Лекции HTOV 1/SHFLH/Лекция 2

ИНГРЕДИЕНТИ ЗА ПРОЦЕСИ

Индустрията за органичен синтез се основава на три вида изкопаеми суровини: въглища, нефт и природен газ. Чрез обработка на която се получават пет основни групи изходни материали за синтеза на други съединения: парафини, олефини, ароматни въглеводороди, ацетилен, въглероден оксид и синтетичен газ (смес от CO и H2).

Парафините се разделят на по-ниски (от С1 до С5), получени поотделно, и по-високи (от С10 до С40), които обикновено са течни или твърди смеси от хомолози с различен брой въглеродни атоми.

Парафиновите въглеводороди от метан до бутан са газообразни вещества при нормални условия, пентаните са нискокипящи течности. Парафините до С16 при стайна температура са течности, над С16 са твърди вещества.

В хомоложната серия алкани температурите на кипене постепенно се увеличават, топят се­мързел, както и относителна плътност. Това ни позволява да прогнозираме действията на неизвестен член от поредицата, въз основа на свойствата на съседите му. Например, така kip. хексан 68,6 ° C, хептан 98,4 ° C. Време­единичен състав от една СН2 група води до увеличаване на скоростта­точка на кипене при 29,8 ° C (хомоложна разлика в температурата на кипене). Въз основа на това може да се изчисли, че точката на кипене на октана трябва да бъде 98,4 + 29,8

128 ° С; това в­приблизително с 2 ° C се различава от експериментално намерените. С това­Когато се изчислява, трябва да се има предвид, че хомологичната разлика­точки на кипене (както и ефекта от хомологията върху всички останали физически­константи) не остава непроменена: при по-висшите членове на серията промяната в състава на групата СН2 има относително по-малък ефект върху свойствата на молекулата. Разклонените верижни алкани варят при кипене­по-ниска температура от нормалните изомери на веригата.

В неполярните течности силите на Ван дер Ваалс действат между повърхностите на молекулите. Колкото по-голяма е молекулата и нейната повърхност, толкова по-силен е междинният мол­любопитно взаимодействие. Точките на кипене се увеличават с увеличаване на относителното молекулно тегло. Формата на разклонена молекула има тенденция да бъде сферична, нейната повърхност намалява и междумолекулата също намалява­полярни сили, които са по-лесни за преодоляване при по-ниски температури.

Точките на топене постепенно се увеличават с удължаване на въглеродната верига.

Плътността на всички алкани е по-малка от една. Те са практически неразтворими във вода, но разтворими­ние сме в етер и други органични разтворители. Метанът и етанът са почти без мирис, въглеводородите C3 - C15 имат добре познатата миризма на бензин или керосин, по-висшите членове на серията са­мирис поради ниска летливост

Способността на по-ниските парафини да се сорбират се увеличава с увеличаване на молекулното тегло на парафина, който се използва за разделяне на парафините С1, С2, С3 и С4 чрез адсорбция и десорбция.

Долните парафини образуват експлозивни смеси с въздух. Токсичността на по-ниските парафини не е толкова голяма в сравнение с други въглеводороди, но при постоянно вдишване наркотичните явления постепенно се развиват.

Химически алканите не са много активни, поради което са били наречени парафини (от лат. parum affinis - лишен от афинитет). Известният руски химик М. И. Коновалов (1858-1906) образно нарича парафини "чи­умствени мъртви "за тяхната пасивност.

Химичното поведение на наситените въглеводороди се определя от естеството и силата на връзките, присъстващи в техните молекули. Стабилността на връзката въглерод-въглерод (C-C) се дължи на ma­размера на въглеродния атом и неговата тетраедрична конфигурация­в състояние на sp 3 -хибридизация, което допринася максимално­концентрация на електронен заряд между ядрата. Силата на връзката въглерод-водород (C - H) се обяснява с факта, че по време на образуването си sp 3 -орбиталата на въглерода се доближава до ядрото на водородния атом, тъй като водородният атом, за разлика от атомите на други елементи­ченгетата нямат "вътрешни" електрони, които биха могли­изтласква електронния заряд на въглеродния атом. σ-връзка в молекула­lakh алканите са леко поляризирани поради близко електричество­целостта на въглерода и водорода (съответно 2,5 и 2,1). Поради това наситените въглеводороди са вещества, които са леко полярни и трудови­но поляризуем. Те не проявяват склонност към хетеролитична руптура. Атаки от нуклеофилни и електрофилни реагенти­са трудни, поради което парафините са устойчиви на йонни реактиви. Те не се влияят при нормални температури.­ни киселини (азотна, сярна и др.), разтопени и концентрични­основи, общи окислители (калиев перманганат, хром­смес). Метали, дори алкални метали, не изместват водорода от тези съединения. Тези свойства се използват на практика, за­например, алкалните метали се съхраняват в керосин, различни метали­личните продукти, за да ги предпазят от корозия, са покрити­се използват със смазочни масла, концентрирана сярна киселина и концентрирани основи се използват за рафиниране на петролни продукти­tov и други.

За наситени въглеводороди е възможно само хомолитично, радикално разкъсване на връзките, със заместване на водородни атоми, разцепване на въглеродния скелет (крекинг), частично или пълно окисление (горене). Всичко това определя обхвата на реакциите, на които са способни парафините; това е преди всичко радикални реакции на заместване, протичане при доста тежки условия (действие на светлина, висока температура и т.н.) реакция­връзки алканите не са способни. Това е техният принцип­различен от ненаситените въглеводороди.

Изолиране на долните парафини

Основният източник на по-ниски парафини (C1-C5) са природните и свързани газове, газ от газокондензатни полета, както и рафинериращите газове от рафиниращите процеси в присъствието на водород (риформинг).

Природните газове са тези, произведени от чисто газови находища. Понякога те съдържат големи количества въглероден диоксид, азот, хелий. Газовите кондензатни полета обикновено се характеризират с високо налягане и когато то намалява, се получава отделяне и се отделя газ и течен кондензат. Природният газ е полезно да се използва само като източник на метан. Свързаните газове са най-ценните за производството на парафини С3-С5. От въглеводородите С4 преобладава н-бутанът в свързаните газове (3-5 обема на 1 обем изобутан), а от С5 - н-пентанът (1,5-4,0 обема на 1 обем изопентан).

Свързани са газовете, отделяни заедно с петрола по време на производството му от нефтени кладенци. Някои от тези газове се разделят в сепаратори, докато други остават разтворени в маслото и се отделят, когато то се стабилизира, т.е. дестилация на летливи компоненти (стабилизиращи газове). Газове и леки фракции, отстранени от маслото (стабилизиращи газове) се състоят предимно от дъно­свободни парафинови въглеводороди C1-C5. Стабилизиращите газове са ценна химическа суровина; те могат да бъдат разделени на отделни въглеводороди и след това да бъдат преработени в различни органични продукти­iical синтез.

Типичният състав на различните газове е представен в табл. 1.1

Таблица 1.1 Състав на въглеводородните газове (в об.%)