«жалпы химиялық технология» ПӘнінен зертханалық ЖҰмыстар

Сірке қышқылын алу келесі сатылардан тұрады:

1. Ацетиленді алу.

2. Кучеров реакцисы бойынша ацетилен гидратациясы.

3. сірке альдегидінің ауа оттегісімен сірке қышқылына дейін тотығуы.

Ацетальдегид түзілетін ацетилен гидратациясы HgSO₄(II) қатысында қышқыл ортада (Н₂SO₄ ерітінді) жақсы өтеді:

СН₃СНО + HgSO₄ + Н₂О = СН₃СООН + H₂SO₄ + Hg

Ацетальдегидтың сірке қышқылына дейін тотығуы оттегі тасымалдағыш қызметін атқаратын ауыр металлдар тұздарының қатысында жүреді. Оларға келесі металлдардың тұздары жатады Mn, Co, Wa және т.б.

Окисление ацетальдегида проходит довольно медленно, в промышленности неокисленный альдегид направляют на повторное окисление. Осуществить окисление ацетальдегида в лабораторных условиях по циркуляционной схеме довольно трудно.

Ацетальдегидтың тотығуы баяу жүреді, өндірісте тотықпаған альдегидты қайтадан тотығуға жібереді. Лабораториялық жағдайда ацетальдегидтың тотығуын циркуляционды схема бойынша жүргізу әлдіқайда қиын.

КМпО₄ қатысында тотығу тез жүреді, негізінен ол тотықтырғыш ретінде әсет етеді:
2СН₃СНО + КМпО₄ = СН₃СООК + СН₃СООН + МпО₂

Сірке қышқылымен және МпО₂ -мен қатар біраз мөлшерде марганец ацетаты да түзіледі, ол альдегидтя тотықтыру реакциясы үшін катализатор болып әсер береді.

Ж ұ м ы с т ы ң м а қ с а т ы: Кальций карбидінен сірке қышқылының ерітіндісін алу. Сірке қышқылының шығымын анықтау.

Қ а ж е т т і қ ұ р а л д а р мен м а т е р и а л д а р: Натрий хлориді (конц), кальций карбиді, 5% -тік СuSO₄ • 2Н₂О ерітіндісі, Н₂SO₄ (конц), KMnO₄, NaOH 0,05н ерітінді, тамшы воронкасымен Вюрц колбасы, жуғыш склянка, газ бөлгіш түтікшесі мен термометрі бар колба, электрлік плитка, колба және KMnO₄ бар пробирка, титрлеуге арналған бюретка, спирт.

1. Берілген тақырыпқа сай әдебиеттерді оқу.

2. Лаботанттардан қажетті нәрселердің барлығын алу.

3. Сурет бойынша қондырғыны жинау, әрбір бөлігінің жұмысын анықтап алу.

1. Карбид кальций бар Вюрц колбасы; 2. Суы бар жууға арналған колба (көпіршіктерді есептеуге болады); 3. 5% Си SO₄•2Н₂О ерітіндісі бар Вюрц колбасы, Н₂SO₄ (конц); 4. KMnO₄ -мен пробирка.

Ж ұ м ы с б а р ы с ы:

Суретте берілген схема бойынша жиналған аспапта жұмысты жүргізеді. Ацетиленді кальций карбидіне реакция тез жүретін болғандықтан концентрленген хлорид натрий ерітіндісін тамшылатып құйып алады. Реакция жылдамдығын баяулату үшін колба ішіне алдын ала 20-30 мл спирт құйса болады. Кальций карбидінің сумен реакциясы жууға арналған склянкада секунд ішінде бір көпірше болатындай жылдамдықпен жүру керек. Ацетиленнің қатты ағыны кезінде сірке қышқылының шығымы төмендейді.

Ацетилен қаныққан HgSO₄ (5% СuSO₄•2Н₂О ерітіндісі), ерітіндісі бар колбаға түсіп, онда гидратацияланады да сірке альдегидін түзеді. HgSO₄ ги дролизін болдыру үшін колбаға 1-2 мл конц. H₂SO₄ ерітіндісін құяды. Дайын HgSO₄ болмаса, оны оңай дайындауға болады, H₂SO₄ –те HgO қыздырып еріту арқылы. Ол үшін жуығымен 1г HgO және 30 мл H₂SO₄ (1:4 сұйылтылған) алу керек.

Техникалық таразыда 1-1,5г кальций карбидін өлшеп, құрғақ!!! колбаға салады. Содан кейін HgSO₄ ерітіндісін термометрдің көрсеткішін бақылай отырып 70 ⁰С -қа дейін қыздырады. NaCl ерітіндісін тамшылап құямыз.

Hg тұзының каталитикалық әсерімен ацетиленді гидратациялау арқылы алынған ацетальдегид буланып сұйылтылған КМпО₄ ерітіндісі бар пробиркаға түседі, онда оның сірке қышқылына дейін тотығуы жүреді.

Альдегидтың буын КМпО₄ бар пробиркаға түспес бұрын, оны тройник арқылы газометрден берілген ауамен араластыру қажет. Тройник пен газометр арасындағы ауа ағынын бақылау үшін суы бар жууға арналған колбаны қосады. Ауаны секундта бір көпіршедей жылдамдықпен жібереді.

Тәжірибені суы бар жууға арналған колба газ көпіршесі біткенше жалғастырады. Реакция біткеннен кейін сірке қышқылы ерітіндісі бар пробирканы бөліп алады. Сірке қышқылын Mn (lV) оксидінен бөліп алу үшін, ерітіндіні фильтрлеп, 100 мл өлшегіш колбаға құйып, белгісіне дейін жеткізеді, араластырып 0,05 н сілті ерітіндісімен титрлейді.

Сірке қышқылының шығымын кальций карбидінің құрамында қоспа жоқ деп есептейді. Негізінен оның құрамы ластанған, ГОСТ -ға байланысты таза карбидінен 370л ацетилен алынса (20°С, 101,ЗПа), алд техникалықтан 230-280л алады.

Сірке қышқылының шығымын алынған сірке қышқылының мөлшері мен теориялық алатын мөлшеріне сәйкес проценттік қатынасын есптейді.
Ж ұ м ы с н ә т и ж е с і н қ о р ы т ы н д ы л а у

Сірке қышқылын алу қондырғысының суретін салып, қызметін сипаттау. Сандық мәндерін кестеге енгізу.

1. Бірнеше тотығу дәрежелері бар металлдар тұздары сірке қышқылына ацетальдегидтың тотығу процессін катализдендіреді? Ұғындыр.

2. Ацетиленнің гидратациялану процессін жаз?

3. Ацетиленді күкіртсутектерінен және фосфор қоспаларынан тазарту тәсілдері?

Ж ұ м ы с м а қ с а т ы. Керосиннің каталитикалық крекингісін жүргізу. Бензиннің, ауыр фракциялардың және газ тәрізді өнімдердің шығымын есептеу.

Ж ұ м ы с б а р ы с ы

Крекинг 1-суретте көрсетілген құрылғыда жүргізіледі. Керосин бюретка 1 арқылы катализаторы бар электропешпен (3) қыздырылған құбырға беріледі. Крекингінің сұйық өнімдері суытатын сұйықтыққа орналастырылған қабылдағышта (4) жиналады, газ тәрәзді өнімдер газометрге (6) барады.

Жұмыс үшін қанықпаған көмірсутектері бар керосин қолданылады. Керосиндегі қанықпаған қосылыстарды бром суы көмегімен анықтайды.

Қанықпаған қосылыстардан тазарту үшін 100-200 мл керосинді бөлгіш воронкаға құйып, 5 минут бойы 15-20 мл концентрленген күкірт қышқылы қатысында қатты шайқайды. Воронканы сәт сайын айналдырады және газ тәрәзді реакция өнімдерінен арылу үшін кранның аузын ашып отырады. Қалған төменгі бөлікті воронкадан шығарады және күкірт қышқылының жаңа порциясымен тазалауды қайталайды. Керосинді калий перманганатының сілтілік ерітіндісімен тазалайды және сумен шаяды. Керосиндегі судан арылу үшін оған сусыз кальций хлоридін қосып, 10-15 мин бойы шайқайды және бүктетілген фильтр арқылы фильтрлейді.

Крекинг жүргізу үшін қолданылатын катализатор алюминий және кремний оксидтерінен дайындалады. Табиғи қосылыстар ішінде қоспалардан мүмкіндігінше таза глин сорттары пайдаланылады. Тазалау үшін глинді 1: 1 қатынасында сұйытылған тұз қышқылымен араластырады және қоспаны бірнеше күнге қалдырады. Тұз қышқылын және тұздарды декантация арқылы сумен шаяды, содан кейін Бюхнер воронкасында фильтрлейді. Тазаланған глинді ауада, сосын кептіргіш шкафта 150-200⁰С –та кептіреді, асбестпен араластырады және реакторға салады.

Құрылғыны герметивтілікке тексереді. Ол үшін су өткізетін кранды ашады, резина шлангінің соңын газометр деңгейінен 10-15 см төмен ұстау керек.

Прибордың герметивтілігі кезінде су шлангі арқылы құйылмайды. Егер ол төмен түсіп кетсе, онда жүйеде тепе-теңдік бұзылады және мұндай жағдайда құрылғының герметивтілігін сақтап қалу қиынға соғады.

Құрылғының герметивтілігіне көз жеткізген соң электропешті 600⁰С-ге дейін қыздырады. Ауаны атмосфераға шығарады. Газометрді қосып, кранды ашады және керосинді секундына 2-3 тамшыдан тамшылап қосады. Құбыр арқылы 50-80 мл керосин өткенде пешті қосады және крекинг өнімдерін айдауды жүргізеді. Сұйық өнімдердің көлемін өлшейді және оны тоңазытқышпен жалғанған колбаға құяды. Дистиллятты өлшеуіш цилиндрге жинайды. Алынған бензин (170⁰С-ге дейін қайнаған) және ауыр фракциялардың (170⁰С-ден 230⁰С-ге дейін қайнаған) көлемін өлшейді. Салыстыру үшін керосинді айдайды. Алынған өнімде үнемі қанықпаған қосылыстар болады, оларды бром суының көмегімен анықтайды.

Крекингінің газ тәрізді өнімдерінің құрамында да қанықпаған көмірсутектер болады. Олардлы анықтау үшін газометргігазды суы бар цилиндрге жинайды, аздап бром суынан қосады және цилиндрді шынымен жауып шайқайды. Жұмыс барысында катализаторда кокс жиналып қалады, сондықтан 3-4 тәжірибеден кейін катализаторды басқасына ауыстырады немесе коксты жағып жібереді. Коксты жағу үшін пешті 800⁰С-ге дейін қыздырып, құбырды газометрге немесе сутартқыш насосқа 15-20 мин бойы жалғайды, құбыр арқылы әлсіз ауа тоғын өткізеді.

Крекингіні жоғарырақ температурада жүргізуге болады, мысалы 650-700⁰С-та. Мұндай жағдайда газ тәрізді өнімдердің мөлшері артады.
Ж ұ м ы с н ә т и ж е л е р і н ө н д е у

Крекингіге арналған құрылғының суретін салу және оның жұмысын сипаттап беру. Тәжірибе нәтижесін таблица түрінде жазу.

1. Напишите уравнение реакции термического распада гептана при крекинге на два углеводорода с меньшей молекулярной массой.

2. Напишите уравнение реакции дегидрирования бутана при крекинге.

3. Октановые числа бензинов, полученных за счет термического крекинга, находятся в пределах от 60 до 75, а бензинов каталитического крекинга – выше 80. Каков состав этихбензинов?

2. Составление материального баланса процесса коксования

Коксование проводят в камерных или шахтных печах, работающих в политермическом режиме с постепенным подъемом температуры, поэтому процесс сопровождается многичленными первичными и вторичными химическими реакциями (рис. 15.1).

Термические превращения угля начинаются при температурах около 200⁰С. Однако уже при нагревании до 120⁰С выделяются физически связанная влага, адсорбируемые углем газы (диоксид углерода, метан, компоненты воздуха). При температурах более 200⁰С начинается выделение некоторого количества воды, образующейся при термическом разложении органической массы сырья (ОМУ), а также диоксида углерода.  Это является результатом достаточно сложных химических превращений, затрагивающих в основном внешние полярные группы. В диапазоне 250-325⁰С процессы разложения угольного вещества усиливаются. Идет интенсивное выделение паров воды, диоксида углерода, выделяется некоторое количество сероводорода и органических соединений серы. На этой стадии заметно уменьшается содержание кислорода в угле, особенно в угле ранней стадии метаморфизма. Однако и в этом температурном интервале идет расщепление химических связей лишь на концевых участках макромолекул угля. Глубоких изменений внутренней структуры органической массы угля ещё не происходит. При температурах выше 3500С начинается разложение основной органической массы угля. Глубокое разложение органической массы угля, выделение жидких в обычных условиях веществ (смолы) завершается при температуре около 550⁰С. При 550⁰С остается твердый остаток – полукокс, поэтому процесс термической переработки, заканчивается при температуре 500-550⁰С, обычно называют полукоксованием. При последующем нагревании протекают процессы дальнейшего уплотнения вещества полукокса, формирование и развитие микрокристаллитных графитоподобных структур. Эти процессы сопровождаются отщеплением газообразных продуктов – в первую очередь водорода, а также некоторых количеств аммиака, метана, оксида углерода, азота. К 900⁰С завершается образование достаточно высоконауглероженного твердого остатка – кокса.

Конечными продуктами пиролиза будут как индивидуальные вещества (сероуглерод, бензол, толуол, ксилолы, аммиак, антрацен, нафталин и т.д.), так и смеси веществ (масла – нафталиновое, поглотительное и др.; сольвент – смесь изомеров триметилбензола и ароматических углеводородов; каменноугольный пек, обратный коксовый газ и др.).

П р о в е д е н и е р а б о т ы
Р е а к т и в ы и о б о р у д о в а н и е: Каменный уголь, Хлорид кальция, Раствор серной кислоты 0,5 моль/л, Раствор серной кислоты 20%-ный, Раствор гидроксида натрия 30%-ный, Ксилол, Индикатор метиловый оранжевый, Оксид ртути (II), Установка для коксования угля, Фарфоровая ступка с пестиком
Описание установки и подготовка ее к работе

Коксование угля проводят в фарфоровой трубке 1, помещенной в электропечь 2 (рис. 15.2).

Каменный уголь дробят в фарворовой ступке, перемешивают, взвешивают (с точностью до 0,01 г) и пересыпают в предварительно взешенную трубку для коксования. Затем трубку вставляют в печь и разравнивают угольную загрузку так, чтобы уголь располагался ровным слоем по той части трубки, которая находится в печи. Трубку коксования устанавливают с небольшим наклоном, а газоотводную трубку помещают в пробке как можно ниже. После сбора установки и повторной проверки на герметичность открывают кран 17 на газометре 14, чтобы запорная жидкость вытекала из газометра. Давление в манометре 5 поддерживают в пределах 1,3^.10² Па. Включают печь 2, ведут нагревание до температуры 1123 К, а затем выдерживают при этой температуре 30 мин.

По окончании коксования выключают электропечь, перекрывают все краны и зажимы, отсоединяют трубку 1 от поглотительной системы. Горячая трубка охлаждается на листе асбеста. Поглотительные склянки разъединяют, выдерживают 15 мин и взвешивают.
Анализ продуктов коксования

1. 
   Массу кокса определяют путем взвешивания остывшей трубки и определения ее привеса.
   
2. 
   Массу надсмольной воды и смолы определяют путем взвешивания ловушки и вычитания массы пустой ловушки. Привес ловушки 6 дает массу сконденсировавшейся смолы и воды.
   
3. 
   Массу воды определяют в конденсате путем азетропной отгонки воды с ксилолом. Для этого в круглодонную колбу 1 на 250 мл наливают конденсат из ловушки. Ловушку промывают 15-25 мл ксилола, а промывную жидкость сливают в колбу 1.
   

Рис. 3. Прибор для азеотропной разгонки конденсата: 1-колба, 2-ловушка, 3-холодильник, 4-колба-обогреватель

4. 
   Для определения массы выделившегося аммиака оттитровывают избыток серной кислоты (1м) в поглотительной склянке 9. По разности взятой кислоты и обратно оттитрованной рассчитывают массу аммиака.
   
5. 
   Привес поглотительных сосудов 10, 11, 12, 13 дает массу веществ: сероводорода и СО₂, непредельных углеводородов и сырого бензола.
   
6. 
   Полученный в газометре объем несконденсированного газа пересчитывают на нормальные условия
   

где V₀ – объем газа при нормальных условиях, л; V – объем газа в условиях опыта, л; Р – барометрическое давление, Па; h – упругость водяных паров при данной температуре газа, Па; Т – температура газа, К.

Массу газа в данном объем V₀ рассчитывают по формуле:

m = V₀ ^. 0,458

где m – масса газа при нормальных условиях, кг; V₀ – объем газа при нормальных условиях, л; 0,458 – средняя плотность газов коксования, кг/м³.
Задания и оформление работы
Результаты работы записывают в тетрадь. Составляют материальный баланс процесса коксования на 1 кг угля, данные расчета сводят в таблицу:

Приход			Расход
Продукты	кг	%	Продукты	кг	%
Уголь		100	Кокс
			Смола
			Аммиак
			H2S и СО2
			Непр. угл.
			Сырой бензол
			Газ
			Потери

Контрольные вопросы

1. 
   Каковы особенности переработки твердого топлива
   
2. 
   Перечислите виды переработки твердого топлива
   
3. 
   Укажите условия проведения коксования, конечные продукты этого процесса
   
4. 
   Опишите химические реакции и процессы, протекающие при коксовании каменного угля.
   
5. 
   Как влияют температура, плотность загрузки, скорость процесса на процессы коксования?
   
6. 
   Опишите процесс полукоксования. Какие продукты образуются при полукоксовании?
   
7. 
   Что такое коксовый газ? Какие продукты образуются при переработке коксового газа?
   
8. 
   В чем заключается подготовка к коксованию?
   
9. 
   Как классифицируются угли по их способности к коксованию? Перечислите коксоующихся углей.
   

Үй шаруашылығынды кір жуу немесе тағы басқа үшн қолданылатын кәдімгі сабын алудың шикізаты болып жануар немесе өсімдік майлар табылады. Майлар глицерин және шекті жоғары карбон қышқылдарының күрделі эфиры деп қарастырады. Жануар майларының құрамына шекті жоғары карбон қышқылдарының қоспалары кіреді

Сабын алудың схемасын осындай реакциялармен көрсетуге болады:

где R = С₁₁Н₂₃; С₁₅Н₃₁; С₁₇Н₃₁ и др.

RСООН + NaОН → RСООNa + Н₂О
Жоғары майлы қышқылдардың натрий және калий тұздары майлы, әдеттегі сабын болып табылады.

Натийлы сабын қатты, калийлы – жұмсақ. Сабынның сорты оның құрамындағы процентпен берілген майлы қышқылдар мөлшеріне байланысты.

Бізің өнеркәсіптерде жасалынатын сабын 72%-, 70%-, 60%-тік болады. Жоғары сапалы шаруашылық және иісті сабын құрамына бояғыштар мен иісті заттар қосады.

Ж ұ м ы с м а қ с а т ы: Азық-түлік шикізатынан сабын алу және сабын құрамындағы майлы қышқылдардың мөлшерін анықтау.

1. май

3. этанол или пропанол -1

4. натрий хлориді (қаныққан ерітінді ρ = 1,16 – 1,18 10³ кг/м³)

5. иісті сабын

6. түз қышқылы

7. көлемі 100-150 мл фарфор стаканы (2 дана)

8. көлемі 100-250 мл колбалар

9. шыны таяқша

Ж ұ м ы с ж о с п а р ы:

1. Тақырып бойынша әдебиеттерді оқу

2. Жұмыс жасау барысы.

Ж ұ м ы с б а р ы с ы

Жұмыс аяқталған соң сабын алудың методикасын қысқаша жазып, сабын және майлы қышқылдардың шығымын есептейді (% -пен).

1. Сабын алуды қандай сатылармен жүргізеді?

2. Сабын алудың химиялық реакциясы?

3. Қандай себептермен сабын сұйық және қатты болады?

1.М.Ю.Тихвинская, В.Е.Волынский «Практикум по химической технологии», М. «Просвещение», 1984 г. Стр. 126-128.