Производство уксусной кислоты реферат

Обновлено: 02.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Научно-исследовательская работа. Незаменимая.

1.1 Актуальность выбора темы об уксусной кислоте. 4-5

1.2 История открытия уксусной кислоты. 6

2.Свойства уксусной кислоты и её применение.7-10

3.Методика проведения химического эксперимента по изучению свойств уксусной кислоты. Домашний химический эксперимент. 11-13

3.1 Качественное определение уксусной кислоты.

3.2 Растворение накипи в сосудах.

3.3Гашение соды уксусной кислотой.

3.4 Реакция уксусной кислоты с металлическим натрием.

3.5 Нейтрализация уксусной кислоты щелочами.

3.6Получение эфира уксусной кислоты.

3.8 Получение ацетата натрия (горячий лёд).

4.Заключение и выводы по проделанной работе. 14

5.Используемая литература. 15

Цель работы: собрать сведения об истории открытия уксусной кислоты, изучить физические и химические свойства и области применения уксусной кислоты.

Задачи работы:

1. Изучениелитературных источников об уксусной кислоте.

2. Проведение домашних и лабораторных экспериментов.

Предмет исследования: уксусная кислота и её растворы.

Гипотеза: кислоты могут быть другом и врагом для человека.

Методы исследования: анализ информационных ресурсов, проведение домашних и лабораторных исследований физических и химических свойств уксусной кислоты

В повседневной жизни мы встречаемся с самыми разными и по назначению, и по составу, и по внешнему виду веществами. На первый взгляд кажется, что все они нам хорошо знакомы. Но такая уверенность опасна именно тем, что мы перестаём быть осторожными с химическими препаратами. Для того, чтобы правильно пользоваться теми или другими веществами, необходимо как можно больше владеть теоретической и практической информацией о веществе. Наглядный пример того, что кислоты наши друзья мы можем наблюдать при выпечке хлебобулочных изделий. В технологии выпечки в тесто добавляют соду, которую гасят в растворе уксусной или лимонной кислоты. При соединении соды и кислоты происходит активная реакция. Её сопровождают шипение и увеличение объёма за счёт выделения газа. Это придаёт пышность хлебобулочных изделий. Но область применения раствора уксусной кислоты намного шире чем кулинария. Уксус поможет нам избавиться от сорняков, удалить пятна пота с одежды, вылечить ангину, сделать волосы послушными, снять мышечную боль, сохранить цвет одежды, освежить воздух, растворить засохшую краску на кисти, избавиться от муравьёв, унять икоту, отклеить ценник, убрать затхлый запах, помыть стёкла, продлить жизнь букета, приготовить вкусное мясо для шашлыка и ещё много случаев, когда раствор уксусной кислоты является незаменимым.

Окружающий нас мир состоит из тысяч и тысяч различных веществ, органических и неорганических. Все они обладают различными свойствами, но иногда разные вещества можно объединять в группы по сходным свойствам.

До сих пор на полках продуктовых магазинов мы видим 70% уксусную кислоту. Вот такой страшный яд мы храним дома, причем нередко в местах, доступных для детей, рядом с пищевыми продуктами. Уксус столовый представляет собой водный раствор уксусной кислоты (CH3COOH), который имеет концентрацию от 6 до 9%, или же другую в зависимости от требований. Также вы всегда можете создать для себя нужную концентрацию сами, необходимо только знать, как разбавить уксусную кислоту в воде, а точнее в каких пропорциях. Уксусная кислота, или уксусная эссенция – это торговое название уксусного раствора, но его концентрация составляет 80%. В некоторых странах такую кислоту уже давно сняли с производства. Также еще существует ледяная уксусная кислота (безводная), которая имеет концентрацию 99-100%. Купить такую кислоту возможно только для исследований в специальных научных лабораториях. Существует еще уксусный ангидрид – более обезвоженный вариант. Но за производством этого вещества очень тщательно следят, поскольку его применяют в наркотических целях для изготовления ацилированного опия в домашних условиях. Конечно и ледяную уксусную кислоту используют в таких целях, но более редко. Следует отметить, что уксусный ангидрид и кислота применяются в синтезе аспирина.

Органические кислоты - широко распространенная в растительном и животном мире группа соединений. В растительных продуктах чаще всего встречаются органические кислоты (их ещё называют фруктовыми) - яблочная, лимонная, винная, щавелевая, пировиноградная, молочная, салициловая, муравьиная, уксусная кислоты и другие.

Уксусная кислота — бесцветная жидкость с резким характерным запахом, кислым вкусом. Гигроскопична, неограниченно растворяется в воде. Существует в виде димеров. Безводная уксусная кислота называется ледяной, поскольку при замерзании образует льдовидную массу. Это вещество в форме винного уксуса было известно еще в Древней Греции и Древнем Риме. В более поздние времена алхимики научились производить более чистую субстанцию в результате перегонки. Кислота в виде кристаллов была выведена в 1700 году. Приблизительно в это же время химики определили ее формулу и заприметили способность вещества к воспламенению.

Чистая уксусная кислота – это прозрачная жидкость с удушливым запахом, вызывающая ожоги на теле. Если зажечь пары вещества, они дадут светло-голубое пламя. Растворяясь в воде, кислота выделяет тепло.

В чистом виде уксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость плотностью 1,04923 г/см 3 (при 20°С ), способную поглощать влагу из воздуха. При 16,63°С она застывает в бесцветные кристаллы плотностью 1,105 г/см 3 .Переохлажденная уксусная кислота при взбалтывании или при внесении затравки моментально застывает. При температуре около 40°С уксусная кислота легко воспламеняется. Уксусная кислота обладает резким запахом, приятным кислым вкусом, но разрушительно действует на кожу, вызывая ожоги. С водой, спиртом, эфиром, ацетоном, хлороформом, дихлорэтаном и со многими другими растворителями уксусная кислота смешивается во всех отношениях и сама является хорошим растворителем для большого числа органических соединений. В частности, ледяная уксусная кислота хорошо растворяет целлулоид и нитраты целлюлозы (другие кислоты жирного ряда не обладают этой способностью). Уксусная кислота не только смешивается с водой в любых пропорциях, но и способна поглощать влагуиз воздуха, обладая, таким образом, определенным гигроскопическим действием. Растворение уксусной кислоты в воде сопровождается выделением тепла и, следовательно, повышением температуры раствора. Однако выделение тепла происходит только при определенном соотношений уксусной кислоты и воды.

Уксусная кислота является кислотой одноосновной. Её химический характер определяется наличием карбоксила COOH . Как и минеральные кислоты, уксусная кислота способна нейтрализовать основные оксиды и их гидраты, а также вытеснять углекислоту из углекислых солей, давая соответствующие средние соли, называемые ацетатами. На этом свойстве уксусной кислоты основано в технике получения большинства уксуснокислых солей. Свободные металлы (Железо, свинец, медь) способны замещать водород уксусной кислоты, образуя соответствующие соли: 6 CH ₃ COOH + 2 Fe ( CH ₃ OOH ) ₃ + 3 H ₂

В присутствии воздуха (кислорода) реакции металла с уксусной кислотой протекает быстрее, особенно в случаи железа и свинца. Сильные минеральные кислоты (серная, соляна и др.), а также не летучие органические кислоты (щавелевая, винная) вытесняют уксусную кислоту из её солей. Вытеснять уксусную кислоту из её солей способна также муравьиная кислота.

Однако реакция эта в значительной мере не доходит до конца даже при большом избытке муравьиной кислоты. Уксусная кислота является одним из самых прочных органических соединений. На нее почти не действуют такие сильные окислители, как хромовая кислота и марганцовокислый калий. Этим свойством пользуются в производстве для очистки уксусной кислоты от посторонних органических примесей, которые разрушают хромпиком или перманганатом калия. В аналитической практике по обесцвечиванию раствора перманганата калия судят о степени загрязнения уксусной кислоты органическими примесями. Пары уксусной кислоты способны выдерживать температуру до 40 0 С без заметного разложения. При нагревании выше 42.5 °С (например, при пропускании паров через раскаленную стеклянную трубку) уксусная кислота разлагается на ацетон, двуокись углерода и воду:

При зажигании пары уксусной кислоты горят на воздухе светло-голубым пламенем, превращаясь в углекислый газ и воду:

При нагревании какой-либо соли уксусной кислоты с едкой щелочью происходит разложение соли с выделением метана и образованием углекислой соли, например

При электролизе водного концентрированного раствора уксуснокислого натрия реакция протекает согласно уравнению (синтез Кольбе, 1849г.)

Уксусная кислота в промышленности

Уксусная кислота – сырье в производстве уксусного ангидрида, ацетилхлорида, монохлоруксусной кислоты, ацетатов, многих красителей, инсектицидов, лекарственных средств (аспирин, фенацетин); используют в пищевой промышленности в изготовлении приправ, маринадов, консервов в виде столового уксуса – 3–15%-ный водный раствор и уксусной эссенции – 80%-ный водный раствор пищевой уксусной кислоты. Уксусная кислота – растворитель лаков, коагулянт латекса, ацетилирующий агент в органическом синтезе. Соли уксусной кислоты (Fe, Al, Cr и др.) – протравы при крашении.

Уксусная кислота в быту

В кулинарии уксус добавляют в блюда из птицы, рыбы или морских продуктов,в соусы или даже в напитки, вроде компота из яблок. Классическое применение продукта - маринование (чеснок, лук, овощи, пикули). Еще один способ применения – добавлять в слоеное тесто.

Деревянные разделочные доски, на которых работали с мясными продуктами, надо обязательно обрабатывать после каждого использования. Поэтому после каждого взаимодействия их с сырыми продуктами для очищения и дезинфекции следует протирать доски неразведённым спиртовым уксусом.

Уксусная кислота обладает хорошим дезинфицирующим свойством. Она эффективно уничтожает такие вредные микробы как стафилококки и сальмонеллы. Поэтому правильно обработанные таким образом разделочные доски станут безопасными в применении на кухне.

Использование уксуса широко применяется поварами-профессионалами для отмывания жира с жарочных котлов. Как показывает практика, уксус хорошо уничтожает следы толстого слоя жира на посуде. Поэтому хозяйкам тоже надо взять на заметку этот метод удаления жира со своей кухонной посуды. Особенно это удобно тогда, когда под рукой не оказалось в нужный момент моющего средства, ведь уж уксус всегда имеется на кухне у каждой хозяйки.

Когда все работы по непосредственному приготовлению пищи закончены, то надо стереть жирные брызги с плиты (особенно если жарилось мясо или пирожки), вытяжки и со стен. Здесь поможет губка, смоченная неразведенным спиртовым уксусом. Затем по обработанным местам следует пройтись чистой влажной кухонной тряпицей. После такой процедуры надо дать всем поверхностям высохнуть или досуха натереть их мягким полотенцем. Всё будет блестеть без каких-либо следов жира.

3.Методика проведения химического эксперимента по изучению свойств уксусной кислоты. Домашний и лабораторный химический эксперимент

3.1 . Мы знаем, что каждую кислоту пробовать на вкус нельзя. И

для чтобы доказать, что кислота обладает кислыми свойствами можно

использовать указатель, который химики называют индикатор. Проведем

эксперимент. В раствор уксусной кислоты опустим фиолетовый лакмус и универсальную индикаторную бумажку. Она приобретает красный цвет.

3.2 . Существует ряд кислот, которые многие используют для

удаления накипи, например, в чайнике. К ним относят уксусную, лимонную кислоты. В накипи содержится соль кальция. Уксусная кислота вступает в активную реакцию с веществом, которое образует накипь, и постепенно растворяет его. Без накипи чайник прослужит в быту долго.

3.3 . При выпечке булочек в тесто добавляют соду, которую гасят в растворе уксусной или лимонной кислоты. При соединении соды и кислоты происходит активная реакция. Её сопровождают шипение и увеличение объёма за счёт выделения газа. Это придаёт пышность хлебобулочных изделий.

Эти опыты являются показателями того, что кислоты наши друзья.

Но, к сожалению, кислоты могут быть агрессивными. Нужно помнить о

том, что они могут вызвать ожог, испортить материалы.

3.4 Реакция уксусной кислоты с металлическим натрием

Для эксперимента понадобится: натрия металлический ( Na ), раствор уксусной кислоты (формула), стеклянный стакан, тяга.

Уравнение реакции процесса:2CH3 C OOH + 2Na = 2CH3 C OONa + H ₂

Порядок проведения реакции:

В стеклянную колбу приливают небольшое количество уксусной кислоты. Извлеченный из керосина и очищенный от окислов металлический натрий аккуратно помещают в сосуд с кислотой. В момент контакта можно наблюдать выделение прозрачных пузырьков газа (водорода), сопровождающееся разогреванием раствора. При этом металл активно передвигается по поверхности кислоты, постепенно уменьшаясь в размерах. Собранный в колбе под пробкой водород вызывает интенсивное возгорание тлеющей деревянной лучины, сопровождающееся хлопком.

3.5 Реакция нейтрализации уксусной кислоты гидроксидом натрия

Для эксперимента понадобится: гидроксид натрия ( Na ( OH )) кристаллический или раствор, раствор уксусной кислоты ( CH 3С OOH ), стеклянный стакан, термометр, тяга.

Уравнение реакции процесса: CH 3С OOH + Na ( OH ) = CH 3С OONa + H ₂ O

Порядок проведения реакции:

В фарфоровый стакан помещают кристаллы гидроксида натрия и приливают раствор уксусной кислоты. При этом наблюдается растворение щелочи в кислоте. Помещенный в реакционную смесь термометр фиксирует увеличение температуры раствора более, чем на 20 градусов. В случае если вещества взяты в количественных соотношениях по молям, индикаторная бумага фиксирует нейтральную реакцию среды (рН = 7), что соответствует полной нейтрализации кислоты щелочью.

3.6 "Золото" в колбе

Конечно, золото - не настоящее, но опыт красивый! Для Химической реакции нам потребуется растворимая соль свинца (подойдёт уксуснокислый синец (CH ₃ COO) ₂ Pb- соль образованная растворение свинца в уксусной кислоте) и соль йода (например, йодид калия KI). Уксуснокислый свинец можно получить и в домашних условиях, опустив кусочек свинца в уксусную кислоту. Йодид калия иногда используют для травления электронных плат. Йодид калия и уксуснокислый в свинец - две прозрачные жидкости, по внешнему виду не отличаются от воды.

Начнём реакцию: к раствору йодида калия прилейте раствор уксуснокислого свинца. Соединяя две прозрачные жидкости наблюдаем образование золотисто-жёлтого осадка - йодида свинца PbI ₂ , - эффектно! Реакция протекает следующим образом:(CH ₃ COO) ₂ Pb+KI→ CH ₃ COOK+PbI ₂

3.7Получение эфира.

В пробирку налили 2 мл этилового спирта, 2 мл уксусной кислоты и чуть-чуть концентрированной серной кислоты. Пробирку закрыли пробкой с газоотводной трубкой и нагрели на водяной бане. После охлаждения в пробирку добавили немного воды. При этом выделяется слой этилового эфира уксусной кислоты с характерным запахом эссенции, произошла реакция этерификации.В реакционную смесь добавляют концентрированную серную кислоту, как водоотнимающее средство, чтобы сместить равновесие вправо.

Опыт из раздела увлекательных и занимательных: одним прикосновением замораживая обычную воду. Жидкость кр исталлизуется на глазах и очень похожа на воду! Горячий лёд своими руками (ацетат натрия в домашних условиях). Рецепт приготовления состоит в смешивании соды и уксуса в пропорциях 1:10. Сода 100 грамм и уксусного ацетата 9% - 1 литр. Далее выпариваете жидкость до тех, пор пока не останется порошкообразная масса.

Для 200 мл. уксуса 70% концентрации необходимо 210 грамм соды

для 200 мл. уксуса 30% надо 87,4 грамм соды

для 200 мл. уксуса 9% надо 25,25 грамм соды

Ацетат натрия – это натриевая соль уксусной кислоты.

Для изготовления ацетата понадобится: пищевая сода ( NaHCO ₃ ), столовый уксус (9-% р-рСН ₃ СООН), мерный стакан, весы, дистиллированная вода, сосуд для проведения реакции.

Уравнение реакции процесса: CH ₃ COOH + NaHCO ₃ = CH ₃ COOH + H ₂ O + CO 2

Порядок проведения реакции:

В сосуд приливают 500 мл 9%-го раствора уксусной кислоты. Систему нагревают в пламени горелки (спиртовой или газовой). В процессе нагревания порциями добавляют гидрокарбонат натрия общим количеством 66 г (в соответствии с произведенным расчетом необходимого количества). Прибавление соды производят таким образом, чтобы избежать излишнего газообразования и расплескивания реакционной смеси. По окончании выделения пузырьков углекислого газа полученный раствор выпаривают на медленном огне до получения кристаллов соли – ацетата натрия.

Доказательством того, что выделяющийся газ – углекислый является то, что в его атмосфере прекращается или значительно снижается горение деревянной лучины.

Аналогичное образование кристаллов может быть вызвано также резким охлаждением пересыщенного раствора или механическим воздействием на раствор (погружение стеклянной палочки или перемешивание).

А после кристаллизации этот горячий лед можно еще и повторно использовать! Для этого просто поставьте вашу емкость к кристаллизировавшимся ацетатом натрия на водяную баню. Помешивайте смесь ложечкой. Лед, как ему положено, будет таять. А если будет образовываться противная кристаллизационная корка, не злитесь, а по капелькам добавляйте кипяток в образовавшийся горячий лед.

Познакомившись с научной литературой и проведя химический эксперимент,я убедился, что кислоты могут быть полезными для человека, если обращаться с ними осторожно, правильно использовать для различных нужд человека. Но в тоже время кислоты могут нанести вред, если нарушать технику безопасности при работе с ними. Данная работа может быть использована для проведения занимательных химических опытов и при изучении свойств кислот как в курсе неорганической, так и органической химии. Обязательное условие- соблюдение техники безопасности при обращении с веществами.В процессе работы над темой меня заинтересовали практические советы по применению уксусной кислоты. Я уверен, что многие из них вам тоже пригодятся. (Приложение 2)

Уксусная кислота широко используется в химической, текстильной и пищевой промышленности в производстве ацетата и других эфиров целлюлозы, пластмасс и т. д, Значительное применение имеют соли уксусной кислоты — ацетаты свинца м меди, используемые для приготовления пигментов, ацетат железа, ацетат натрия и т. д. Применяют для получения лекарственных и душистых веществ, в виде столового уксуса при изготовлении приправ, маринадов, консервов.

Содержание

Введение………………………………………………….……………………………4
1. История производства уксусной кислоты ……………………..…………5
2. Производство технической уксусной кислоты методом окисления ацетальдегида……………………..………………………… ………… …10
3. Производство технической уксусной кислоты методом карбонилирования метанола………………………………………………15
4. Производство уксусной кислоты окислением н-бутана…………………

Работа состоит из 1 файл

РефератВ.doc

1. История производства уксусной кислоты ……………………..…………5

2. Производство технической уксусной кислоты методом окисления ацетальдегида……………………..………………… ……… ………… …10

3. Производство технической уксусной кислоты методом карбонилирования метанола………………………………………………15

4. Производство уксусной кислоты окислением н-бутана…………………16

Список использованной литературы………………..……………………………… 18

До сравнительно недавнего времени главным источником уксусной кислоты была лесохимическая промышленность (|уксусную кислоту получали при сухой перегонке древесины). Небольшое количество пищевой уксусной кислоты образуется при брожении разбавленных растворов этилового спирта, В настоящее время уксусную кислоту производят главным образом, синтетически.

Из методов синтеза уксусной кислоты промышленное значение имеют каталитическое окисление ацетальдегида и регулируемое окисление низших парафиновых углеводородов — бутана и его гомологов. Последний метод является, по-видимому, наиболее перспективным. Кроме этих способов, уксусную кислоту в промышленных масштабах синтезируют из метилового спирта и окиси углерода. Пищевую уксусную кислоту получают уксуснокислым брожением этанола.

Целью данной работы является изучение и сравнение методов промышленного получения уксусной кислоты.

1. История производства уксусной кислоты

Уксусная кислота была единственной, которую знали древние греки. Отсюда и ее название: "оксос" - кислое, кислый вкус.

Технология производства уксуса имеет интересную и сложную историю. Ещё в первом тысячелетии до новой эры виноделы заметили, что, если вино оставить в открытом сосуде, оно через некоторое время прокисает и превращается в уксус. Этим наблюдением и пользовались долгое время, не вдаваясь особенно в суть того, что происходит при этом с продуктом.

