Technologia związków organicznych.pdf

Technologia chemiczna organiczna zajmuje się wytwarzaniem produktów związanych z

codziennością: tworzyw sztucznych, kosmetyków, barwników, detergentów. Głównie przetwarza

się surowce kopalne oraz surowce naturalne (odnawialne).

W technologii chemicznej organicznej można wyodrębnić cztery zasadnicze kierunki przetwarzania

surowców:

- fizyko-chemiczny przerób surowców naturalnych: są to proste operacje fizyczne, którym poddaje

się rozmaite surowce naturalne np.: destylacja ropy, sucha destylacja węgla (otrzymujemy

produkty: gazowe, ciekłe i stałe (koks)), ekstrakcja cukru z buraków cukrowych.

- ciężka (wielka synteza organiczna): wytwarzanie niewielkiej liczby produktów ale na ogromną

skalę, miliony ton rocznie (etylen, metan, butadien). Produkty powstają w wyniku jednej lub dwóch

reakcji.

- lekka synteza organiczna: procesy prowadzone w skali średnio lub małotonażowej ale obejmujące

szeroki asortyment produktów o wysokim stopniu przetworzenia. Produkty powstają w wyniku

kilku lub kilkunastu operacji. W ten sposób powstają produkty o złożonej budowie (barwniki,

farmaceutyki (jeszcze nie lekarstwo).

- fizyczna obróbka produktów i półproduktów chemicznych w celu nadania im właściwości

finalnych produktów użytkowych np.: środki kosmetyczne, środki piorące, leki, tworzywa sztuczne.

Współczesny przemysł technologii organicznej bazuje na ropie naftowej. W USA i EWG (dwie

strefy) udział ropy naftowej w surowcach to 96-97[%]. Pierwszą gałęzią przemysłu chemicznego

organicznego są procesy związane z przetwórstwem węgla (w krajach o dużych zasobach węgla:

Niemcy, Anglia), (dawniej związane z przetwórstwem soli i siarki). Do rozwoju tego przemysłu

znacznie przyczyniły się wojny. W czasie I W. Św. produkowano na skalę przemysłową leki i

barwniki, II W. Św. to produkcja związków organicznych z surowców nieorganicznych. Rozwój

technologii chemicznej organicznej można podzielić na następujące etapy:

- era substytutów: koniec XIX początek XX wieku, powstanie pierwszych metod syntezy związków

organicznych, po raz pierwszy udało się otrzymać niektóre związki naturalne (Woehler: mocznik).

barwniki naturalne - barwniki syntetyczne

leki naturalne - leki syntetyczne

włókna naturalne - włókna syntetyczne

kauczuk naturalny - elastomery

mydło - syntetyczne środki piorące

papier, drewno, metale - tworzywa sztuczne

Syntezy pierwszego barwnika dokonał Perkin (chciał otrzymać chinolinę)

- era „follow-up”: podążanie za zapotrzebowaniem

- era jakości i zastosowań specjalnych: produkty hi-tec, specjalne zastosowania najwyższa jakość.

Ropa naftowa: jest na razie produktem łatwo dostępnym, jej stan skupienia ułatwia jej transport.

Ropa posiada wyższy stopień uwodornienia niż węgiel, spala się bez popiołu. Większa część z

wydobywanej ropy naftowej jest zużywana na produkcję paliw płynnych. W miarę wyczerpywania

się zasobów ropy naftowej coraz większym zainteresowaniem cieszyć się będzie przetwórstwo gazu

ziemnego. Coraz większą uwagę zwraca się na następujące czynniki:

- ochrona środowiska (w skali lokalnej i globalnej)

- emisja gazów cieplarnianych

- emisja związków chloru

Masowa produkcja wielu wyrobów (np. tworzyw sztucznych) sprawia, że powinna być możliwość

ich recyklingu (ponowne przetwórstwo). Jeżeli recykling nie jest możliwy produkty te powinny być

biodegradowalne, w związku z tym nie powinny zawierać szkodliwych dodatków np. benzyna

bezołowiowa. W przyszłości co raz większe znaczenie będzie miał rozwój nowych technik

fizycznych, produkcja produktów co raz mniej szkodliwych dla środowiska, rozwój biotechnologii:

wykorzystanie żywych komórek do syntezy (alkohol, antybiotyki) (na razie problemy z dużą

objętością reakcyjną, problemy z utylizacji odpadów, długie czasy trwania reakcji).

Technologia.

To sztuka wytwarzania po przez proces realizacji produktu. W skład technologii chemicznej

wchodzą następujące czynniki:

- reakcji chemicznych

- rozważań procesowych

O podjęciu produkcji przemysłowej decydują:

- ustalenie skali procesu i określenie jakości produktu

- dostępność surowców, materiałów i energii

- bezpieczeństwo procesów z uwzględnieniem właściwości produktów pośrednich i finalnych oraz

wymogów ekologicznych

- analiza ekonomiczna: koszt jednostkowy to koszt własny podzielony przez wielkość produkcji,

koszt własny jest sumą kosztów stałych i zmiennych. Koszty stałe to nakłady budowlane,

modernizacja aparatury (nie zależą od wielkości produkcji). Koszty zmienne zmieniają się ze

wzrostem produkcji (mogą rosnąć lub maleć; opakowania, transport, płace, substraty)

Zasady ekonomiczne.

Zasady najlepszego wykorzystania materiału, najlepszego wykorzystania energii, najlepszego

wykorzystania aparatury, umiaru technologicznego (dążenie do skrócenia czasów reakcji (kataliza),

prowadzenie procesów ciągłych).

Rodzaje procesów wytwarzania substancji chemicznych.

Zakłady produkujące jeden produkt wyposażone są w linię technologiczną czyli zespół urządzeń

do wytwarzania jednego produktu. Zakłady produkujące wiele produktów posiadają line

dedykowane. Linia dedykowana to zespół urządzeń do przeprowadzania jednego procesu, np. linia

do sulfonowania, linia do reakcji z substancjami toksycznymi.

Wykorzystanie surowców naturalnych.

SUROWCE NATURALNE

odtwarzalne

kopalne

surowce roślinne

zwierzęce

rośliny okopowe

rośliny zbożowe

drewno

rośliny włókniste

rośliny oleiste

kauczuk naturalny

białko roślinne

woski

inne

tłuszcze

białka

woski

węgiel kamienny

węgiel brunatny

torf

ropa naftowa

łupki bitumiczne

gaz ziemny

Rośliny okopowe.

Buraki cukrowe (sacharoza)(cukier), ziemniaki (skrobia)(mąka ziemniaczana) są źródłem

węglowodanów. Zadaniem procesów przetwarzania jest wyodrębnienie tych składników. W wyniku

tych procesów przetwarzamy skrobię i sacharozę na etanol, kwas octowy, kwas cytrynowy.

Cukier.

Jest jednym z ważniejszych produktów, jest otrzymywany w procesie czysto fizycznym.

BURAKI CUKROWE

ważenie, mycie, krajanie

wapień

wysłodki

ekstrakcja

wypalanie

defekacja

gaszenie

saturacja I

filtracja

saturacja II

filtracja

szlam

zatężanie

siarczynowanie

odwapnianie

gotowanie

krystalizacja

wirowanie

cukier I rzutu

cukier II rzutu

cukier III rzutu

melas

sok rzadki

rafinacja

zatężanie

defekacja

cukier rafinowany

Produkcja cukru z buraków cukrowych składa się z następujących etapów: krojenie buraków,

ekstrakcja cukru do wody (sok w burakach zawiera sacharozę oraz kwasy organiczne i

nieorganiczne), defekacja: to wytrącanie wymienionych kwasów za pomocą soli wapnia, saturacja:

związanie nadmiaru jonów wapnia (otrzymujemy sok rzadki: roztwór cukru w wodzie),

odwapnianie soku: na kolumnach jonowymiennych, siarczynowanie (nasycanie poprzedniego

roztworu SO 2 aby nie fermentował), zatężanie: otrzymujemy cukier I rzutu (biały, rafinowany),

cukier II rzutu (żółty, zawracany do zatężania), cukier III rzutu (zawracany do defekacji). Po

ekstrakcji zostaje melas: 20[%] wody, 80[%] innych substancji w tym: głównie sacharoza, 20[%]

inne substancje organiczne, 10[%] popiół. Cukier trzcinowy różni się od buraczanego, trzcinowy

zawiera heksazy i cukry pięcioczłonowe.

Melas

Poddajemy go: fermentacji, odcukrzaniu, wyodrębniamy z niego związki organiczne, kwasimy.

Fermentacja.

Melas zawiera głównie sacharozę, w wyniku fermentacji: otrzymujemy drożdże, etanol, kwas

cytrynowy, kwas octowy, kwas mlekowy. Melas najpierw rozcieńczamy, potem dodajemy pożywki

(fosforan amonu sprzyja rozwojowi drożdży), dodajemy szczepy drożdży, napowietrzamy, drożdże

zużywają sacharozę zawartą w melasie.

Etanol.

OH 2

C 6 H 12 O 6

zymaza

C 12 H 22 O 11

C 2 H 5 OH

CO 2

inwertaza

glukoza

fruktoza

(cukry proste)

Procesy te zostają przerwane powyżej stężenia etanolu 20[%] (giną drożdże).

Otrzymany w ten sposób etanol to etanol surowy, do produkcji dobrych trunków jest destylowany

nawet 10 krotnie.

Kwas octowy.

Fermentację alkoholu można prowadzić dalej:

C 2 H 5 OH

O 2 acetobacter

aceti

CH 3 COOH

OH 2

Stężenie roztworu alkoholu do produkcji kwasu octowego wynosi 10[%], z tego otrzymujemy

10[%] kwas octowy, który dalej zatężamy. Obecnie tą metodą otrzymuje się kwas octowy jedynie

do celów spożywczych. Do celów technicznych prowadzi się „chemiczną” syntezę kwasu

octowego.

Kwas cytrynowy:

C 12 H 22 O 11

OH 2

aspergilius

niger

HOOC

COOH

kwas cytrynowy

Jest stosowany jako środek konserwujący w przemyśle spożywczym, w przemyśle włókienniczym

(procesy farbiarskie; kwas cytrynowy jest biodegradowalny w przeciwieństwie do kwasów

mineralnych), produkcja taśmowych nośników magnetycznych (sole kwasu cytrynowego i Fe 2 O 3

tworzą kryształy, które ze względu na specyficzną budowę przestrzenną mają doskonałe

właściwości magnetyczne), kwas cytrynowy łatwo kompleksuje Fe 2 O 3 , ma to zastosowanie przy

odrdzewianiu.

Kwas mlekowy:

C 12 H 22 O 11

OH 2

COOH

kwas mlekowy

wykorzystywany jest w farmacji: substancje lecznicze to związki zasadowe, tworzą sole z kwasami

i w takiej postaci są używane, odkładanie się kwasów mineralnych w organizmie jest niekorzystne,

dlatego sole te przekształca się w sole kwasu mlekowego. Kwas mlekowy używany jest w

dentystyce, kompleksuje wapń, pozwala to dokładnie oczyścić powierzchnię leczonego zęba przed

założeniem plomby.

Odcukrzanie.

Odzyskiwanie sacharozy z melasu.

Wyodrębnianie związków organicznych.

Betaina (sól wewnętrzna aminokwasu).

drożdże piekarskie,

kwas cytrynowy, kwas mlekowy,

kwas glutaminowy, kwas octowy,

etanol, aceton, n-butaol

fermentacja

odcukrzanie

sacharoza

MELAS

wyodrębnianie

związków

chemicznych

betaina (CH 3 )N + CH 2 COO –

suszenie

lub kwaszenie

dodatek do pasz

Ziemniaki i rośliny zbożowe.

Zawierają skrobię (policukier). Pozyskiwanie skrobi jest jedną z metod przerobu ziemniaków i

surowców zbożowych. Krochmal (mączka ziemniaczana) jest wyodrębniany z ziemniaków:

- rozcieranie (niszczenie błon komórkowych, wydobycie soku komórkowego)

- ekstrakcja soku wodą

- sok poddaje się odstawaniu w odstojnikach, wydziela się zawiesina skrobi

- wydzielony krochmal przesiewa się przez sita (z jedwabiu)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: