Химия и технология сырья и мономеров

Введение. Растительное сырье.

Кукурина Ольга Сергеевна

Химическая промышленность

отрасль промышленности, включающая производство продукции из углеводородного, минерального и другого сырья путём его химической переработки.

Крупнейшие химические компании мира

Компания, штаб-квартира

Объём продаж в 2005,

млрд. долл.Место

BASF AG,Людвигсхафен, Германия

53,2 1

Dow Chemical,Мидланд, США 46,3 2

Shell Chemicals,Нидерланды/Великобритания

35,0 3

Bayer AG,Леверкузен, Германия

34,1 4

INEOS,Линдхёрст, Великобритания

33,0 5

Крупнейшие химические компании России

Компания, штаб-квартира

Объём продажмлрд. руб. Специализация

Сибур Холдинг (Москва) 173,5 (2008, МСФО) Нефтехимия

Салаватнефтеоргсинтез (Салават, Башкортостан)

85,3 (2008, РСБУ) Нефтехимия

Нижнекамскнефтехим (Нижнекамск, Татарстан)

77,8 млрд руб. (2008 год, МСФО)

Синтетические каучуки

Еврохим (Москва) 73,1 (2009 год, МСФО)

Производство удобрений

Уралкалий (Березники, Пермский край)

62,8 (2008 год, МСФО)

Калийные удобрения

Акрон (Великий Новгород)

37,5 млрд руб. (2009 год, МСФО)

Минеральные удобрения

Структура химического комплекса в России

Технологическая последовательность получения полимеров:

Источник сырья -Земная кора

Сырье:древесина, уголь, газ,

нефть

Мономеры:

полимеризационные, поликонденсационные

Полимеры

Полимеризационные мономеры

Это непредельные соединения, содержащие двойные или тройные связи:

диены (бутадиен–1,3; изопрен - основа синтетического каучука), стирол.

вещества циклического строения

CH2H2CH2C

H2C

nэтилен полиэтилен

H CnH

On

H2C O

nформальдегид полиформальдегид

Мономеры для поликонденсации

содержат в молекулах функциональные группы, при этом реакция полимеризации сопровождается выделением низкомолекулярных веществ (Н2О, HCl, NH3 и др.). • Например, соединение с двумя разнородными

функциональными группами: аминокислоты   H2N - R - COOH    →   полиамиды оксикислоты      HO - R - COOH     →   полиэфиры;

• или два соединения, каждое из которых содержит одинаковые функциональные группы, способные взаимодействовать с группами другой молекулы:

двухатомные спирты и двухосновные (дикарбоновые) кислоты:

    HO-R-OH + HOOC-R`-COOH    →   полиэфиры. диамины и двухосновные кислоты:

  H2N-R-NH2 + HOOC-R`-COOH    →   полиамиды.

Сырье природные

материалы, используемые в производстве промышленной продукции.

По химическомусостоянию

По агрегатномусостоянию

ХИМИЧЕСКОЕСЫРЬЁ

твердое

газообразное

жидкое

неорганическое

органическое

По видамзапасов

возобновляемое

невозобновляемое

минеральное

Растительное и животное

Вода

Воздух

По происхождению

рудное

нерудное

горючее

Требования к сырью малостадийность производственного

процесса; агрегатное состояние системы; минимальное рассеяние подводимой

энергии; минимальные потери энергии с

продуктами; возможно более низкие параметры

процесса (температура, давление); максимальное содержание целевого

продукта в реакционной смеси.

По степени значимости сырье распределяется

Нефть и нефтепродукты. Газ (попутный и природный). Уголь. Растительное сырье.

Растительное сырье сельскохозяйственное (жиры,

масла, сахаристые вещества, крахмал)

лесохимическое

Жиры и масла пищевые растительные масла пальмовое масло технические масла животные жиры и китовый жир

Гидролизом различных триглицеридов получают природный глицерин и жирные кислоты.

Общая формула жиров – это смешанные триглицериды жирных кислот C16 иС18

где R, Rl, R2- радикалы жирных кислот. Наиболее часто в образовании жиров участвуют:

стеариновая CH3(CH2)16COOH, пальмитиновая (гексадекановая) С16 олеиновая СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН

кислоты.

H2C

HC

O

H2C

O

OC ROC

O

R1

OC R2

По происхождению природные жиры делят на

Животные имеют твердую или мазеподобную консистенцию и не способны к высыханию.

Растительные масла (кроме пальмовых) имеют жидкую консистенцию, многие из них способны к высыханию с образованием на поверхности твердых и эластичных пленок.

Разнообразие жиров и масел обусловлено

Многокомпонентным составом. Различием углеводородных

радикалов R, R1 и R2 в их составе. Эти радикалы могут быть насыщенными (их обозначают как S – от англ. saturated) и ненасыщенным (U – unsaturated).• Так, в соевом масле содержится 53,5 %

триглицеридов UUU, 36,5 % SUU, 6,0 % SUS, 1,8–1,9 % SSU и USU и 0,3 % USU.