Один из самых „древних“ способов производства уксуса принято называть орлеанским. В деревянные бочки особой формы, расположенные в утеплённом помещении в несколько рядов одна над другой, в начале процесса заливают 10–12 л. готового нефильтрованного уксуса. Эта порция — своего рода закваска, ведь в нефильтрованном уксусе содержится достаточно большое количество бактерий. К уксусу приливают примерно 10 л. профильтрованного вина. Через восемь дней, если процесс идёт нормально, доливают ещё 10 л., и так до тех пор, пока бочка не заполнится до половины объёма. После этого около 40 л. готового продукта сливают, а к оставшемуся — вновь добавляют фильтрованное вино, и цикл повторяется. Весь цикл занимает от недели до месяца, зато продукт обладает таким высоким качеством, что этот неэффективный способ до сих пор применяется в винодельческих районах Франции.

Наряду с орлеанским способом существовал метод, описанный немецким учёным Бургавом (Boerhave) в 1732 году. Сейчас эта технология известна под названием „метод Шуценбаха“. Суть его в том, что спиртосодержащую жидкость (в описании Бургава упоминается раствор хлебного спирта) пропускали сверху вниз через объём, заполненный тщательно вымоченными в уксусе крупными буковыми стружками. Эта технология оказалась значительно более производительной, чем орлеанский способ, и во всём мире она используется до сих пор.

И всё же до работ Пастера в середине XVIII века не было понятно, за счёт чего вино превращается в уксус. Пастер в большой статье „Исследование свойств уксуса“ („Etude sur le vinaegre“) показал, что стерильный раствор спирта в воде на открытом воздухе практически не окисляется, а образование уксусной кислоты происходит благодаря работе уксусных бактерий. И для того, чтобы спирт окислялся эффективно, в жидкости необходимо создать оптимальные условия для их развития. Оказалось, что лучше всего эти микроорганизмы чувствуют себя при температуре около 30оС и при концентрации спирта, не превышающей 12–14%. Дальнейшие (уже современные) исследования показали, что максимальная скорость роста А. aceti достигается при более низкой концентрации спирта. Характерной особенностью этих бактерий является и высокая потребность в кислороде. Долгое время считалось, что из-за сравнительно низкой растворимости кислорода в воде (и в растворе этилового спирта тоже) бактерии могут развиваться только на поверхности жидкости или в её тонкой плёнке. Это не противоречило и имевшемуся к тому времени промышленному опыту. При орлеанском методе бактерии развиваются в основном в верхнем слое жидкости в виде слизистой плёнки, а при методе Шуценбаха жидкость стекает тонким слоем по поверхности стружек (рис. 1). Производительность аппаратуры, что по одному, что по другому способу, обычно составляет от 2 до 8 кг. 100%-ной уксусной кислоты с 1 м3 объёма аппарата в сутки.

Рис. 1. Аппарат Шуценбаха: 1 — деревянная коническая ёмкость; 2 — слой буковых стружек.

Основным аппаратом, в котором получают уксусную кислоту по методу Шуценбаха, является деревянный чан конической формы. На расстоянии 200–300 мм. от основного днища в нём устанавливают горизонтальную перфорированную перегородку. Верхняя часть аппарата на 2/3 заполняется стружками, которые орошаются питательной для бактерий средой, содержащей некоторое количество уксусной кислоты (чаще всего это 6%-ный раствор), этиловый спирт (3–4%) и небольшое количество аммонийных и фосфатных солей. По мере протекания раствора бактерии, закрепившиеся, или, как теперь принято говорить, иммобилизованные на стружках, окисляют спирт в уксусную кислоту. В нижней части аппарата скапливается готовая продукция — 9%-ный уксус. В процессе окисления выделяется тепло, которое повышает температуру внутри аппарата до 30–35оС. В результате разницы температур создаётся естественная и довольно интенсивная конвекция. Воздух поступает в патрубки под ложным днищем, проходит через аппарат и выходит в верхней его части. Так сама собой осуществляется аэрация, необходимая для работающих бактерий.

Несколько слов стоит сказать о стружках. Это не просто отходы от обработки древесины. Для загрузки в аппараты подходят только буковые стружки, закрученные в рулон диаметром от 2 до 5 см. и высотой от 3 до 6 см. Серьёзные требования предъявляются и к древесине. Она должна быть совершенно лишена любых видов гнили. Словом, стружки для уксусного производства — вещь совсем не дешёвая.

В аппарат Шуценбаха загружается 1–1,5 м3 стружек. На одном предприятии работают десятки таких аппаратов. Производительность аппаратуры при работе по данному способу низка и составляет не более 1,5 кг. уксусной кислоты на 1 м3 стружек в сутки (в пересчёте на 100%-ную уксусную кислоту). При этом выход уксуса (от теоретически возможного при использовании исходного количества этилового спирта) не превышает 75%. Процесс ведётся непрерывно, десятилетиями, без смены бактерий и стружки. Высокая кислотность заливаемого в аппарат раствора необходима для того, чтобы другие бактерии не могли „заселить“ аппарат и испортить таким образом продукт. Это даёт возможность вести производство уксуса без соблюдения стерильности. Единственный спутник уксусных бактерий в этом процессе — мелкие нематоды — угрицы. Они питаются бактериями и тоже легко переносят высокие концентрации уксусной кислоты. Уксус очищают от них фильтрованием после пастеризации, в результате которой они погибают и выпадают в осадок.

2. Метод производства пищевой уксусной кислоты.

Рис. 2. Аппарат Фрингса: 1 — корпус; 2 — ложное перфорированное днище; 3 — слой буковых стружек; 4 — циркуляционный насос; 5 — змеевик системы термостатирования; 6 — распределительное устройство.

