Химия и технология органических веществ: Рабочая программа, задания на контрольные работы

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра ЭКОЛОГИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Рабочая программа Задания на контрольные работы Факультет технологии веществ и материалов Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста 655000 - химическая технология органических веществ и топлива 250100 - химическая технология органических веществ Направление подготовки бакалавра 550800 - химическая технология и биотехнология

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 665 (07) Химия и технология органических веществ: Рабочая программа, задания на контрольные работы. - СПб. : СЗТУ, 2004. – 26 с. Методический сборник соответствует требованиям государственных образовательных стандартов профессионального образования по направлению дипломированного специалиста 65500 – «Химическая технология органических веществ и топлива» (специальность 250100 – «Химическая технология органических веществ») и направлению подготовки бакалавра 550800 – «Химическая технология и биотехнология». Настоящее издание содержит рабочую программу дисциплины с вопросами для самопроверки по каждому разделу, список литературы, тематический план лекций и практических занятий, лабораторный практикум, задание на контрольные работы и методические указания к их выполнению. Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры экологии и инженерной защиты окружающей среды на химических предприятиях 19 января 2004 г., одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов 15 апреля 2004 г. Рецензенты: кафедра экологии и инженерной защиты окружающей среды (на химических предприятиях) СЗТУ (зав. кафедрой А. И. Алексеев, д-р техн. наук, проф.); кафедра технологии нефтехимических и углехимических производств Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) (зав. кафедрой В. М. Потехин, д-р хим. наук, проф.).

Составитель В. И. Левина, канд. техн. наук, доц.

@ Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

2

ПРЕДИСЛОВИЕ В объем дисциплины «Химия и технология органических веществ» входят вопросы получения исходных веществ для органического синтеза и целевых продуктов, знакомство с технологией их производств, химизмом, механизмами, кинетикой, термодинамикой, а также катализом реакций и квалифицированным применением продуктов синтеза. Знакомство студентов с существующей и перспективной технологией получения большого ассортимента органических веществ, вырабатываемого в промышленном масштабе, обеспечивает широкий профиль знаний в различных областях, предприятия которых не всегда относятся к традиционным химическим производствам. 1. Содержание дисциплины 1.1. Содержание дисциплины по ГОС Химия и технология органических веществ: важнейшие продукты органического синтеза, области их применения; исходные вещества органического синтеза (парафины, олефины, ароматические углеводороды, ацетилен, оксид углерода, синтез-газ), технология, показатели качества; основные химические процессы, используемые в органическом синтезе: галогенирование, сульфирование, нитрование, нитрозирование, окисление, восстановление, гидрирование, дегидрирование, алкилирование, арилирование, гидролиз, гидратация, дегидратация этерификация, ацилирование, конденсация по гидроксильным группам, синтезы на основе оксида углерода. 1.2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объем дисциплины 238 часов) 1.2.1. Введение (4 часа) [1], с.7−30; [3], с. 17-22 Характеристика отрасли органического синтеза, особенности и направления развития. Важнейшие продукты органического синтеза, их характеристика и области применения.

3

Вопросы для самопроверки 1.

Назовите

источники

природного

многотоннажного

сырья

для

промышленности основного органического и нефтехимического синтеза. 2. Перечислите основные тенденции развития отрасли органического синтеза. 1.2.2. Технологическое оформление процессов органического синтеза (10 часов) [4], с. 78-85, 111-131, 163-168; [5], с. 302-322 Назначение и технологическое оформление стадии подготовки исходных веществ. Необходимость и способы очистки реагентов от примесей, варианты аппаратурного оформления узлов очистки. Узел подогрева исходных веществ. Классификация

химических

реакторов.

Аппаратурное

оформление

реакционной стадии основных процессов органического синтеза. Назначение

и

технологическое

оформление

стадии

разделения

переработки продуктов реакции. Вопросы для самопроверки 1. Обоснуйте необходимость очистки исходных компонентов от примесей. 2. Перечислите варианты аппаратурного оформления узлов очистки. 3. Дайте определение химическому реактору. 4. Обоснуйте необходимость стадии разделения продуктов реакции. 1.2.3. Исходные вещества (36 часов) [1], с. 27-120; [3], с. 22-98 Алканы, их свойства и источники. Методы и технология выделения алканов из газов и нефтяных фракций.

4

и

Алкены, их свойства. Методы получения алкенов. Производство этилена и других алкенов методом пиролиза. Производство пропилена и бутенов методом деструктивной переработки нефтяных фракций. Арены, их свойства и источники. Производство аренов. Каталитический риформинг бензинов. Ацетилен и его свойства. Методы получения ацетилена. Особенности технологии выделения и очистки ацетилена. Оксид углерода и синтез-газ, их свойства. Получение синтез-газа газификацией

угля.

Химия

и

технология

каталитической

конверсии

углеводородов и термической газификации топлива. Технология очистки синтез-газа и выделения чистого оксида углерода. Вопросы для самопроверки 1. Назовите исходные вещества для основного органического и нефтехимического синтеза. 2. Перечислите основные синтезы и напишите уравнения химических реакций на основе алканов, алкенов, аренов. 3. Охарактеризуйте основные методы получения синтез-газа. 4. Перечислите синтезы и напишите уравнения химических реакций на основе оксида углерода. 1.2.4. Процессы галогенирования (24 часов) [1], с. 93-144, 150-158; [2], с. 499-524 Назначение процессов и основные продукты. Классификация процессов галогенирования и их термодинамическая характеристика. Галогенирующие агенты. Техника безопасности в процессах галогенирования. Химия

и

теоретические

основы

радикально-цепного

хлорирования

алканов, алкенов и аренов. Технология жидкофазного и газофазного хлорирования. Основные продукты, получаемые данными методами. Основные

5

типы реакторов. Проблема использования хлористого водорода и процесс окислительного хлорирования. Ионно-каталитическое галогенирование. Химия и теоретические основы присоединения галогенов по ненасыщенным связям, получаемые продукты. Технология процесса. Химия и технология процесса хлоргидринирования. Химия и теоретические основы, получаемые продукты и технология гидрохлорирования алкенов и алкинов. Производство хлористого винила из ацетилена. Научные основы, продукты и технология процесса ионнокаталитического галогенирования аренов. Галогенирование кислородсодержащих соединений. Процессы расщепления хлорпроизводных и их сочетание с процессами хлорирования. Технология и теоретические основы процесса термического дегидрохлорирования. Процессы

фторирования.

Фторирующие

агенты.

Фторирование

молекулярным фтором и высшими фторидами металлов, фтористым водородом и его солями. Химия и теоретические основы процессов, технология, получаемые продукты. Вопросы для самопроверки 1. Назначение реакций галогенирования углеводородов. 2. Назовите основные галогенирующие агенты, 3. По какому механизму протекает процесс хлорирования алканов? 4. Перечислите основные типы реакторов жидкофазного и газофазного хлорирования. 5. Напишите уравнения химических реакций галогенирования ненасыщенных соединений (алкенов, алкинов). 6. Перечислите возможные направления хлорирования аренов, укажите механизмы реакций. Каким образом можно добиться получения хлорбензола с максимальным выходом?

6

7. Напишите уравнения реакций и охарактеризуйте свойства и применение фреона-12, фреона-22, фреона-113. 1.2.5. Процессы гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации и амидирования (16 часов) [1], с. 159-218;[2], с. 400-422, 440-465; [3], с. 384 .

Реакции гидролиза, гидратации и дегидратации, этерификации и

амидирования. Гидролизующие агенты и катализаторы. Гидролиз

и

щелочное

дегидрохлорирование

хлорпроизводных.

Теоретические основы и технология процессов. Производство спиртов и фенола реакциями гидролиза. Технология процессов. Научные основы процесса гидратации и дегидратации. Технология гетерогенно-каталитической гидратации алкенов. Технология дегидратации спиртов с получением ненасыщенных соединений и простых эфиров. Получение уксусного ангидрида. Химия и теоретические основы процессов этерификации. Синтез и превращения азотпроизводных кислот. Теоретические основы процессов амидирования, дегидратации амидов и гидратации нитрилов, гидролиза и этерификации нитрилов. Технология получения метилметакрилата. Вопросы для самопроверки 1. Приведите химизм и механизм процессов прямой и сернокислотной гидратации алкенов. 2. Каковы условия каталитической гидратации ацетилена по Кучерову? Укажите достоинства и недостатки этого метода. 3. Охарактеризуйте все способы получения уксусного ангидрида, укажите области его применения. 4. Охарактеризуйте процесс получения сложных эфиров из карбоновых кислот. Приведите схемы реакционных узлов для непрерывного процесса этерификации. 5. Напишите схему получения адипиновой кислоты из бутадиена-1,3. 7

6. Опишите технологию получения метилметакрилата. 1.2.6. Процессы алкилирования (22 часа) [1], с. 337-441; [2], с. 271-299, 467-499; [3], с.110-121 Назначение процессов алкилирования, их классификация, алкилирующие агенты и катализаторы. Энергетическая характеристика основных реакций алкилирования. Алкилирование по атому углерода. Химия и теоретические основы алкилирования аренов. Технология алкилирования

аренов.

Получение

этилбензола

и

изопропилбензола.

Теоретические основы алкилирования фенолов, технология жидкофазного и газофазного алкилирования фенола. Химия и технология алкилирования изоалканов алкенами. Получение изооктана. Алкилирование по атомам кислорода, азота и серы. Технология синтеза аминов. Процессы β-оксиалкилирования. Химия и теоретические основы синтезов из α-окисей. Технология переработки окисей этилена и пропилена. Основные типы реакционных аппаратов. Процессы винилирования. Технология синтеза винилацетата. Вопросы для самопроверки 1. Приведите механизм реакций алкилирования. 2. Какие катализаторы используются в реакциях алкилирования и их роль в этих процессах? 3. Приведите технологическую схему жидкофазного алкилирования бензола в этилбензол. 4. Для производства каких продуктов используются α-окиси? Напишите уравнения реакций. 8

1.2.7. Процессы сульфатирования, сульфирования, нитрования и нитрозирования (20 часов ) [1], с. 304-314, 329- 336 Сульфирование аренов. Химия и теоретические основы процесса. Сульфирующие агенты. Технология процессов сульфирования. Производство алкилбензолсульфонатов. Сульфирование

алканов.

Сульфохлорирование,

сульфоокисление.

Основные закономерности и технология процессов. Химия и научные основы процессов нитрования алканов, алкенов и аренов. Технология производства нитроалканов. Химия и научные основы нитрозирования циклоалканов и аренов. Получаемые продукты. Вопросы для самопроверки 1. Охарактеризуйте свойства алкилсульфонатов. 2. Перечислите методы сульфирования бензола, дайте им краткую характеристику. 3. Укажите достоинства и недостатки алкиларилсульфонатов. Как зависят поверхностно-активные свойства данных соединений от их строения? 4. Укажите основные закономерности реакций сульфохлорирования и сульфоокисления. Приведите механизм реакций. 5. Напишите уравнение реакции нитрования бензола, приведите технологические параметры и схему. 6. Каково практическое значение реакций нитрозирования в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза?

9

1.2.8. Процессы окисления (36 часов) [1], с. 338-431; [2], с. 322-333, 335-348; [3], с. 209-266; 268-349, 351-429 Практическое значение процессов окисления и их классификация. Окислительные агенты и техника безопасности в процессах окисления. Энергетическая характеристика реакций окисления. Научные основы процессов окисления воздухом и молекулярным кислородом. Механизм процессов гомогенного окисления. Кинетика и катализ гомогенного

окисления.

Гетерогенный

катализ

процессов

окисления.

Катализаторы, механизм гетерогеннокаталитического окисления. Основы технологии процессов окисления воздухом и молекулярным кислородом. Окисление в жидкой и газовой фазах, типы реакционных аппаратов. Химия и технология процесса окисления алканов, получаемые продукты. Окисление циклоалканов. Производство циклогексанона и адипиновой кислоты из циклогексана. Окисление алкенов по насыщенному атому углерода. Производство акролеина. Производство окиси этилена прямым окислением этилена. Технология процесса. Окисление алкенов по ненасыщенному атому углерода. Технология окисления алкенов. Окисление

аренов.

Окисление

алкилбензолов

в

гидроперекиси

и

окислительные методы синтеза фенола, ацетона, стирола и их гомологов. Производство

ароматических

карбоновых

кислот.

Области

применения

ароматических карбоновых кислот. Окислительный аммонолиз углеводородов. Основные закономерности окислительного аммонолиза. Синтез синильной кислоты. Окислительный аммонолиз метана. Основные закономерности и технология получения акрилонитрила.

10

Вопросы для самопроверки 1. Каковы условия, технологические параметры, а также химизм процесса окисления алканов? 2. Приведите механизм окисления метана. 3. Перечислите окислительные агенты, применяемые в лабораторной практике и в промышленности. 4. В чем заключается суть реакций окислительного аммонолиза? Технология получения акрилонитрила по этому методу. 5. Напишите уравнение и механизм реакции прямого окисления этилена в ацетальдегид. В чем заключаются преимущества этого метода получения ацетальдегида перед другими? 6. Какие вещества получают при окислении алкилароматических соединений? 7. Приведите механизм реакции окисления изопропилбензола в гидроперекись и разложения ее на фенол и ацетон. 8. Приведите технологическую схему получения фенола кумольным методом. 9. Приведите схему реакции получения терефталевой кислоты из п-ксилола. 10. Какие продукты получаются при окислении алкенов по ненасыщенному атому углерода? 11. Приведите схему получения стирола и его гомологов окислительными методами. 12. Охарактеризуйте процесс парофазного окисления аренов в ангидриды кислот. 1.2.9. Процессы дегидрирования, гидрирования и восстановления (30 часов) [1], с. 438-503; [2], с. 299-310; [3], с. 124-206 Классификация

реакций

дегидрирования,

гидрирования.

Физико-

химические основы процессов. Влияние термодинамических факторов на выбор условий процесса. Катализ, механизм и кинетика реакций. 11

Дегидрирование и окислительное гидрирование спиртов и аминов. Получение формальдегида. Дегидрирование алкиларенов. Производство стирола и α-метилстирола. Катализаторы и схемы дегидрирования. Технико-экономическое сравнение различных методов получения стирола. Дегидрирование

алканов.

Технологическая

схема

двухстадийного

дегидрирования алканов С4-С5. Одностадийное дегидрирование алканов в диены. Сравнительная характеристика методов и пути их совершенствования. Химия, катализ и основные закономерности реакций гидрирования углеводородов.

Основные

продукты,

получаемые

данным

методом.

Гидрирование кислородсодержащих органических соединений. Гидрирование азотистых соединений. Технология

жидкофазного

и

газофазного

гидрирования.

Типы

реакционных устройств, технологические схемы. Химия

и

научные

основы

процессов

восстановления.

Основные

восстанавливающие агенты и основы технологии. Вопросы для самопроверки 1. Каково влияние температуры, давления и катализаторов на реакцию дегидрирования? 2. Приведите схему выделения бутан-бутиленовой фракции из контактного газа, получаемого в процессе дегидрирования бутана. 3. Приведите схему дегидрирования бутиленов в бутадиен с применением реактора адиабатического типа. 4. Напишите уравнения реакций для различных методов получения бутадиена и синтеза на его основе. 5. Напишите уравнения реакций получения изопрена. 6. Приведите технологическую схему дегидрирования этилбензола. 7. Перечислите области применения стирола и α-метилстирола.

12

8. Напишите уравнения побочных процессов, протекающих при получении стирола. Назовите оптимальные технологические параметры проведения процесса. 9. Чем определяются условия гидрирования аренов? 10. Что является конечными продуктами восстановления карбонильных соединений и карбоновых кислот?

1.2.10. Синтезы на основе оксида углерода (24 часа) [1], с. 507-524; [2], с. 350-367, 369-398 Синтез углеводородов по Фишеру-Тропшу. Химия и теоретические основы процесса. Технология синтеза. Синтез кислородсодержащих соединений из окиси углерода и водорода. Катализаторы и химизм реакции. Производство метанола. Процессы оксосинтеза. Получение альдегидов и спиртов. Катализаторы и параметры процесса. Способы технологического оформления процесса. Прямое получение карбоновых кислот и их производных оксосинтезом. Вопросы для самопроверки 1. Опишите методы получения оксида углерода. 2. Охарактеризуйте катализаторы и приведите условия процесса синтеза углеводородов из оксида углерода и водорода (процесс Фишера-Тропша). 3. Каково влияние температуры, давления и объемной скорости на состав конечных продуктов в процессе Фишера-Тропша? 4. Назовите параметры процесса и катализаторы, применяемые при получении спиртов по методу оксосинтеза. 5. Приведите химизм и механизм процесса оксосинтеза при получении альдегидов.

13

1.2.11. Процессы конденсации по карбонильной группе (16 часов) [1], с. 531-556 Назначение и основные типы процессов. Теоретические основы процессов конденсации альдегидов и кетонов с аренами. Технология производства дифенилолпропана. Химия и технология процессов конденсации аренов со спиртами и алкенами. Получение фенола и аминов с боковыми алкильными группами. Вопросы для самопроверки 1. Чем обусловлено протекание конденсации карбонильных соединений с аренами и с алкенами? Приведите механизм реакций. 2. Назовите основные продукты, получаемые конденсацией альдегидов и кетонов с аренами. 3. Напишите уравнение реакции получения дифенилолпропана. 1.3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (36 ЧАСОВ) Часть 1 ( 24 часа) 1. Введение. Основные источники углеводородного сырья для нефтехимии. Базовые процессы переработки природных горючих ископаемых (2 часа). 2.Технологическое оформление процессов органического синтеза (2 часа). 3.Галогенирование. Энергетическая характеристика реакций галогенирования. Хлорирование алканов и их галогенпроизводных. Технология процессов. (2 часа). 4. Галогенирование алкенов. Промышленное осуществление процессов. Реакция хлоргидринирования. 14

5. Галогенирование аренов (2 часа). 6. Процессы гидролиза и гидратации. Производство спиртов и фенола реакциями гидролиза (2 часа). 7. Получение эфиров серной кислоты и сернокислотная гидратация алкенов. (2 часа). 8. Синтезы на основе аренов. Алкилирование. Производство этилбензола и изопропилбензола (2 часа). 9. Процессы винилирования. Производство винилацетата (2 часа). 10. Сульфирование аренов. Поверхностно-активные вещества типа алкиларилсульфонатов (2 часа). 11. Сульфирование алканов. Сульфохлорирование и сульфоокисление. Поверхностно-активные вещества типа алкилсульфонатов. 12. Процессы нитрования. Химия, теоретические основы и технология процессов (2 часа). .Часть 2 ( 12 часов) 1. Производство кислородсодержащих продуктов окислением алканов. (2 часа) 2. Производство кислородсодержащих продуктов окислением алкенов (2 часа). 3. Производство кислородсодержащих продуктов окислением алкилароматических и нафтеновых углеводородов (2 часа). 4. Процессы дегидрирования и гидрирования. Дегидрирование алканов (2 часа). 5. Химия и технология процессов гидрирования (2 часа). 6. Промышленные синтезы на основе окиси углерода и водорода (2 часа).

15

1.4. ТЕМА ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ Расчеты химико-технологических процессов. Решение задач (2 часа). 1.5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ( 36 часов) 1. Вводное занятие. Определение состава трехкомпонентной смеси

методом

газо-жидкостной хроматографии (6 часов). 2. Получение алкенов каталитической дегидратацией спиртов (6 часов). 3. Получение дихлорэтана или хлорбензола (6 часов). 4. Гидролиз хлорпроизводных до спиртов (6 часов). 5. Получение адипиновой кислоты (6 часов). 6.Получение дифенилолпропана (6 часов). После выполнения лабораторного практикума студенты сдают зачет. 2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. -М., Химия, 1988, 592 с. 2. Тимофеев В. С., Серафимов Л. А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. -М.: Высш. шк., 2003.-536 с.: ил. 3. Адельсон С. В., Вишнякова Т. П., Паушкин Я. М. Технология нефтехимического синтеза. -М.: Химия, 1985, 608 с. Дополнительный: 4. Эмирджанов Р.Т. , Лемберанский Р.А. Основы технологических расчетов в нефтепереработке и нефтехимии. -М.: Химия, 1988, с.

16

5. Справочник нефтепереработчика: Справочник/Под ред. Г. А. Ластовкина, Е. Д. Радченко и М. Г. Рудина. -Л.: Химия, 1986. -648 с., ил. 3. ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ. Вариант контрольного задания выбирается в соответствии с последней цифрой шифра студента. Перед тем как приступить к выполнению контрольного задания, студент должен, пользуясь методическими указаниями, проработать

рекомендуемую

литературу.

Каждая

контрольная

работа

выполняется отдельно и представляется на кафедру для рецензирования в намеченные по графику сроки. Контрольная работа оформляется в тетради. Ответы на вопросы, уравнения реакций записываются полностью. Произвольные сокращения не допускаются, таблицы

и

рисунки

оформляются

в

соответствии

с

требованиями,

предъявляемыми к оформлению. По всем вариантам должны быть приведены уравнения химических реакций и сведения об их механизме. В конце контрольной работы приводится список использованной литературы. По каждой части программы выполняется 1 контрольная работа. Номера вопросов контрольных заданий приведены в таблице: Варианты

№1

№2

1

1,11,21

31,41,51

2

2,12,22

32,42,52

3

3,13,23

33,43,53

4

4,14,24

34,44,54

5

5,15,25

35,45,55

6

6,16,26

36,46,56

7

7,17,27

37,47,57

8

8,18,28

38,48,58

9

9,19,29

39,49,59

10

10,20,30

40,50,60 17

ЗАДАЧИ 1. Методы получения четыреххлористого углерода. Получение ССl4 из метана. Механизм реакции. Особенности проведения процесса. 2. В чем различие механизма реакций обрыва цепей при хлорировании углеводородов в жидкой и газообразных фазах? 3. Получение хлористого этила гидрохлорированием этилена. Механизм реакции. Особенности проведения процесса. 4. Методы получения хлористого винила. Производство хлористого винила из ацетилена. 5. Получение хлорбензола. Механизм реакции. Выбор условий проведения процесса. 6. Привести механизм реакций алкилирования бензола алкенами и показать влияние условий процесса на выход моно- и полиалкилбензолов. 7. Привести механизм реакций прямой гидратации алкенов и показать влияние условий на равновесие этой реакции. 8. Поверхностно-активные вещества типа алкиларилсульфонатов. Технология получения. 9. Промышленные методы нитрования алканов. Технология нитрования алканов в газовой фазе. 10. Назовите продукты, получаемые сернокислотной гидратацией алкенов и хлоралкенов. Чем обусловлено различие? Приведите схемы уравнений реакций. 11. В процессе алкилирования бензола этиленом степень конверсии составляет 40%, а селективность по этилбензолу 85%. Определить массу бензола, необходимого для получения 3 000 кг этилбензола. 12. При хлорировании 1000 м3 метана получено 500 кг метилхлорида, селективность по которому составила 52%. Определить степень конверсии метана. 18

13. При получении этанола методом прямой гидратации этилена селективность составляет 96%. Определить степень конверсии процесса, если на гидратацию подано 30 000 м3 газа, содержащего 86% (об) этилена, а масса полученного этанола 2 200 кг. 14. Степень конверсии н-бутана при его дегидрировании равна 42 %, а селективность по н-бутенам 85%. Определить объем н-бутана при 500 °С и давлении 0,11 МПа, необходимый для получения 5 000 м3 н-бутенов. 15. Степень конверсии метанола при его окислении до формальдегида равна 90%, а селективность по формальдегиду составляет 97%. Определить объем паров метанола 500 °С и давлении 0,11 МПа, необходимый для получения 3000 кг формалина с содержанием формальдегида 37%. 16. Производительность установки по нитробензолу 3 000 кг/ч. Выход нитробензола составляет 97% на бензол. Нитрующую смесь подают в количестве 4 кг на 1 кг бензола. Время реакции 12 мин. Плотность нитрующей смеси 1600кг/м3, а плотность бензола 880 кг/м3. Коэффициент заполнения реактора 0,8. Определить требуемый реакционный объем. 17. При хлорировании 16 000 кг бензола было получено 4 000 кг хлорбензола. Определить степень конверсии бензола, если селективность по хлорбензолу составляет 95 % . 18. Для получения изопропилбензола используют пропан-пропиленовую фракцию, содержащую 80% (об.) пропилена. Мольное соотношение пропилен : бензол составляет 3 : 3,5. Определить массу бензола и пропилена для получения 1 000 кг изопропилбензола, если конверсия бензола 30%, селективность по изопропилбензолу 87%. 19. Определить массу карбида кальция, содержащего 75% основного вещества, необходимого для получения 5 000 м3 ацетилена. Степень конверсии карбида кальция 97%. Газ выходит из генератора при температуре 50 °С и давлении 0,15 МПа. 20. При получении винилацетата мольное отношение ацетилена и уксусной кислоты составляет 3,5 : 1. Выход винилацетата 95% по ацетилену. Определить 19

массу ацетилена и уксусной кислоты необходимых для получения 3000 кг винилацетата. 21. Объем катализатора в трубах реактора окисления о-ксилола во фталевый ангидрид 20 м3, его удельная производительность 300 кг/м3 ч фталевого ангидрида. В реактор подают газовую смесь из расчета 20 м3 воздуха на 1 кг оксилола. Определить объемную долю о-ксилола в исходной смеси, если выход ангидрида составляет 80%. 22. Уксусную кислоту получают жидкофазным окислением ацетальдегида. Производительность реактора по смеси целевых продуктов 3600 кг/ч. Парогазовая смесь, поступающая в реактор при 50 °С и давлении 0,2 МПа, содержит 18 % (об.) ацетальдегида. Конверсия ацетальдегида составляет 15%. Определить диаметр трубопровода, подводящего смесь газов в реактор, при линейной скорости подачи газа 20 м/с. 23. Алкилирование бензола этиленом проводится в реакторе, внутренний диаметр которого 2,3 м. Удельная производительность реакционного объема по этилбензолу составляет 156 кг/м3⋅ ч. Выход этилбензола на этилен 90 %. Определить объемный расход этиленовой фракции, содержащей 60%(об) этилена, если высота реактора 7 м. 24. Определить объем катализатора (для окисления SO2 в SO3), если время контакта газа с катализатором τ = 0,55 с. Порозность слоя ε = 0,364. Температура в реакционной зоне 550 °С. Расход газа Vг = 10 300 м3/ч. 25. Определить объемную скорость газа в реакторе окисления SO2, если линейная скорость газа wг = 0,8 м/с. Диаметр реактора D = 3 м. Высота слоя катализатора Н0 = 300 мм. Температура в реакторе 500 °С. 26. В процессе хлорирования бензола для отвода тепла испаряется 1800 кг бензола на 1000 кг хлорбензола. Определить производительность установки по хлорбензолу, если тепловой поток с испаряющимся бензолом равен 88 кВт, а теплота испарения бензола составляет 30,6 кДж/моль. 27. Газофазное хлорирование метана проводится при 450°С и давлении 0,1 МПа. Расход метана при нормальных условиях 500 м3/ч, мольное соотношение 20

метан : хлор равно 5,5 : 1. Удельная производительность реакционного объема 250 ч-1. Определить рабочий объем реактора. 28. Производительность реактора окислительного аммонолиза пропилена равна 1500 кг/ч акрилонитрила. Степень конверсии пропилена 65%, содержание пропилена в исходном газе 15% (об.), линейная скорость газовой смеси в реакторе 0,5 м/с. Определить диаметр реактора. 29. Изобутилен получают в результате реакции дегидратации трет-бутилового спирта. Конверсия спирта 30%. Производительность реактора по изобутилену 500 кг/ч на 1 м3 катализатора. Определить диаметр реактора для получения 3 500 кг/ч изобутилена. 30. Винилацетат получают из ацетилена и уксусной кислоты при 210 °С и давлении 0,11 МПа в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора. Линейная скорость подачи газа 0,6 м/с. Производительность установки 36 т/сут винилацетата. Определить диаметр реактора. 31.Какие и с какой целью применяются гомогеннокаталитические добавки при газофазном окислении низших алканов ? Приведите механизм реакции. 32. Перечислите продукты, получаемые в результате каталитического и термического окисления метана. Какое влияние оказывает изменение технологических параметров на выход продуктов окисления ? 33. Перечислите промышленные методы получения уксусной кислоты. Приведите уравнения реакций, укажите технологические параметры проведения процессов. 34. Что является основным продуктом жидкофазного окисления н-бутана? Приведите механизм реакции. 35. Назначение процесса окисления алканов С20 - С40 (твердого парафина). Как влияет качество парафина и технологические параметры процесса на скорость окисления и выход продуктов? 36. Назовите наиболее простой метод получения эпоксидных соединений. Приведите уравнения реакций, механизм. Перечислите технологические особенности процесса. 21

37. Перечислите методы получения акрилонитрила, дайте сравнительную характеристику. Приведите уравнения реакций. 38. Перечислите основные методы получения фенола. Какой из них в настоящее время имеет наибольшее распространение? Приведите основные стадии процесса и механизм реакции. 39. Приведите примеры реакций гидрирования-дегидрирования. Механизм каталитического процесса. От чего зависит селективность процессов, протекающих на одном и том же катализаторе? 40. Как влияют термодинамические факторы на выбор условий проведения процессов гидрирования-дегидрирования? 41. Как из первичного спирта можно получить альдегид? Напишите схему получения. Укажите побочные продукты. Как можно увеличить селективность процесса?. 42. Напишите схему получения циклогексанона из фенола. Укажите способы интенсификации процесса. 43. В чем состоит преимущество совмещенного процесса окисления и дегидрирования спиртов при получении карбонильных соединений? Укажите основные и побочные реакции при получении формальдегида данным методом. 44. Напишите схему получения бутадиена-1,3 из этанола (метод Лебедева). Укажите условия проведения процесса. 45. Напишите схему получения стирола из бензола. Перечислите побочные процессы. Укажите пути повышения селективности процесса. 46. Назначение процессов гидрирования алкенов, получаемые продукты. Как изменяется способность алкенов вступать в реакции гидрирования в зависимости от их строения? 47. Как изменяется скорость процесса гидрирования аренов в зависимости от их строения? Чем определяется верхний предел температуры в данных процессах? 48. Показать влияние структуры органических соединений на равновесное состояние реакций их гидрирования и дегидрирования.

22

49. Какая стадия превращения является лимитирующей в реакциях гидрирования и дегидрирования, и как влияет на скорость процесса температура? 50. Показать влияние условий окисления кумола на селективность реакции образования его гидроперекиси. 51. В реактор окислительного дегидрирования метанола подается 5100 м3/ч спирто-воздушной смеси. Мольное соотношение спирт:кислород 1:0,35. Удельная производительность катализатора 10 800 кг/ч формальдегида с 1м3. Выход формальдегида 75 % на спирт. Определить внутренний диаметр реактора при высоте слоя катализатора 85 мм. Составить материальный баланс процесса. 52. Составить материальный баланс нитратора производительностью 3 т/ч нитробензола. Выход нитробензола 98% от теоретического. Состав нитрующей смеси [%(мас.)] : HNO3 − 20; H2SO4 − 60; H2O − 20. Расход нитрующей смеси составляет 4 кг на 1 кг бензола. 53. Производительность установки одностадийного дегидрирования н-бутана в бутадиен 3600 кг/ч. Объем катализатора 30 м3 , степень конверсии 35%, селективность 57%. Определить объемную скорость бутана в реакторе. Составить материальный баланс процесса. 54. Удельная производительность катализатора в реакторе восстановления нитробензола по анилину составляет 68 кг/м3⋅ ч. Выход анилина 95% на нитробензол. Расход нитробензола 500 кг/ч, водород подают в 15-кратном избытке от теоретического. Определить время пребывания газов в реакторе. Составить материальный баланс процесса. 55. Производительность установки получения стирола из этилбензола 125 т/сут. Константа скорости дегидрирования 0,85 с-1, энергия активации процесса составляет 160 000 кДж/кмоль. Конверсия 40%, селективность 92%. Линейная скорость подачи газа 1,4 м/с. Определить диаметр реактора. Составить материальный баланс процесса.

23

56. Для получения этиленоксида из этилена используют газовую смесь, которая содержит [% (об)] : этилен - 20, кислород - 7, диоксид углерода - 4, азот - 69. Получаемый реакционный газ в количестве 25 000 м3/ч содержит 4 % (об) этиленоксида. Определить объем катализатора в реакторе при его удельной производительности 2 500 кг/м3⋅ ч этиленоксида и конверсии этилена 20%. Составить материальный баланс процесса. 57. В реактор жидкофазного окисления изопропилбензола в гидропероксид поступает 8 000 кг/ч изопропилбензола, содержащего 3,5% гидропероксида. Получаемый алкилат в количестве 7200 кг/ч содержит 70% изопропилбензола. Из верхней части колонны выводится газ в количестве 2 000 м3/ч, объемная доля изопропилбензола в нем 0,8. Селективность процесса 87%. Составить материальный баланс реакционного устройства. 58. Уксусную кислоту получают окислением ацетальдегида. Процесс проводят в жидкой фазе. Высота жидкости в реакторе 6 м. Расход альдегидо-воздушной смеси, содержащей 28 %(мас.) ацетальдегида, 40 000 м3/ч. Удельная производительность реакционного объема 50 кг/ч⋅ м3. Определить объем реактора при конверсии 14% и селективности 95%. Составить материальный баланс процесса. 59. Процесс окисления пропилена в ацетон проводят при 110 °С и 0,98 МПа. Степень превращения пропилена 99%, селективность по целевому продукту 92%. Содержание пропионового альдегида на превращенное сырье 0,5%(мас.), двуокиси углерода 0,8%(мас.). Содержание кислорода в окислительной смеси 92%(мас.). Составить материальный баланс процесса для получения 1500 кг/ч ацетона. 60. Составить материальный баланс производства этанола прямой гидратацией этилена. Производительность установки по целевому продукту 2 000 кг/ч. Степень конверсии этилена за один проход 4,7%, селективность по этанолу 96%. Мольное соотношение этилена и водяного пара 1 : 0,7. Температура процесса 200 °С, давление 0,75 МПа. Содержание этилена в рециркулирующем газе 85%(мас.). 24

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие...................................................................................3 1. Содержание дисциплины..........................................................3 1.1. Содержание дисциплины по Гост.......................................... 3 1.2. Рабочая программа...................................................................3 1.2.1. Введение...............................................................................3 1.2.2. Технологическое оформление процессов органического синтеза..................................................................4 1.2.1. Исходные вещества.............................................................. 4 1.2.2. Процессы галогенирования.................................................5 1.2.3. Процессы гидролиза, гидратации, этерификации и амидирования..................................................................................6 1.2.1. Процессы алкилирования......................................................7 1.2.2. Процессы сульфатирования, сульфирования, нитрования и нитрозирования........................................................8 1.2.1. Процессы окисления...............................................................9 1.2.2. Процессы дегидрирования, гидрирования и восстановления..................................................................................11 1.2.1. Синтезы на основе оксида углерода.....................................12 1.2.2. Процессы конденсации по карбонильной группе................13 1.3. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения..............................................................................13 1.4. Тема практического занятия........................................................14 1.5. Лабораторный практикум.............................................................15 2. Библиографический список..............................................................15. 3. Задания на контрольные работы.......................................................15

25

Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 2003 г. Подписано в печать

. Формат 60х84 1/16.

Б. кн.-журн. П. л. 2.0

. Б.л. 4.0 . РТП РИО СЗПУ

Тираж

экз. Заказ

.

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5

26