Свойства жиров Животные жиры – твердые легкоплавкие

вещества легче воды (плотность 0,91–0,94 г/см3), плохо проводят тепло.

Большинство растительных масел – жидкости, застывающие ниже 0° С (подсолнечное – от –16 до –19° С, оливковое – от –2 до –6° С и потому оно легко замерзает), но известны и твердые (кокосовое, пальмовое, пальмоядровое, масло какао). Кипят масла при атмосферном давлении лишь при высокой температуре (порядка 300° С) и при этом разлагаются; их можно перегонять только в вакууме.

Жиры с более короткими углеродными цепочками, а также жиры, содержащие в этих цепочках двойные связи, более мягкие или жидкие, к последним относятся в основном растительные масла.

Производство. Растительные масла

Путем прессования или экстрагированием – растворением в нагретом органическом растворителе (бензин, спирт, гексан и т.п.) с последующей его отгонкой.

Если растительное масло подверглось только фильтрации, оно называется нерафинированным и в нем сохраняются полезные биологически активные вещества – витамины, фосфолипиды, стерины и др. После полной очистки, в том числе адсорбентами, получают осветленное рафинированное масло, в котором сохраняются в основном триглицериды.

Животные жиры Основным методом получения жиров

является вытапливание. Перед вытапливанием жировые ткани сортируют, промывают водой и измельчают.

При мокром методе жировую ткань обрабатывают водой и водяным паром в автоклаве под давлением до 34 атм.

При сухом методе жиры выплавляют на открытом огне или в обогреваемых котлах; испаряющаяся при этом влага удаляется в атмосферу или отсасывается.

Для улучшения качества получаемых жиров их подвергают дополнительной очистке путем отстаивания и рафинирования.

Гидролиз жиров осуществляют перегретым паром при 200–

225 °С и давлении 20–25 атм, либо в присутствии различных кислотных или щелочных катализаторов. При щелочном гидролизе образуются соли жирных кислот – мыла.

Гидролизом жиров получают также стеарин – полупрозрачную жирную на ощупь массу белого или желтоватого цвета.

Стеарин – это смесь твердых жирных кислот, среди которых преобладает стеариновая (обычно с примесью пальмитиновой и олеиновой), которая плавится в интервале 50–65 °С (в зависимости от состава).

Лесохимическое сырье Древесная целлюлоза - один из

наиболее многотоннажных продуктов «химического использования» древесины.

Состав древесины Органическое вещество – 99 %

• Целлюлоза;• Лигнин;• Гемицеллюлоза.

Неорганический остаток (зола) – Са, K, Na, Mg .и др Элементный состав:

• Углерод – 49 %;• Кислород – 44 %;• Водород – 6 %;• Азот – 0,1÷0,3 %.

Целлюлоза

природный полимер, полисахарид с общей формулой (С6Н10О5)n, где n=6000 ÷ 14000. Нерастворим в воде, органических растворителях.

OO O

O CH2OH

HO HO

O

HO HO

CH2OHO

CH2OH

OHOH

O

Лигнин полимер ароматической природы

(полифенол) сложного строения, содержащий больше углерода и меньше кислорода. Химически нестоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, в водных растворах сернистой кислоты и ее кислых солей.

Гемицеллюлоза Смесь полисахаридов пентозанов

(С5Н8О4)n и гексозанов (С6Н10О5)n , но с более короткими цепями молекул и меньшей стойкостью.

Способы получения целлюлозы

Кислотные (сульфитный и бисульфитный)

Щелочные (сульфатный и нейтральный) – наиболее распространенные.

Нейтральный – варочный раствор, содержит в основном моносульфиты, имеющие реакцию близкую к нейтральной.

Древесина

Целлюлоза

Кислотный

Щел

очно

й

Нейтральный

Дубильные вещества

Этанолдрожжи

Ванилин

Талловое масло Скипидар

БумагаНитроцеллюлоза,

простые и сложные эфиры

целлюлозыВискозное волокно

Гид

рол

из

гидролизная глюкоза,

лигнин

Фурфурол,

Этанол, дрожжи

Подсочка(надрезание

коры деревьев)

Живица

Канифоль Скипидар

a- Пиненb- Пинен

Моноциклические терпены

Сухая перегонка Древесный

уголь

Древесный уксус

Деготь

Газ

C5H10O5

O CHO

+ 3H2O

CHO

OHOCH3

Химические продукты, получаемые из древесины

Натуральный каучук Высокомолекулярный углеводород

(C5H8)n, цис- полимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи Hevea brasiliensis, кок-сагыза (разновидности одуванчика) и других растений.

Крахмал заключает в себе основные

энергетические ресурсы растений. Для выделения крахмала из картофеля

массу перетертого картофеля обрабатывают водой и отделяют крахмал отстаиванием или центрофугированием. в случае кукурузы ее сначала проращивают, ростки отделяют (получают кукурузное масло) и дальше обрабатывают водой.

6 10 5 2 6 10 6( ) диастазаnC H O nH O nC H O

6 10 6 2 5 22 2зимазаC H O С H OH H O