В настоящее время на подавляющем большинстве предприятий производство уксуса ведут циркуляционным способом Фрингса. Эта технология имеет немало общего с методом Шуценбаха. Здесь также используются аппараты, наполненные стружками, также на стружках иммобилизованы уксуснокислые бактерии, и также масса стружек орошается питательным раствором, содержащим спирт, уксусную кислоту и минеральные соли. Однако есть и существенные различия между этими методами. Прежде всего, это касается размера аппаратов. На некоторых предприятиях объём их заполненной стружками рабочей камеры достигает 60 м3. В такой аппарат (рис. 2) через специальную распределительную систему подают 10%-ный раствор спирта со скоростью в несколько раз большей, чем по методу Шуценбаха. При помощи насоса раствор многократно циркулирует через аппарат до тех пор, пока весь спирт не окислится и не образуется 9%-ный раствор кислоты. Около 10% исходного чистого спирта в этом процессе теряется. Цикл длится 5–6 дней, после чего повторяется.

В аппаратах большого объёма тепловыделение оказывается настолько значительным, что в них приходится встраивать специальные теплообменники. Чаще всего в рабочей камере располагают змеевики, по которым циркулирует охлаждающая вода, но иногда приходится устраивать ещё и дополнительные, так называемые выносные теплообменники, которые устанавливают снаружи аппарата в циркуляционном контуре.

При получении уксуса циркуляционным способом удельная производительность достигает 6–8 кг. кислоты в сутки на 1 м3 рабочего объёма аппарата.

Но и у этого метода оказались существенные недостатки, главным из которых был, пожалуй, размер аппаратов. В начале шестидесятых годов ХХ века появилась технология, при которой уксуснокислые бактерии стали культивировать в специальных аппаратах — ферментёрах в жидкости, — так называемый метод периодического глубинного культивирования.

Рис. 3. Схема ферментёра для производства уксуса: 1 — корпус из нержавеющей стали; 2 — перемешивающее устройство; 3 — аэратор (его обычно называют барботёром); 4 — змеевик системы термостатирования.

Ферментёры для глубинного культивирования уксусных бактерий — это изготовленные из нержавеющей стали ёмкости, внутри которых размещаются перемешивающие устройства и аэраторы различных конструкций (рис. 3).

Процесс получения уксуса при периодическом глубинном способе заключается в следующем. От предыдущего цикла в аппарате остаётся жидкость (примерно 1/3 рабочего объёма аппарата), которая служит посевным материалом для следующего цикла. В аппарат заливается до рабочего объёма питательная смесь, содержащая уксусную кислоту и этанол. Перемешивающее устройство интенсивно перемешивает жидкость, а через аэратор непрерывно подаётся воздух. В начале цикла условия жизни для бактерий резко меняются, и в результате некоторое время не наблюдается их заметного роста, эта стадия в развитии микроорганизмов называется лаг-фазой. По окончании лаг-фазы концентрация спирта начинает уменьшаться, а кислоты — наоборот, расти. Некоторое время в аппарат приходится порциями добавлять раствор спирта. После того как концентрация уксуса достигает 9–10%, около 2/3 объёма жидкости отбирается как готовый продукт, и цикл повторяется.

Производительность глубинных аппаратов в несколько раз выше, а сами они в несколько раз меньше, чем аппараты, заполненные стружками, в них значительно меньше потери этанола. Кроме того, отпадает необходимость применения древесных стружек. Немаловажно и то, что при глубинном способе возрастает культура производства.

В начале 70-х годов прошлого столетия у группы сотрудников кафедры „Машины и аппараты микробиологических производств“ в Московском институте химического машиностроения (теперь это Московский государственный университет инженерной экологии), возглавляемой профессором Петром Ивановичем Николаевым, возникла идея совместить в промышленном масштабе микробиологические методы с приёмами постановки и ведения процессов, хорошо отработанными в химической технологии. Для этого пришлось провести целый комплекс серьёзных исследований. Вот ведь парадокс: процесс был известен уже как минимум два с половиной тысячелетия, но до середины ХХ века оставался в основном эмпирическим. До этого момента усовершенствования технологий касались прежде всего устройства аппаратов, а микробиологические аспекты разрабатывались весьма слабо.

В 60-е годы стали появляться работы, посвящённые физиологии и биохимии уксусных бактерий. Они были направлены на изучение влияния концентрации кислорода и состава питательной среды, включая как минеральный фон, так и влияние этанола и самой уксусной кислоты. В это же время на кафедре микробиологии Ленинградского университета под руководством профессора М.С. Лойцянской были проведены исследования систематики, морфологии и физиологии этих бактерий. Были выделены штаммы бактерий, растущих в очень простой по составу среде, обладающей большой окислительной активностью, что оказалось необычайно полезно для промышленного производства уксуса.

Уксусная кислота - слабая (диссоциирует в водном растворе только частично). Тем не менее, поскольку кислотная среда подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, уксусную кислоту используют при консервировании пищевых продуктов, например, в составе маринадов.
Получают уксусную кислоту окислением ацетальдегида и другими методами, пищевую уксусную кислоту уксуснокислым брожением этанола.

Содержание работы

Введение
Открытие уксусной кислоты
Получение уксусной кислоты
Применение уксусной кислоты
Заключение

Список использованной литературы

Файлы: 1 файл

реферат по общей.docx

Открытие уксусной кислоты
Получение уксусной кислоты
Применение уксусной кислоты

Список использованной литературы

УКСУСНАЯ КИСЛОТА, CH3COOH, бесцветная горючая жидкость с резким запахом, хорошо растворимая в воде. Имеет характерный кислый вкус, проводит электрический ток.

