химических) свойств, обеспечивающих им применение при удалении загрязнений с очищаемых поверхностей. На практике к органическим растворителям, используемым в ОЖТ, предъявляются следующие требования: высокая (активная) растворяющая способность, обусловленная видом удаляемого загрязнения; минимальная токсичность, огнебезопасность, доступность и дешевизна; отсутствие агрессивности к материалам очищаемых изделий и очистного оборудования. Кроме того, к растворителям предъявляются дополнительные требования, вытекающие из особенностей замкнутых процессов ОЖТ, - стабильность растворителей при их регенерации. Важными характеристиками растворителей являются также летучесть, температура кипения, разложения и вспышки.
Для целей ОЖТ наиболее широкое применение получили две группы моющих дезинфицирующих средств на основе органических растворителей: на основе углеводородов и на основе хлорфторпроизводных углеводородов. Почти все хлорированные растворители негорючи, токсичны и требуют строго соблюдения правил техники безопасности. Так как при взаимодействии с водой, светом и теплом нестабилизированные хлорированные растворители разлагаются, а продукты разложения вызывают коррозию обрабатываемых металлических изделий и очистного оборудования. Главное технологическое свойство растворителей - растворяющая способность. С физической точки зрения не существует абсолютной величины, характеризующей растворяющую способность. Можно лишь говорить о взаимной растворимости веществ, имеющих близкие значения параметров растворимости. Условными критериями растворяющей способности по отношению к маслам, жирам и смолам является каури-бутанольное или анилиновое число (точка). В общем случае чем меньше анилиновое число и выше каури-бутанольное, тем сильнее растворитель.
Переработка отходов растворителей
Многие технологические процессы в промышленности и на транспорте связаны с использованием органических растворителей. Выполнив свою роль, они уносятся с воздухом вентиляционной системой, загрязняя окружающую среду, либо сливаются в накопители и заменяются на свежие. Общее количество растворителей, ежегодно расходуемых предприятиями страны, приближается к 0,5 млн. т. Все растворители относятся к легко воспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ), являющимся пожаро-взрывоопасными веществами. Их сброс в накопители, унос паров в атмосферу наносит серьезный ущерб окружающей среде.
Поэтому отходы растворителей необходимо собирать и подвергать утилизации. Однако предприятия далеко не всегда утилизируют растворители, так как по экономическим соображениям не заинтересованы в их повторном использовании. Объясняется это тем, что многие методы регенерации растворителей в силу различных причин экономически неэффективны.
В основе рекуперации растворителей лежит явление физической адсорбции -- поглощения паров вещества пористыми адсорбентами, например углеродными (активированными углями) или минеральными (силикагелем). Иногда в качестве поглотителей используют нелетучие жидкости. Процесс адсорбции наиболее эффективно происходит, когда поры адсорбента в несколько раз превышают размеры поглощаемых молекул. Адсорбция резко уменьшается с повышением температуры из-за более энергичного теплового движения газовых молекул. Эта зависимость ис пользуется для выделения поглощаемых веществ из адсорбента. Процесс выделения поглощенных адсорбентом веществ называется десорбцией.
Рекуперация растворителей может быть организована в периодическом и непрерывном цикле. При периодической схеме процесса воздух, содержащий пары растворителя, проходит через неподвижный слой адсорбента, из которого после его насыщения извлекается утилизируемый растворитель.
Для организации непрерывной рекуперации с применением адсорберов периодического действия рекуперационная установка должна включать не менее двух таких аппаратов (обычно их количество составляет 3--6).
В непрерывно действующих адсорберах движущийся слой поглотителя последовательно проходит зоны адсорбции и де сорбции рекуперационной установки. К преимуществам таких установок относят достаточно высокие скорости обрабатываемых потоков, компактность оборудования, высокий коэффициент использования адсорбентов, сокращение энергозатрат на периодические нагрев и охлаждение адсорбера, возможность автоматизации процесса. Для осуществления непрерывного процесса в адсорберах нового поколения используется адсорбирующая угольная ткань, которая движется перпендикулярно газовому потоку.
Поскольку в промышленности широко распространено использование периодической технологии рекуперации растворителей, ниже рассмотрена работа установки такого типа, используемой в технологии производства поливинилового спирта.
