Лабораторна робота № 9.

1. ТЕМА: Одержання синтетичних жирних кислот.

2. МЕТА: Одержати в лабораторних умовах синтетичні жирні кислоти, визначити вихід продукту і скласти матеріальний баланс процесу окислення парафіну

Аліфатичні монокарбонові кислоти С5-С6 використовуються парфумерною промисловістю для одержання бутилових, пентилових і інших ефірів, кислоти С7-С9 є сировиною для виробництва пластифікаторів, на основі кислот С10-С16 одержують туалетне мило, що дає можливість виключити із його рецептури імпортне кокосове масло, а кислоти С17-С20 і вище використовують у виробництві господарського мила.

Одним з найпоширеніших методів одержання цих кислот є рідко фазне окиснення твердих парафінів. При окисненні твердих парафінів в результаті основних і побічних реакцій кінцевий продукт представляє собою складну суміш жирних кислот, спиртів, оксикислот, лактонів, карбонільних сполук і неокиснених вуглеводнів. Розділення цих продуктів і одержання їх в товарному вигляді є великим і складним технологічним завданням.

Процес рідкофазного окиснення парафіну - киснем повітря протікає в присутності каталізатора - сполук марганцю (наприклад, перманганату калію), а також солей низькомолекулярних карбонових кислот. Марганцево-калієвий каталізатор грає при окислені парафіну подвійну роль.

На початковій стадії окиснення він прискорює процес, ініціюючи ланцюгову реакцію. В процесі реакції марганцево-калієвий каталізатор, розчинений у окисненому парафіні прискорює і регулює процес подальшого розкладу гідропероксидів і тим самим сприяє швидкому утворенню жирних кислот і мінімальному накопиченню побічних продуктів. Суттєвий вплив на швидкість окиснення і склад оксиду справляє кількість введеного каталізатора. Концентрація каталізатора КМпО4 складає 0,2-0,3 %.

Більш ефективним є гомогенний каталізатор, який представляє собою марганець-натрієві або марганець-калієві солі синтетичних жирних кислот. В якості сировини для одержання компонентів каталізатора використовують 25%- вий розчин сульфату марганцю, 40 %-вий розчин гідроксиду натрію і фракцію синтетичних жирних кислот С5-Сб. Зі зміною концентрації каталізатора в реакційній суміші вихід кислот змінюється. На швидкість процесу рідко фазного окиснення парафіну великий вплив має температура. Реакція окиснення парафіну екзотермічна, на 1 кг перетвореного парафіну виділяється 2090 кДж. Тому для запобігання підвищення температури процесу виділене тепло необхідно відводити.

На початку процесу, коли карбонові кислоти тільки накопичуються, підтримується температура 125-130 °С, а потім її знижують до 105 °С; тривалість окиснення складає 18-24 год. Процес проводиться до ступеня окиснення парафіну не більше 30-35 %, що відповідає кислотному числу 70 мг КОН на 1 г оксидату.

В промисловості окиснення проводять при атмосферному тиску в реакторі барботажного типу. Повітря подається в нижню частину колони через розподільчий пристрій з великим числом дрібних отворів (діаметром 1-2мм). Швидкість подачі повітря складає 66-70 м3/год на 1 т парафіну (лінійна швидкість 0,1 м/с). Збільшення швидкості подачі повітря не впливає на співвідношення продуктів реакції, але при цьому зростає кількість речовин, що виносяться повітрям.

Процес окиснення твердого парафіну у вищі жирні кислоти має суттєві недоліки, які полягають у малій продуктивності, періодичності і утворенню великої кількості побічних продуктів.

Хімізм процесу.

1. Стадія окислення парафіну

2. Стадія омилення окисленого парафіну

3. Стадія розкладу солей

3. РЕАКТИВИ І ОБЛАДНАННЯ

3.1. Парафін, каталізатор — КМпО4 кисень, 5%-вий розчин NаОН, 10%-вий розчин НСl, фенолфталеїн.

3.2. Установка рідкофазного окиснення парафінів (рис. 1), балон з киснем, колби конічні місткістю 100 см3.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Синтетичні жирні кислоти одержують на установці, схема якої редставлена на рис. 1. Вона складається із чотирьохгорлої колби-реактора 1, оснащеної мішалкою 2, зворотнім холодильником 4 і сифонною трубкою 5 для вводу кисню. Обігрів здійснюється за допомогою бані 7, заповненої силіконовим маслом. Подачу кисню здійснюють із балону або газометра через реометр 10 і регулюють затискачем 9. Перед початком роботи збирають установку, перевіряють роботу мішалки і включають подачу води в холодильник.

Рис. 1. Установка рідкофазного окислення парафінів:

1— колба-реактор; 2 - мішалка; З - мотор; 4 - холодильник; 5 - трубка для подачі кисню; 6- отвір для відбору проб; 7- баня з силіконовим маслом; 8- термометр; 9 - затискач або кран для регулювання подачі кисню; 10-реометр.

Нагрівають баню до необхідної температури. Режим роботи наступний: температура досліду 100-120 °С, швидкість подачі кисню 6-8 л/год, наважка каталізатора 0,2-0,3% від маси парафіну, тривалість окислення 1,5-2 год.

Проведення окиснення.

В реактор загружають 100 г парафіну і каталізатор КМпО4 - 0,2 г. Боковий відвід реактора після заповнення щільно закривають корком. Потім підставляють попередньо нагріту до необхідної температури баню під реактор і включають перемішування. Через 5-7 хв., коли температура в реакторі досягне заданої, починають подачу кисню і регулюють її затискачем 9. Цей момент рахується часом початку досліду окиснення. Після 1,5-2 год. окиснення заміряють об'єм оксидату. До одержаного продукту додають 100 мл 5%-вого розчину NаОН і далі нагрівають. Потім додають 50-80 мл води і фільтрують розчин солей карбонових кислот через фільтр. До розчину солей карбонових кислот додають 100 мл 10 %-вого розчину НСІ і відфільтровують через паперовий фільтр. Фільтр з осадом поміщають у колбу, додають 10 мл води і 3-4 краплі фенолфталеїну і титрують до появи рожевого забарвлення.

Розрахунок проводять на стеаринову кислоту.

Контрольні питання

1. Як залежить використання синтетичних жирних кислот від величини вуглецевого ланцюга?

2. В чому полягає принцип рідкофазного окиснення парафінів?

3. Які каталізатори використовуються при рідкофазному окисленні парафінів киснем повітря?

4. Гомогенний і гетерогенний каталіз. Визначення, каталізатори, класифікація, механізм дії.

5. Які недоліки процесу окиснення твердого парафіну в синтетичні жирні кислоти?

Література

1. Капкин В.Д., Савинецкая Г.А., Чапурин В.И. Технология органического синтеза -- М.: Химия, 1987.

2. Несмеянов А.Н., Несмеянов. И.А. Начала органической химии. кн.1 - М.: Химия, 1969.

3. Петров