Сложные эфиры

  Эфиры азотной кислоты. Их получают действием на спирты смеси азотной и концентрированной серной кислот. Метилнитрат СН₃ONO₂, (т. кип. 60° С) и этилнитрат C₂H₅ONO₂ (т. кип. 87° С) при осторожной работе можно перегнать, но при нагревании выше температуры кипения или при детонации они очень сильно взрывают.

  

   

     Нитраты этиленгликоля и глицерина, неправильно  называемые нитрогликолем и нитроглицерином, применяются в качестве взрывчатых веществ. Сам нитроглицерин (тяжелая  жидкость) неудобен и опасен в обращении.   

  Пентрит - тетранитрат пентаэритрита С(CH₂ONO₂)₄, получаемый обработкой пентаэритрита смесью азотной и серной кислот, — тоже сильное

взрывчатое  вещество бризантного действия.

  

  Нитрат глицерина и нитрат пентаэритрита обладают сосудорасширяющим эффектом и применяются как симптоматические средства при стенокардии.         

  Эфиры фосфорной кислоты - высококипящие жидкости, лишь очень медленно гидролизуемые водой, быстрее щелочами и разбавленными кислотами. Эфиры, образованные этерификацией высших спиртов (и фенолов), находят применение как пластификаторы пластмасс и для извлечения солей уранила из водных растворов.    

  Известны эфиры типа (RO)2S═O, но они не имеют практического значения.  

  Из алкилсульфатов - солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты производят моющие средства. В общем виде образование таких солей можно изобразить уравнениями:

  

  Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках.  

   

     Они и обладают прекрасными моющими  способностями. Принцип их действия тот же, что и у обычного мыла, только кислотный остаток серной кислоты лучше адсорбируется  частицами загрязнения, а кальцевые  соли алкилсерной кислоты растворимы в воде, поэтому это моющее средство стирает и в жесткой, и в  морской воде.  

1.6.2 Применение сложных эфиров органических кислот

  

  Наибольшее применение в качестве растворителей получили эфиры уксусной кислоты - ацетаты. Прочие эфиры (кислот молочной - лактаты, масляной - бутираты, муравьиной - формиаты) нашли ограниченное применение. Формиаты из-за сильной омыляемости и высокой токсичности в настоящее время не используются. Определенный интерес представляют растворители на основе изобутилового спирта и синтетических жирных кислот, а также алкиленкарбонаты. Физико-химические свойства наиболее распространенных сложных эфиров приведены в таблице (см. приложение). 

  Метилацетат СН₃СООСН₃. Отечественной промышленностью технический метилацетат выпускается в виде древесно-спиртового растворителя, в котором содержится 50% (масс.) основного продукта. Метилацетат также образуется в виде побочного продукта при производстве поливинилового спирта. По растворяющей способности метилацетат аналогичен ацетону и применяется в ряде случаев как его заменитель. Однако он обладает большей токсичностью, чем ацетон.  

  Этилацетат С₂Н₅СООСН₃. Получают методом этерификации на лесохимических предприятиях при переработке синтетической и лесохимической уксусной кислоты, гидролизного и синтетического этилового спирта или конденсацией ацетальдегида. За рубежом разработан процесс получения этилацетата на основе метилового спирта.  
     
 

     Этилацетат  подобно ацетону растворяет большинство  полимеров. По сравнению с ацетоном его преимущество в более высокой  температуре кипения (меньшей летучести). Добавка 15-20 % этилового спирта повышает растворяющую способность этилацетата  в отношении эфиров целлюлозы, особенно ацетилцеллюлозы.   

  Пропилацетат СН₃СООСН₂СН₂СН₃. По растворяющей способности подобен этилацетату.

  

  Изопропилацетат СН3СООСН(СН₃)₂. По свойствам занимает промежуточное положение между этил- и пропилацетат.

Амилацетат CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₂CH₃, т. кип. 148° С, иногда называют «банановым маслом» (которое он напоминает по запаху). Он образуется в реакции между амиловым спиртом (часто – сивушным маслом) и уксусной кислотой в присутствии катализатора. Амилацетат широко применяется как растворитель для лаков, поскольку он испаряется медленнее, чем этилацетат.  

 Фруктовые эфиры. Характер многих фруктовых запахов, таких, как запахи малины, вишни, винограда и рома, отчасти обусловлен летучими эфирами, например этиловым и изоамиловым эфирами муравьиной, уксусной, масляной и валериановой кислот. Имеющиеся в продаже эссенции, имитирующие эти запахи, содержат подобные эфиры.  

 Винилацетат CH₂=CHOOCCH₃, образуется при взаимодействии уксусной кислоты с ацетиленом в присутствии катализатора. Это важный мономер для приготовления поливинилацетатных смол, клеев и красок.

     Мыла  — это соли высших карбоновых кислот. Обычные мыла состоят главным  образом из смеси солей пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые  мыла, калиевые соли — жидкие мыла. 
 
 
 
 
 

Мыла  получаются при гидролизе жиров  в присутствии щелочей:

     Обычное мыло плохо стирает в жесткой  воде и совсем не стирает в морской  воде, так как содержащиеся в ней  ионы кальция и магния дают с высшими  кислотами нерастворимые в воде соли:  

 Ca²⁺ + 2C₁₇H₃₅COONa→Ca(C₁₇H₃₅COO)₂↓ + 2Na⁺  

     В настоящее время для стирки в  быту, для промывки шерсти и тканей в промышленности используют синтетические  моющие средства, которые обладают в 10 раз большей моющей способностью, чем мыла, не портят тканей, не боятся жесткой и даже морской воды.

                                           
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Расчет  материального баланса

 

     Составить материальный баланс реактора одностадийного дегидрирования н-бутана. Определить степень одностадийности процесса и состав контактного газа.

     Исходные  данные: производительность установки по бутадиену 

120 000 г/год;  расходный коэффициент по бутану на 1 т бутадиена 2,05; число часов работы установки в году 8200;

конверсия, %: н-бутана - 40; изобутана - 46; бутадиена - 40; состав свежей бутановой фракции, % (масс): изо-С₄Н_]0 - 0,6; н-С₄Н₁₀ - 99,0; С₅ и выше - 0,4,

состав  рециркулируюшей бутан-бутеновой фракции, % (масс): С₃Н₆ —0,1; С_зН₈ - 0,1; С₄Н₆ – 0,5; изо-С₄Н₆ - 5,0; н-С₄Н₈ - 45,0; изо-С₄Н₁₀ - 3,0; н-С₄Н₁₀ - 46,1; С₅ и выше — 0,2;

состав  продуктов разложения, % (масс): Н₂ - 5,0; СН₄ - 9,0; С₂Н₄ —5,0; С₂Н_б -5,2; С₃Н₆-9,3, С₃Н₈-4,2; С₄Н₆ - 52,0, изо-С₄Н₈ —4,0; н-С₄Н₈ - 1,3; С₅ и выше - 1,0; С в СО - 0,5; С в СО₂  - 0,5; кокс – 3,0.

     Решение:

Часовая производительность по бутадиену:

G = 120 000 • 1000/8200 = 14634,1 кг/ч.

Количество свежего  н-бутана:

G^св_н-C4H1o = Ga = 14634,1 • 2,05 = 30 000 кг/ч.

Загрузка реактора:

G³ = G^св_н-C4H1o/К_н-C4H1o = 30 000/0,4 = 75 000 кг/ч.

Количество рециркулирующего н-бутана:

G^рец = G³ - G^св_н-C4H1o = 75 000 - 30 000 = 45 000 кг/ч.

Количество свежей технической бутановой фракции:

G^св_т = G^св • 100/х^св _н-C4H1o = 30 000 • 100/99 = 30 303 кг/ч.

Количество   рециркулирующей   технической  бутан-бутеновой   фракции:

G^рец_т = G^рец • 100/ х^рец _н-C4H1o = 45 000 • 100/46,1 = 97 613,9 кг/ч.  
 
 

Загрузка реактора техническим сырьем:

G³_т = G^св_т + G^рeu_т = 30 303 + 97 613,9 = 12 7916,9 кг/ч.

Рассчитываем  состав и количество свежей и рециркулирующей  бутановой фракции {табл.1). 

Таблица 2.1. Состав и количество свежей и рециркулирующей бутановых фракций, загрузки реактора.