Уксусная кислота была единственной, которую знали древние греки. Отсюда и ее название: "оксос" - кислое, кислый вкус. Уксусная кислота - это простейший вид органических кислот, которые являются неотъемлемой частью растительных и животных жиров. В небольших концентрациях она присутствует в продуктах питания и напитках и участвует в метаболических процессах при созревании фруктов. Уксусная кислота часто встречается в растениях, в выделениях животных. Соли и эфиры уксусной кислоты называются ацетатами.

Получают уксусную кислоту окислением ацетальдегида и другими методами, пищевую уксусную кислоту уксуснокислым брожением этанола. Применяют для получения лекарственных и душистых веществ, как растворитель (например, в производстве ацетата целлюлозы), в виде столового уксуса при изготовлении приправ, маринадов, консервов. Уксусная кислота участвует во многих процессах обмена веществ в живых организмах. Это одна из летучих кислот, присутствующая почти во всех продуктах питания, кислая на вкус и главная составляющая уксуса.

1. Открытие уксусной кислоты

Строение уксусной кислоты заинтересовало химиков со времени открытия Дюма трихлоруксусной кислоты, так как этим открытием был нанесен удар господствовавшей тогда электрохимической теории Берцелиуса. Последний, распределяя элементы на электроположительные и электроотрицательные, не признавал возможности замещения в органических веществах, без глубокого изменения их химических свойств, водорода (элемента электроположительного) хлором (элементом электроотрицательным), а между тем по наблюдениям Дюма ("Comptes rendus" Парижской академии, 1839) оказалось, что "введение хлора на место водорода не изменяет совершенно внешних свойств молекулы. ", почему Дюма и задается вопросом "покоятся ли электрохимические воззрения и представления о полярности, приписываемой молекулам (атомам) простых тел, на столь ясных фактах, чтобы их можно было считать предметами безусловной веры; если же их должно рассматривать как гипотезы, то подходят ли эти гипотезы к фактам. Должно признать, продолжает он, что дело обстоит иначе. В неорганической химии путеводной нитью нам служит изоморфизм, теория, основанная на фактах, как хорошо известно, мало согласных с электрохимическими теориями. В органической химии ту же роль играет теория замещения. и может быть будущее покажет, что оба воззрения более тесно связаны между собою, что они вытекают из одних и тех же причин и могут быть обобщены под одним и тем же названием. Пока же на основании превращения У. кислоты в хлоруксусную и альдегида в хлоральдегид (хлорал) и из того обстоятельства, что в этих случаях весь водород может быть замещен равным ему объемом хлора без изменения основного химического характера вещества, можно вывести заключение, что в органической химии существуют типы, которые сохраняются и тогда, когда на место водорода мы вводим равные объемы хлора, брома и йода. А это значит, что теория замещения покоится на фактах и при том наиболее блестящих в органической химии".

3. Получение уксусной кислоты

Уксусная кислота - важнейший химический продукт, который широко используется в промышленности для получения сложных эфиров, мономеров (винилацетат), в пищевой промышленности и т.д. Мировое производство ее достигает 5 млн т в год. Получение уксусной кислоты до недавнего времени базировалось на нефтехимическом сырье1. В Уокер-процессе этилен в мягких условиях окисляют кислородом воздуха до ацетальдегида в присутствии каталитической системы PdCl2 и CuCl2 . Далее ацетальдегид окисляется до уксусной кислоты:

CH2=CH2 + 1/2 O2 CH3CHO CH3COOH

По другому методу уксусную кислоту получают при окислении н-бутана при температуре 200 C и давлении 50 атм в присутствии кобальтового катализатора.

Изящный Уокер-процесс - один из символов развития нефтехимии - постепенно замещается новыми методами, основанными на использовании угольного сырья. Разработаны способы получения уксусной кислоты из метанола:

CH3OH + CO CH3COOH

Эта реакция, имеющая большое промышленное значение, является прекрасным примером, иллюстрирующим успехи гомогенного катализа. Поскольку оба компонента реакции - СН3ОН и СО - могут быть получены из угля, процесс карбонилирования должен стать более экономичным по мере роста цен на нефть. Существуют два промышленных процесса карбонилирования метанола. В более старом методе, разработанном на фирме BASF, использовали кобальтовый катализатор, условия реакции были жесткими: температура 250?С и давление 500-700 атм. В другом процессе, освоенном фирмой "Monsanto", применяли родиевый катализатор, реакцию проводили при более низких температурах (150-200 С) и давлении (1-40 атм). Интересна история открытия этого процесса. Ученые компании исследовали гидроформилирование с использованием родийфосфиновых катализаторов. Технический директор нефтехимического отдела предложил использовать этот же катализатор для карбонилирования метанола. Результаты опытов оказались отрицательными, и это связали с трудностью образования связи металл-углерод. Однако, вспомнив лекцию консультанта компании о легком окислительном присоединении иодистого метила к металлокомплексам, исследователи решили добавить в реакционную смесь иодный промотор и получили блестящий результат, которому сперва не поверили. Подобное открытие было сделано также учеными конкурирующей компании "Union Carbide", те отстали всего на несколько месяцев. Команда по разработке технологии карбонилирования метанола всего через 5 месяцев интенсивной работы создала промышленный процесс Монсанто, с помощью которого в 1970 году было получено 150 тыс. т уксусной кислоты. Этот процесс стал предвестником той области науки, которая получила название С1-химии.