В производстве поливинилового спирта используются метанол, этанол, этилацетат, бензин и другие растворители. Суммарное содержание их паров в отходящих газах достигает 80-- 90 г/м3. Учитывая, что объем отходящих газов составляет 100-- 150 м3/мин, общий объем паров растворителей составляет 12--
20 т/сут. Выброс в атмосферу такого количества растворителей опасен для биосферы, не говоря уже о больших экономических потерях.
Поэтому при производстве поливинилового спирта осуществляется рекуперация растворителей. Периодический процесс (рис. 13.7) проводится в четыре стадии: адсорбция, десорбция, сушка и охлаждение.
Рис. 13.7. Схема рекуперации растворителей при производстве поливинилового спирта
Паровоздушная смесь с помощью газодувки 1 направляется в адсорбер 2, где проходит через неподвижный слой адсорбента толщиной более 0,6 м. Наилучшим адсорбентом для паров и газовых выбросов является активированный уголь. Отечественная промышленность производит несколько марок активированных углей: АР-А, АР-Б, АР-В.
При прохождении адсорбера пары растворителей адсорбируются на поверхности активированного угля, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. После насыщения адсорбента парами растворителей подача паровоздушной смеси в адсорбер прекращается, и начинается вторая стадия процесса, т. е. десорбция. В адсорбер с помощью газодувки 5 в течение 1,5--2 ч подается острый водяной пар с температурой 110--115 °С. Десорбированные пары растворителя вместе с парами воды конденсируются в холодильнике 3, куда они попадают, выйдя из адсорбера. Образовавшийся конденсат стекает в декантатор 4, где происходит расслоение жидкости -- смеси растворителей и воды.
Из декантатора вода сливается в оборотную систему водоснабжения, а смесь растворителей подается на ректификацию, где происходит их разделение и выработка индивидуальных продуктов, использующихся повторно в процессе синтеза поливинилового спирта. После завершения десорбции паров растворителей процесс переходит в третью стадию: активированный уголь сушат горячим воздухом с температурой 105--110 °С, подогрев которого осуществляют в калорифере 6. По окончании сушки в адсорбер подается охлажденный воздух с температурой не более 30 °С и наступает четвертая стадия процесса рекуперации -- охлаждение адсорбента.
Конечно, процесс рекуперации растворителей экономически оправдан только при большом количестве образующихся отходов, поскольку рекуперационная установка достаточно дорога, а сам процесс длителен и многостадиен. Поэтому он применяется только на крупных предприятиях. На предприятиях, где количество образующихся отходов ЛВЖ невелико, преобладает огневой метод их обезвреживания.
Сжигание отходов растворителей должно проводиться либо в специальной установке на территории предприятия, либо по согласованию с местными органами санитарного и пожарного надзора на специально отведенных полигонах. При уничтожении отходов ЛВЖ удобно использовать передвижную турбобар-ботажную установку "Вихрь". При этом необходимо тщательно соблюдать нормы техники безопасности, так как многие растворители не только легко воспламеняются, но их пары образуют с воздухом взрывоопасные смеси.
Некоторые виды растворителей и других летучих продуктов можно сжигать только на установках с полной очисткой дымовых газов. К ним относятся соединения, содержащие ртуть, свинец, мышьяк, кремний, марганец, фосфор, галогены (хлор, бром, иод, фтор), нитросоединения, амины, цианиды и др.
Поскольку в промышленности широко используются хлор-содержащие растворители, кратко остановимся на особенностях их утилизации. Наибольшее распространение имеют дихлорэтан, четыреххлористый углерод, трихлорэтилен и дихлорпропилен.
В технологии утилизации отходов этих растворителей так же, как и других хлорорганических продуктов, используются различные схемы сжигания с улавливанием образующегося хлористого водорода и производством товарной соляной кислоты, что объясняется сравнительно невысокой стоимостью процесса и наиболее эффективным обезвреживанием токсичных веществ.
При обычном сжигании хлорсодержащих растворителей образуется хлор, являющийся высокотоксичным газом, улав ливание которого представляет значительные трудности. Для исключения образования элементарного хлора необходимо сжигать пары таких растворителей совместно с природным газом, что позволит увеличить выход хлористого водорода и, следовательно, товарной соляной кислоты. Это можно проследить на примере сжигания трихлорэтилена. В первом случае, когда сжигание происходит только в среде воздуха, реакция протекает по уравнению:
СНС1 = СС12 + 202 -» 2С02 + НС1 + С12,
т. е. в результате реакции образуются и хлористый водород, и чистый хлор.
Во втором случае при сжигании в среде метана из одной молекулы трихлорэтилена образуются три молекулы соляной кислоты, а газообразный хлор не выделяется вовсе:
СНС1 = СС12 + 3,502 + СН4 -» ЗС02 + ЗНС1 + н2о.
Процесс проводят при температуре 1000--1700 °С. Коэффициент избытка воздуха не должен превышать 1,1--1,2, так как при большем значении часть газообразного хлора, не превращаясь в НС1, улетает вместе с дымовыми газами. При коэффициенте избытка воздуха более 1,5 образуется чрезвычайно токсичное вещество -- фосген (СОС12), относящийся к боевым отравляющим веществам. Опасная для жизни концентрация фосгена составляет 450 мг на 1 м3 воздуха.
Существуют и другие способы утилизации хлорсодержащих растворителей, такие как адсорбция на углях, ректификация, ионный обмен, адсорбция на молекулярных ситах. Но все они сложны, малопроизводительны и вследствие этого дороги.
Растворители в быту и технике
В наши дни органические растворители можно найти в любом доме. Кому не приходилось пятновыводителем удалять пятна жира или смолы с одежды? Все лаки, многие клеи, например резиновый, также содержат различные органические растворители. При наличии некоторого опыта можно уже по запаху сказать, какое именно вещество служит в этих смесях растворителем. Органические растворители требуются почти на любом производстве. Жиры и масла извлекают из растений растворителями. Производство пластмасс, текстильная и лакокрасочная промышленность потребляют растворители в огромных количествах. Так же обстоит дело в производстве лекарственных препаратов и косметики, во многих других отраслях хозяйства. С некоторыми главными растворителями, например бензином и спиртом, многим наверняка приходилось встречаться.
При оценке растворителя играют роль многие факторы. Прежде всего, конечно, важно, какие вещества в нем хорошо растворяются. Так, в спирте прекрасно растворяются многие смолы, лекарственные и косметические средства, тогда как жиры и парафин растворяются в нем очень плохо. Кроме того, при сопоставлении растворителей существенную роль играют их горючесть, температура кипения, токсичность и, не в последнюю очередь, стоимость. Следующие опыты проведем с несколькими соединениями, которые особенно часто применяются в качестве растворителей.
Тетрахлорметан - негорючий растворитель
Если в метане все четыре атома водорода заместить хлором, то получится тетрахлорметан (четыреххлористый углерод). Тетрахлорметан представляет собой жидкость, которая кипит при 76 °С и имеет плотность 1,593 г/см3. Таким образом, он намного тяжелее воды и почти не смешивается с ней. Тетрахлорметан превосходно растворяет смолы, жиры и т. д. и имеет перед другими растворителями большое преимущество: он не горит. Напротив! Его тяжелые пары подавляют пламя, благодаря этому его используют в огнетушителях.
В следующем опыте смешаем 2 мл тетрахлорметана с 1,5 г цинковой пыли. Последняя представляет собой очень мелкий порошок, который получается при конденсации паров цинка. К смеси добавим еще столько жженой магнезии или оксида цинка, чтобы получилась паста средней вязкости.Поместим ее на кусок листового железа или в железный тигель и на открытом воздухе нагреем на голом огне до 200 °С. При этом начинается бурная реакция, приводящая к повышению температуры смеси выше 1000 °С. Одновременно выделяется густой дым. Тетрахлорметан и цинк реагируют с образованием хлорида цинка:
2Zn + CCl4 = 2ZnCl2 + C
Хлорид цинка при высокой температуре испаряется и образует туман, притягивая воду из воздуха. Другие металлы, особенно железо, тоже медленно реагируют с тетрахлорметаном. Поэтому он способствует коррозии и не годится в качестве растворителя лаков для металла и тому подобных целей. Тетрахлорметан довольно ядовит. Вдыхание его паров в малых дозах оказывает наркотическое действие, а в больших дозах или при так называемом хроническом отравлении приводит к тяжелым поражениям печени. Поэтому при работе с тетрахлорметаном нужна осторожность! Надежная вентиляция исключит накопление паров тетрахлорметана в воздухе.
Пропанон растворяет жир
Следующим важным представителем группы растворителей является пропанон (ацетон). При сухой перегонке древесины мы получили кальциевую соль уксусной кислоты - "серый древесноуксусный порошок". Тот, кто не проводил этого опыта, легко может приготовить указанную соль путем нейтрализации разбавленного раствора уксусной кислоты (столового уксуса) карбонатом или гидроксидом кальция.
Для получения ацетона поместим несколько граммов древесноуксусного порошка в пробирку из тугоплавкого стекла. Пробирку закроем резиновой пробкой, в отверстие которой вставлена изогнутая стеклянная трубка. Эту трубку охладим с помощью свинцового змеевика. Приемником может служить пробирка, погруженная в ледяную воду. Из-за огнеопасности продукта отводная трубка должна быть не слишком короткой, чтобы расстояние между пламенем и приемником было как можно больше. Кроме того, учтем, что опыт можно проводить только в вытяжном шкафу или на открытом воздухе.
Сильно нагреем пробирку с порошком горелкой Бунзена. Выделяются пары, и в приемнике конденсируется подвижная жидкость, которая в зависимости от степени чистоты исходной соли имеет окраску от желтой до коричневатой. Она состоит, главным образом из ацетона, применяемого в качестве растворителя жиров: В превосходных свойствах этого растворителя легко убедиться, растворяя небольшие количества жира, воска, лака и других органических веществ. Многие пластмассы тоже растворяются в ацетоне или по крайней мере набухают в нем. Попробуйте обработать им кусочек целлулоида, полистирола или другой пластмассы. Что и говорить - отличный растворитель, к тому же, в отличие от тетрахлорметана, он не вызывает коррозии. Зато очень легко воспламеняется. Чтобы убедиться и в этом, нальем чуть-чуть в чашку и подожжем, осторожно приближая источник огня.
В чистом состоянии ацетон (пропанон) - бесцветная жидкость, кипящая уже при 56,2 °С и имеющая своеобразный, не лишенный приятности запах. Раньше его получали большей частью путем сухой перегонки серого древесноуксусного порошка, а в наши дни производят различными методами, в том числе из уксусной кислоты при пропускании ее паров над катализатором, окислением изопропилового спирта и брожением крахмала под влиянием соответствующих бактерий. В последние годы ацетон получают одновременно с фенолом окольным путем - через стадию образования кумола - из газов нефтехимического производства. По своему химическому строению ацетон - простейший представитель алканонов (кетонов), родственных алканалям (альдегидам). В то время, как алканали, например метаналь или этаналь, содержат группу С=O на конце молекулы, у алканонов такая группа находится у "внутреннего", т.е. не у крайнего в цепи атома углерода.
Алканоны проявляют ненасыщенность в меньшей степени, чем алканали, и поэтому не обнаруживаются с помощью качественных реакций, характерных для алканалей. (Проверить!)
ПРОИЗВОДНЫЕ БЕНЗОЛА
Углеродный скелет органических соединений, которые мы рассматривали до сих пор, представлял собой прямые или разветвленные цепи. Немецкий химик Август Кекуле впервые открыл, что молекулы многих других органических соединений построены по типу кольца. Важнейшее кольцо (циклическое соединение углерода) - бензол - содержится в количестве 1-2% в каменноугольной смоле, из которой его и получают. Бензол - бесцветная жидкость, которая кипит при 80,2 °С и затвердевает при 5,5 °С. Для того, кто хранит свои реактивы в неотапливаемом помещении, замерзание бензола - признак того, что пора найти место потеплее для склянок с водными растворами, чтобы они не раскололись, когда начнет замерзать вода.
Бензол очень огнеопасен! Поместим несколько капель его на часовое стекло и осторожно поднесем горящую спичку. Бензол воспламенится раньше, чем пламя соприкоснется с жидкостью. Он горит коптящим пламенем, что указывает на высокое содержание углерода. Брутто-формула бензола - С6Н6. Таким образом, соотношение углерода и водорода у него такое же, как у этина. Действительно, бензол образуется из трех молекул этина при пропускании последнего через раскаленную железную или кварцевую трубку. Но мы ни в коем случае не будем проводить эту реакцию самостоятельно из-за опасности взрыва, который произойдет при попадании в трубку воздуха.
Несмотря на сходство в составе бензола и этина, их химические свойства совершенно различны. Применив бромную воду или реактив Байера, мы легко докажем, что бензол не вступает в реакции, типичные для ненасыщенных соединений. Очевидно, это обусловлено его особым строением. Кекуле предложил для бензола формулу, которая содержит три двойных связи в шестичленном кольце. Однако в соответствии с новыми представлениями устойчивое строение бензола лучше объясняется тем, что "избыточные" валентные электроны, как показано в формуле, приведенной посередине, принадлежат всему кольцу, образуя единое "электронное облако": Производные бензола, которых сейчас уже известно несколько сотен тысяч, образуются при введение в кольцо функциональных групп, а также в результате присоединения к бензольному кольцу дополнительных колец или углеродных боковых цепей. В следующих опытах мы получим и исследуем некоторые из простейших и одновременно важнейших в технике производных бензола.
Нитробензол из бензола
В отличие от углеводородов с открытой цепью, у которых это очень затруднительно, в ароматические углеводороды легко можно ввести нитрогруппу NO2. Для получения нитробензола нам понадобятся вначале 15 мл бензола, 20 мл концентрированной серной кислоты и 15 мл концентрированной азотной кислоты, а в конце опыта - вода и разбавленный едкий натр. Бензол очень ядовит; ни в коем случае нельзя вдыхать его пары. Прежде всего, подготовим все необходимое оборудование. Подберем колбу Эрленмейера вместимостью 125 мл с резиновой пробкой, в отверстие которой вставлена не слишком тонкая стеклянная трубка длиной около 50 см. Нам понадобятся также делительная воронка (вместимостью 150 мл), водяная баня и термометр со шкалой до 100 °С. Подготовим еще две кастрюли - одну с ледяной водой, а другую с водой, нагретой до 60 °С. Ввиду опасности попадания брызг в глаза, этот опыт - как и всегда при работе с концентрированными кислотами - можно проводить только в защитных очках!
В колбу Эрленмейера поместим сначала концентрированную серную кислоту и потом очень осторожно, все время слегка покачивая колбу, малыми порциями добавим азотную кислоту. Разогретую нитрующую смесь охладим, погрузив колбу в холодную воду. Затем вставим в колбу термометр и начнем постепенно добавлять бензол, непрерывно перемешивая жидкость в колбе стеклянной палочкой. Температура при этом не должна превышать 50-60 °С. Если она поднимется выше, то перед добавлением следующей порции бензола необходимо выдержать колбу в ледяной воде. Когда весь бензол будет добавлен, колбу с вертикально вставленной трубкой выдержим еще некоторое время в бане с теплой водой, температуру которой будем поддерживать от 50 до 60 °С, добавляя при необходимости более горячую воду. После этого перенесем содержимое колбы в делительную воронку. Мы обнаружим два слоя: верхний слой содержит нитробензол, а нижний - избыточную нитрующую смесь. Сольем эту смесь кислот, добавим в делительную воронку около 30 мл воды, сильно встряхнем и отделим нитробензол, который теперь, вследствие своей большой плотности, образует уже нижний слой. Для дальнейшей очистки его надо таким же образом промыть сильно разбавленным раствором едкого натра и в заключение еще раз водой.
Нитробензол - бледно-желтая жидкость с температурой кипения 210 °С и плотностью 1,203 г/см3 при 20 °С. Если во время опыта мы допустим чрезмерное повышение температуры, нитробензол будет окрашен сильнее из-за примеси динитробензола. Нитробензол очень ядовит (При попадании нитробензола на кожу пораженное место нужно обмыть спиртом, а затем теплой водой с мылом. - Прим. перев.). Нужно также остерегаться вдыхания его вредных паров с характерным сильным запахом горького миндаля. Хотя такой аромат нужен в парфюмерии, применять для этого нитробензол категорически запрещено из-за его токсичности. Обычно с той же целью используется безопасный бензальдегид, имеющий такой же запах.
Анилин - родоначальник красителей
Нитробензол для нас - так же, как и для химической промышленности - только промежуточный продукт. Мы тоже двинемся дальше и получим из него путем восстановления анилин - родоначальник синтетических красителей (Эта реакция называется реакцией Зинина. Русский химик Н.Н. Зинин в 1842 г. впервые осуществил восстановление нитробензола в анилин при действии сернистого аммония. - Прим. перев.).Чтобы получить аминогруппу NН2, мы должны в нитрогруппе заместить кислород водородом. В промышленности нитробензол в настоящее время восстанавливают обычно в газовой фазе, пропуская его пары в смеси с водородом над медным катализатором. Мы, работая с малыми количествами, предпочтем более старый способ, при котором восстановление осуществляется в жидкой фазе водородом в момент выделения - на латыни это in statu nascendi. Для этого получим водород действием соляной кислоты на железные опилки или, лучше, на гранулированный цинк или олово. Проведем опыт следующим образом. В колбу Эрленмейера - такую же, как при получении нитробензола - поместим 10 г нитробензола и 15 г железных опилок или гранулированного цинка. Вначале добавим 5 мл концентрированной соляной кислоты и тотчас закроем колбу пробкой, в которую вертикально вставлена стеклянная трубка. При осторожном встряхивании начнется бурная реакция. При этом колба разогревается, и ее надо охладить умеренно холодной водой - так, чтобы реакция все же не остановилась совсем. Время от времени будем вынимать пробку с трубкой и добавлять еще 5-8 мл соляной кислоты. Когда мы добавим всего 50 мл соляной кислоты, подождем, пока реакция затихнет, и в вытяжном шкафу или на открытом воздухе будем греть колбу с той же стеклянной трубкой на водяной бане от 30 минут до часа. В заключение разбавим реакционную смесь водой и для нейтрализации кислоты добавим раствор кальцинированной или питьевой соды (гидрокарбоната натрия) до щелочной реакции. Для этого смесь из колбы перенесем в химический стакан и прильем сначала воду, а затем - указанный раствор. Выделится коричневая жидкость со своеобразным запахом. Это и есть анилин, который можно отделить осторожной декантацией. Лучше, хотя и хлопотнее, выделить его перегонкой с водяным паром. Внимание! Анилин - очень сильный яд, который положено хранить только закрытым и с надписью "яд". При работе с анилином нужно остерегаться вдыхания его паров. Лучше всего - так же, как и диэтиловый эфир, - хранить анилин только в виде разбавленного спиртового раствора. Анилин послужил исходным веществом для производства первых синтетических органических красителей. Очень давно Рунге открыл первый анилиновый краситель, который и сейчас еще используется для обнаружения анилина.
Несколько капель анилина смешаем с 10 мл воды и добавим отфильтрованный водный раствор хлорной извести. Интенсивное фиолетовое окрашивание объясняется образованием красителя, сложное строение которого явилось трудной головоломкой даже для химиков XX века. Сохраним анилин для следующих опытов и заметим в заключение, что большинство красителей в наши дни получают не из анилина, а из других соединений.
Фенол тоже был впервые обнаружен Рунге в каменноугольной смоле. Он представляет собой ароматическое соединение с гидроксильной группой и, следовательно, подобен алканолам. Однако, в отличие от алканолов, фенол имеет слабокислую реакцию и легко взаимодействует со щелочами с образованием фенолятов. Поэтому его можно растворять в щелочах.
Мы уже получили родственные ему крезолы при сухой перегонке древесины и полукоксовании бурого угля. Это можно доказать, добавив к вытяжке древесного дегтя или буроугольной смолы и подсмольной воде раствор хлорида железа(III). Фенол и родственные ему вещества дают при этом окраску от синей до сине-фиолетовой. Правда, для вытяжек смолы и дегтя эта окраска может маскироваться их собственной коричневой окраской. Чистый фенол - твердое вещество, которое плавится при 40,8 °С и кипит при 182,2 °С. При 16 °С он растворяется в 12 частях воды, причем полученный раствор окрашивает лакмусовую бумажку в красный цвет. (Проверить!) В свою очередь, фенол тоже растворяет в себе некоторое количество воды и становится жидким, даже когда в нем растворено только 5% воды! Если мы добавим к твердому фенолу воду, то получим сначала жидкий раствор воды в феноле, а при дальнейшем добавлении воды - раствор фенола в воде. В связи с ростом производства пластмасс фенол стал одним из важнейших промежуточных продуктов химической промышленности. Мировое производство его сейчас, по-видимому, достигает почти 200 000 т в год. В ГДР значительное количество фенола получается при полукоксовании бурого угля. Кроме того, все больше фенола производится путем синтеза. При введении в бензольное кольцо двух или трех групп ОН образуются многоатомные фенолы. Они являются сильными восстановителями и поэтому применяются в качестве проявителей в фотографии, как, например, гидрохинон. Трехатомный фенол - пирогаллол - легко поглощает даже кислород воздуха.
Толуол - производное бензола, в котором один атом водорода замещен метильной группой. Эта жидкость сходна по свойствам с бензолом; она применяется как растворитель, а также для производства взрывчатых веществ. При введении трех нитрогрупп толуол превращается в тринитротолуол - одно из самых мощных взрывчатых веществ. Крезолы, образующиеся в больших количествах при полукоксовании, тоже являются производными толуола, содержащими группу ОН. Они, таким образом, соответствуют фенолу.
Упомянем нафталин - это простейший представитель углеводородов с несколькими кольцами. В нем у обоих бензольных колец имеются два общих атома углерода. Такие вещества называют конденсированными ароматическими соединениями.
В каменноугольной смоле содержится почти 64% нафталина. Он образует блестящие кристаллические пластинки, которые плавятся при 80 °С и кипят при 218 °С. Несмотря на это, нафталин быстро испаряется даже при комнатной температуре. Если оставить кристаллики нафталина на несколько дней открытыми, то они заметно уменьшатся и в помещении появится резкий запах нафталина. Нафталин раньше входил в состав большинства средств против моли. Теперь для этой цели его все чаще заменяют другими веществами, имеющими менее навязчивый запах и не столь ядовитыми. В промышленности из нафталина в больших количествах производится фталевая кислота - исходное вещество для получения ценных красителей. Позднее мы получим некоторые красители самостоятельно.
В заключение приведем еще пример гетероциклического соединения. Гетероциклическими называют вещества, содержащие в кольце не только атомы углерода, но и атомы других элементов (один или несколько атомов кислорода, азота или серы). К этому необычайно обширному ряду соединений относятся важные природные вещества, например индиго и морфин, а также фрагменты молекул некоторых аминокислот. Рассмотрим фурфурол. Мы видим, что его молекула содержит пятичленное кольцо из четырех атомов углерода и одного атома кислорода. Судя по боковой цепи, можно сказать, что фурфурол представляет собой гетероциклический алканаль.
Получим фурфурол из отрубей
50 г отрубей поместим в коническую или круглодонную колбу и смешаем их со 150 мл 10-15%-ного раствора серной кислоты. Отгоним из колбы около 100 мл жидкости. В ней содержится около 1 г растворенного фурфурола. Извлечем его из дистиллята эфиром или тетрахлорметаном и органический растворитель упарим в вытяжном шкафу. Далее проведем только две простые качественные реакции. В первом опыте к пробе полученного раствора добавим несколько капель соляной кислоты и немного анилина. Уже на холоду возникает ярко-красная окраска.
В следующем опыте к исследуемому раствору снова добавим соляную кислоту и несколько крупинок флороглюцина (это трехатомный фенол). При кипячении появится вишнево-красная окраска. При кипячении с разбавленными кислотами определенные типы сахаров - пентозы - образуют фурфурол. Пентозы содержатся в отрубях, соломе и т. д. и могут быть обнаружены приведенными выше методами.
Этими несколькими (из 800000!) примерами пока закончим наше краткое путешествие в мир органических соединений. В следующих главах обратимся к некоторым наиболее важным областям применения органической химии.
Список литературы
растворитель и пластификатор полимерный связующий
1.едоуз Д. X., МедоузД. Л., Рандерс Й. За пределами роста. -- М.: Прогресс, 1994.
2.Луканин В. Н„ Трофименко Ю. В. Экологически чистая автомобильная энергоустановка: понятие и количественная оценка // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Автомобильный и городской транспорт. -- 1994. Т. 18.
3.Небел Б. Наука об окружающей среде: как устроен мир.: В 2 т. -- М.: Мир, 1993.
4.Серов Г. П. Экологическая безопасность населения и территорий Российской Федерации (Правовые основы, экологическое страхование и экологический аудит).-- М.: Издательский центр Аккил, 1998.
5.Лапин В. Л., Мартинсен А. Г., Попов В. М. Основы экологических знаний инженера.-- М.: Экология, 1996.
6.Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник. -- М.: Мысль, 1990.
7.Seiffert U., Walzer P. The Future for Automotive Technology. --' London:'Frances Pinter, 1984.
8.Алексеев Г. H. Общая теплотехника. -- М.: Высшая школа, 1980.
9.Хейвуд Р. У. Термодинамика неравновесных процессов. -- М.: Мир, 1983.
10.Звонов В, А. Образование загрязнений в процессах сгорания. -- Луганск: Изд-во Восточноукраинского государственного университета, 1998..
11.Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов / Луканин В. Н., Морозов К. А., Хачиян А. С. и др.; Под ред. В. Н. Луканнна.-- М.: Высшая школа, 1995.
12.Теплотехника / В. Н. Луканин,-М. Г. Шатров, Г. М. Камфер и др.; Под ред. В. Н. Луканнна. -- М.: Высшая школа, 1999.
13.Бабков В. Ф. Автомобильные дороги. 3-е изд. перераб. и доп. -- М.: Транс порт, 1983.
14.Немчинов М. В., Шабуров С. С., Пашкин В. К. и др. Экологические Проблемы строительства и эксплуатации автомобильных дорог. В 2-х ч. / Под ред. М. В. Немчинова:-- Москва-Иркутск, 1997.
15.Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии: В 2-х кн.: Кн. 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. 2-е изд. -- М.: Химия, 1995. Кн. 2. Массообменные процессы и аппараты. -- М.: Химия, 1995.
16.Образование и разложение загрязняющих веществ в пламени. Пер. с англ. / Ред. Н. А. Чигир. -- М.: Машиностроение, 1981.
17.Охрана окружающей среды в строительстве. / В. П. Журавлев и др. -- М.: Изд-во АСВ, 1995. -- 328 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Общая характеристика нефтяных растворителей. Нефтяной растворитель Нефрас С2–80/120. Меры безопасности при работе. Транспортировка нефтяных растворителей. Расчет затрат на качество высшего руководства, на качество внутренних потерь на диаграмме Парето.
курсовая работа [379,9 K], добавлен 25.01.2014Исходные данные для проектирования комплекса производств лакокрасочных материалов и растворителей общей мощностью 7000 т/г. Основание для разработки исходных данных и общие сведения о технологии. Описание принципиальных технологических схем производства.
курсовая работа [83,8 K], добавлен 17.02.2009Виды и схемы переработки различных видов древесного сырья: отгонка эфирных масел, внесение отходов в почву без предварительной обработки. Технология переработки отходов фанерного производства: щепа, изготовление полимерных материалов; оборудование.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 13.12.2010Характеристика современного состояния нефтегазовой промышленности России. Стадии процесса первичной переработки нефти и вторичная перегонка бензиновой и дизельной фракции. Термические процессы технологии переработки нефти и технология переработки газов.
контрольная работа [25,1 K], добавлен 02.05.2011Назначение и описание процессов переработки нефти, нефтепродуктов и газа. Состав и характеристика сырья и продуктов, технологическая схема с учетом необходимой подготовки сырья (очистка, осушка, очистка от вредных примесей). Режимы и стадии переработки.
контрольная работа [208,4 K], добавлен 11.06.2013Получение органических соединений, материалов и изделий посредством органического синтеза. Основные направления и перспективы развития органического синтеза. Группы исходных веществ для последующего органического синтеза. Методика органического синтеза.
реферат [1,6 M], добавлен 15.05.2011Применение техногенных отходов различных химических и нефтехимических производств в технологии получения полимерных композиционных материалов. Получение низкомолекулярных сополимеров (олигомеров) из побочных продуктов производства бутадиенового каучука.
автореферат [549,3 K], добавлен 28.06.2011Поточная схема переработки нефти по топливному варианту. Назначение установок АВТ, их принципиальная схема, сырье и получаемая продукция. Гидрогенизационные процессы переработки нефтяных фракций. Вспомогательные производства нефтеперерабатывающего завода.
отчет по практике [475,9 K], добавлен 22.08.2012Разработка установки для переработки отходов слюдопластового производства на слюдяной фабрике в г. Колпино. Образование отходов при производстве слюдопластовой бумаги. Продукт переработки отходов - молотая слюда флогопит. Расчет топочного устройства.
дипломная работа [7,8 M], добавлен 24.10.2010Требования к печатным краскам, их состав, применение растворителей, технология приготовления. Печатные краски, предназначенные для плоской, глубокой, флексографской, высокой и трафаретной печати. Особенности красок для тампонной и струйной печати.
реферат [371,0 K], добавлен 23.10.2011