Механизм карбонилирования был тщательно исследован. Иодистый метил, необходимый для осуществления реакции, получается по уравнению

CH3OH + HI CH3I + H2O

Каталитический цикл может быть представлен так:

К плоскоквадратному комплексу [RhI2(CO)2]- (I) окислительно присоединяется иодистый метил с образованием шестикоординационного комплекса II, затем в результате внедрения СО по связи метил-родий образуется ацетилродиевый комплекс (III). Восстановительное элиминирование иодангидрида уксусной кислоты регенерирует катализатор, а гидролиз иодангидрида дает уксусную кислоту.

Промышленный синтез уксусной кислоты:

a) каталитическое окисление бутана

2CH3–CH2–CH2–CH3 + 5O2 t 4CH3COOH + 2H2O

b) нагреванием смеси оксида углерода (II) и метанола на катализаторе под давлением

CH3OH + CO CH3COOH

Производство уксусной кислоты брожением (уксуснокислое брожение)2.

Сырье: этанолсожержащие жидкости (вино, забродившие соки), кислород.

Вспомогательные вещества: ферменты уксуснокислых бактерий.

Химическая реакция: этанол биокаталитически окисляется до уксусной кислоты.

СН 2 – СН – ОН + О 2 СН 2 – СООН + Н 2 О

Основной продукт: уксусная кислота.

4. Применение уксусной кислоты

Уксусную кислоту применяют для получения лекарственных и душистых веществ, как растворитель (например, в производстве ацетата целлюлозы), в виде столового уксуса при изготовлении приправ, маринадов, консервов.

Водный раствор уксусной кислоты используют в качестве вкусового и консервирующего средства (приправа к пище, маринование грибов, овощей).

В состав уксуса входят такие кислоты, как яблочная, молочная, аскорбиновая, уксусная.

Яблочный уксус ( 4% уксусной кислоты )

Яблочный уксус содержит 20 важнейших минеральных веществ и микроэлементов, а также уксусную, пропионовую, молочную и лимонную кислоты, целый ряд ферментов и аминокислот, ценные балластные вещества, такие, как поташ, пектин. Яблочный уксус широко применяется при приготовлении различных блюд и консервировании. Он прекрасно сочетается со всевозможными салатами, как из свежих овощей, так и мясными и рыбными. В нем можно мариновать мясо, огурцы, капусту, каперсы, портулак, а также трюфели. Однако, на Западе яблочный уксус известен больше своими лечебными свойствами. Он применяется при повышенном кровяном давлении, мигренях, астме, головной боли, алкоголизме, головокружении, артрите, болезнях почек, высокой температуре, ожогах, пролежнях и др.

Уксус широко используется в домашнем консервировании для приготовления маринадов различной крепости. В народной медицине уксус используется как неспецифическое жаропонижающее средство (путем протирания кожи раствором воды и уксуса в пропорции 3:1), а также при головных болях методом примочек. Распространено применение уксуса при укусах насекомых посредством компрессов.

Известно применение спиртового уксуса в косметологии. А именно для придания мягкости и блеска волосам после химической завивки и перманентной окраски. Для этого волосы рекомендуется ополаскивать теплой водой с добавлением спиртового уксуса (на 1 литр воды - 3-4 ложки уксуса).

Уксус виноградный ( 4% уксусной кислоты )

Виноградный уксус широко используется ведущими поварами не только Словении, но и всего мира. В Словении его традиционно используют при приготовлении различных овощных и сезонных салатов (2-3 ст. ложки на салатницу), т.к. он придает неповторимый и изысканный вкус блюду. Также виноградный уксус прекрасно сочетается с различными рыбными салатами и блюдами из морских продуктов. При приготовлении шашлыков из различных сортов мяса, но особенно из свинины, виноградный уксус просто незаменим.

Уксусная кислота применяется также для производства лекарственных средств.

Таблетки Аспирина (ЭС) содержат активный ингредиент ацетилсалициловую кислоту, которая представляет собой уксусный эфир салициловой кислоты.

Уксусная кислота используется в и химической промышленности (производство ацетилцеллюлозы, из которой получают ацетатное волокно, органическое стекло, киноплёнку; для синтеза красителей, медикаментов и сложных эфиров), в производстве негорючих пленок, парфюмерных продуктов, растворителей, при синтезе красителей, лекарственных веществ, например, аспирина. Соли уксусной кислоты используют для борьбы с вредителями растений.

В данной работе были рассмотрены вопросы открытия уксусной кислоты, ее основные свойства, получение и применение.

Итак, уксусная кислота (CH3COOH), бесцветная горючая жидкость с резким запахом, хорошо растворимая в воде. Имеет характерный кислый вкус, проводит электрический ток. Применение уксусной кислоты в промышленности весьма велико.

Уксусная кислота, производимая в России, находится на уровне лучших мировых стандартов, пользуется высоким спросом на мировом рынке и экспортируется во многие страны мира.

Производство уксусной кислоты имеет ряд своих специфических требований, поэтому необходимы специалисты, имеющие широкий опыт не только в области автоматизации производства и управления процессами, но и четко понимающие специальные требования этой отрасли промышленности.

Читайте также: