甲苯氧化制苯甲酸原理
将甲苯氧化成苯甲酸的原理如图:
具体过程:
将甲苯在加热的情况下与高锰酸钾反应:在操作中分批加入高锰酸钾搅拌,控制反应速率防止暴沸,直到回流液不再出现油珠,停止加热和搅拌。
方程式:ph-CH3+2KMnO4→(加热)ph-COOK+2MnO2+H2O+KOH
加入草酸将过量高锰酸钾转变成MnO2
离子式:2MnO4-+3H2C2O4=2MnO2↓ + 2HCO3-+ 4CO2↑ + 2 H2O
加入盐酸,反应后用冷水洗涤,升华提纯可得。
方程式:ph—COOK+HCl→ph—COOH+KCl
甲苯:无色澄清液体。有苯样气味。有强折光性。能与乙醇、 乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶,极微溶于水。相对密度0.866。凝固点-95℃。沸点110.6℃。折光率 1.4967。闪点(闭杯) 4.4℃。易燃。蒸气能与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限1.2%~7.0%(体积)。低毒,半数致死量(大鼠,经口)5000mg/kg。高浓度气体有麻醉性。有刺激性。
苯甲酸:苯甲酸为具有苯或甲醛的气味的鳞片状或针状结晶,化学式C6H5COOH。熔点122.13℃,沸点249℃,相对密度1.2659(15/4℃)。在100℃时迅速升华,它的蒸气有很强的刺激性,吸入后易引起咳嗽。微溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。苯甲酸是弱酸,比脂肪酸强。它们的化学性质相似,都能形成盐、酯、酰卤、酰胺、酸酐等,都不易被氧化。苯甲酸的苯环上可发生亲电取代反应,主要得到间位取代产物。
基本信息:
中文名称
乙酸钴
中文别名
草酸钴乙二酸亚钴
英文名称
cobalt(II)
acetate
英文别名
Cobalt
diacetatecobalt(2+),diacetateanhydrous
cobalt
acetateCobalt
acetateCobaltous
diacetate
CAS号
71-48-7
分子式
C2H4CoO2
分子量
118.98500
物化性质:
外观性状
紫罗兰色结晶粉末
闪点
40ºC
储存条件
库房低温,通风,干燥,与食品原料分开存放
熔点
298ºC
(dec.)
密度
1.7043g/cm3
沸点
117.1ºC
at
760
mmHg
乙酸钴的用途:
电镀、金属着色、制催化剂。
【英文别名】 Glacial acetic acidAcetic acid solutionacetic acid 50%acetic acid, of a concentration of more than 10 per cent, by weight, of acetic acidAcetic Acid Glacial BPNatural Acetic AcidAcetic acid (36%)Acetic acid,food gradeAcetic Acid GlacialGAA
【其他名称】 冰乙酸(100%的乙酸),醋酸(俗名); 乙酸冰醋酸酸(食品级)冰乙酸冰醋酸(食品级)乙酸,无水醋酸(食品级)乙酸,36%醋酸,36%
【分子式】 C2H4O2
【结构简式】 CH3COOH
【简写式】 HAc
【CAS编号】 64-19-7
【EINECS号】200-580-7
InChI=1/C2H4O2/c1-2(3)4/h1H3,(H,3,4)[1]
【分子量】 60.05
【相对密度】1.05
【挥发性】易挥发
冰醋酸
【适应症】该品不同浓度用以治疗各种皮肤浅部真菌感染,灌洗创面及鸡眼、疣的治疗。冰醋酸可用作腐蚀剂。
【药品分类】消毒防腐剂-冰醋酸
乙酸(acetic acid)分子中含有两个碳原子的饱和羧酸,是烃的重要含氧衍生物。官能团为羧基。因是食醋的主要成分,又称醋酸。例如在水果或植物油中主要以其化合物酯的形式存在;在动物的组织内、排泄物和血液中以游离酸的形式存在。普通食醋中含有3%~5%的乙酸。乙酸是无色液体 ,有强烈刺激性气味。熔点16 .6℃,沸点117 .9℃,相对密度1.0492(20/4℃)密度比水大,折光率1.3716。纯乙酸在16.6℃以下时能结成冰状的固体,所以常称为冰醋酸。易溶于水、乙醇、乙醚和四氯化碳。当水加到乙酸中,混合后的总体积变小,密度增加,直至分子比为1∶1 ,相当于形成一元酸的原乙酸CH3C(OH)3,进一步稀释,体积不再变化。
纯的无水乙酸(冰醋酸)是无色的吸湿性液体,凝固点为16.6 °C (62 °F) ,凝固后为无色晶体。 乙酸分子模型尽管根据乙酸在水溶液中的离解能力它是一个弱酸,但是乙酸是具有腐蚀性的,其蒸汽对眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一种简单的羧酸,是一个重要的化学试剂。乙酸也被用来制造电影胶片所需要的醋酸纤维素和木材用胶粘剂中的聚乙酸乙烯酯,以及很多合成纤维和织物。
在所有化工产品中醋酸是唯一可以和石油化工竞争的煤化工产品。
编辑本段制备
乙酸的制备可以通过人工合成和细菌发酵两种方法。现在,生物合成法,即利用细菌发酵,仅占整个世界产量的10%,但是仍然是生产醋的最重要的方法,因为很多国家的食品安全法规规定食物中的醋必须是由生物制备的。75%的工业用乙酸是通过甲烷的羰基化制备,具体方法见下。空缺部分由其他方法合成。 其他方法
整个世界生产的纯乙酸每年大概有500万吨,其中一半是由美国生产的。欧洲现在的产量大约是每年100万吨,但是在不断减少。日本每年也要生产70万吨纯乙酸。每年世界消耗量为650万吨,除了上面的500万吨,剩下的150万吨都是回收利用的。
有氧发酵
在人类历史中,以醋的形式存在的乙酸,一直是用醋杆菌属细菌制备。在氧气充足的情况下,这些细菌能够从含有酒精的食物中生产出乙酸。通常使用的是苹果酒或葡萄酒混合谷物、麦芽、米或马铃薯捣碎后发酵。有这些细菌达到的化学方程式为:
C2H5OH + O2 →CH3COOH + H2O
做法是将醋菌属的细菌接种于稀释后的酒精溶液并保持一定温度,放置于一个通风的位置,在几个月内就能够变为醋。工业生产醋的方法通过提供氧气使得此过程加快。是现在商业化生产所用方法其中之一,被称为“快速方法”或“德国方法”,因为首次成功是在1823年的德国。此方法中,发酵是在一个塞满了木屑或木炭的塔中进行。含有酒精的原料从塔的上方滴入,新鲜空气从他的下方自然进入或强制对流。改进后的空气供应使得此过程能够在几个星期内完成,大大缩短了制醋的时间。
现在的大部分醋是通过液态的细菌培养基制备的,由Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提出。在此方法中,酒精在持续的搅拌中发酵为乙酸,空气通过气泡的形式被充入溶液。通过这个方法,含乙酸15%的醋能够在两至三天制备完成。
无氧发酵
部分厌氧细菌,包括梭菌属的部分成员,能够将糖类直接转化为乙酸而不需要乙醇作为中间体。总体反应方程式如下:
C6H12O6 →3 CH3COOH
更令工业化学感兴趣的是,许多细菌能够从仅含单碳的化合物中生产乙酸,例如甲醇,一氧化碳或二氧化碳与氢气的混和物。
2 CO2 + 4 H2 →CH3COOH + 2 H2O
2 CO + 2 H2 →CH3COOH
梭菌属因为有能够直接使用糖类的能力,减少了成本,这意味着这些细菌有比醋菌属细菌的乙醇氧化法生产乙酸更有效率的潜力。然而,梭菌属细菌的耐酸性不及醋菌属细菌。耐酸性最大的梭菌属细菌也只能生产不到10%的乙酸,而有的醋酸菌能够生产20%的乙酸。到现在为止,使用醋酸属细菌制醋仍然比使用梭菌属细菌制备后浓缩更经济。所以,尽管梭菌属的细菌早在1940年就已经被发现,但它的工业应用仍然被限制在一个狭小的范围。
甲醇羰基化法
大部分乙酸是通过甲基羰基化合成的。此反应中,甲醇和一氧化碳反应生成乙酸,方程式如下
CH3OH + CO →CH3COOH
这个过程是以碘代甲烷为中间体,分三个步骤完成,并且需要一个一般由多种金属构成的催化剂(第二步中)
⑴ CH3OH + HI →CH3I + H2O⑵ CH3I + CO →CH3COI⑶ CH3COI + H2O →CH3COOH + HI
通过控制反应条件,也可以通过同样的反应生成乙酸酐。因为一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料,所以甲基羰基化一直以来备受青睐。早在1925年,英国塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已经开发出第一个甲基羰基化制乙酸的试点装置。然而,由于缺少能耐高压(200atm或更高)和耐腐蚀的容器,此法一度受到抑制。直到1963年,德国巴斯夫化学公司用钴作催化剂,开发出第一个适合工业生产的办法。到了1968年,以铑为基础的催化剂的(cis?[Rh(CO)2I2])被发现,使得反映所需压力减到一个较低的水平并且几乎没有副产物。1970年,美国孟山都公司建造了首个使用此催化剂的设备,此后,铑催化甲基羰基化制乙酸逐渐成为支配性的孟山都法。90年代后期,英国石油成功的将Cativa催化法商业化,此法是基于钌,使用([Ir(CO)2I2]),它比孟山都法更加绿色也有更高的效率,很大程度上排挤了孟山都法。
乙醇氧化法
由乙醇在有催化剂的条件下和氧气发生氧化反应制得。
C2H5OH + O2=CH3COOH + H2O
乙醛氧化法
在孟山都法商业生产之前,大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。尽管不能与甲基羰基化相比,此法仍然是第二种工业制乙酸的方法。
2CH3CHO+O2→2CH3COOH
乙醛可以通过氧化丁烷或轻石脑油制得,也可以通过乙烯水合后生成。当丁烷或轻石脑油在空气中加热,并有多种金属离子包括镁,钴,铬以及过氧根离子催化,会分解出乙酸。化学方程式如下:
2 C4H10 + 5 O2 →4 CH3COOH + 2 H2O
此反应可以在能使丁烷保持液态的最高温度和压力下进行,一般的反应条件是150℃和55atm。副产物包括丁酮,乙酸乙酯,甲酸和丙酸。因为部分副产物也有经济价值,所以可以调整反应条件使得副产物更多的生成,不过分离乙酸和副产物使得反应的成本增加。
在类似条件下,使用上述催化剂,乙醛能被空气中的氧气氧化生成乙酸:
2 CH3CHO + O2 →2 CH3COOH
也能被 氢氧化铜悬浊液氧化:
2Cu(OH)2+CH3CHO→CH3COOH+Cu2O↓+2H2O
使用新式催化剂,此反应能获得95%以上的乙酸产率。主要的副产物为乙酸乙酯,甲酸和甲醛。因为副产物的沸点都比乙酸低,所以很容易通过蒸馏除去。
乙烯氧化法
由乙烯在催化剂(所用催化剂为氯化钯:PdCl2、氯化铜:CuCl2和乙酸锰:(CH3COO)2Mn)存在的条件下,与氧气发生反应生成。此反应可以看作先将乙烯氧化成乙醛,再通过乙醛氧化法制得。
丁烷氧化法
丁烷氧化法又称为直接氧化法,这是用丁烷为主要原料,通过空气氧化而制得乙酸的一种方法,也是主要的乙酸合成方法。
2CH3CH2CH2CH3 + 5O2=4CH3COOH + 2H2O
托普索法(合成气法)
低压甲醇羰基化法以甲醇,co是由天然气或水煤气获得,甲醇是重要化工原料其货源和价格波动较大。托普索法以单一天然气或煤为原料。第一步:合成气在催化剂下生成甲醇和二甲醚;第二部:甲醇和二甲醚(两者不需提纯)和co羰基化生成醋酸。也叫两步法。
编辑本段应用
【给药说明】
1.治疗甲癣,病甲清洁后以刀片将病甲削薄后用药,注意不要接触甲沟,指甲邻近皮肤可涂一薄层凡士林作保护。
2.面部癣病勿用该品治疗。
3.高浓度冰醋酸有腐蚀作用,除甲癣外,勿作其他癣病治疗。
4.治疗鸡眼和疣,用药前将病变部位清洁,并浸在热水中15~30分钟,邻近正常皮肤以凡士林涂抹保护,然后以药品滴上。
【用法与用量】
1.甲癣:以浸有30%冰醋酸溶液的棉花球放在病甲上,每日1次,1次10~15分钟,直至病甲去除,继续治疗2周。
2.手足癣:用10%冰醋酸溶液浸手足,每日1次,1次10分钟,连续10日,如未痊愈,隔1周可重复1次。
3.花斑癣:用5%冰醋酸溶液外涂,每日2次。
4.体癣:用5%~10%冰醋酸溶液外擦,每日2次。
5.鸡眼和疣:用30%冰醋酸溶液滴患处,每日1次。
6.灌洗创面:用0.5%~2%溶液。
【不良反应】可引起接触性皮炎。以30%的冰醋酸溶液治疗甲癣可引起化学性甲沟炎。也有刺痛或烧灼感。
【禁忌证】过敏和中耳炎穿孔者禁用。[2]
编辑本段历史
醋几乎贯穿了整个人类文明史。乙酸发酵细菌(醋酸杆菌)能在世界的每个角落发现,每个民族在酿酒的时候,不可避免的会发现醋——它是这些酒精饮料暴露于空气后的自然产物。如中国就有杜康的儿子黑塔因酿酒时间过长得到醋的说法。
乙酸在化学中的运用可以追溯到很古老的年代。在公元前3世纪,希腊哲学家泰奥弗拉斯托斯详细描述了乙酸是如何与金属发生反应生成美术上要用的颜料的,包括白铅(碳酸铅)、铜绿(铜盐的混合物包括乙酸铜)。古罗马的人们将发酸的酒放在铅制容器中煮沸,能得到一种高甜度的糖浆,叫做“sapa”。“sapa”富含一种有甜味的铅糖,即乙酸铅,这导致了罗马贵族间的铅中毒。8世纪时,波斯炼金术士贾比尔,用蒸馏法浓缩了醋中的乙酸。
文艺复兴时期,人们通过金属醋酸盐的干馏制备冰醋酸。16世纪德国炼金术士安德烈亚斯·利巴菲乌斯就描述了这种方法,并且拿由这种方法产生的冰醋酸来和由醋中提取的酸相比较。仅仅是因为水的存在,导致了醋酸的性质发生如此大的改变,以至于在几个世纪里,化学家们都认为这是两个截然不同的物质。法国化学家阿迪(Pierre Adet)证明了它们两个是相同的。
1847年,德国科学家阿道夫·威廉·赫尔曼·科尔贝第一次通过无机原料合成了乙酸。这个反应的历程首先是二硫化碳经过氯化转化为四氯化碳,接着是四氯乙烯的高温分解后水解,并氯化,从而产生三氯乙酸,最后一步通过电解还原产生乙酸。
1910年时,大部分的冰醋酸提取自干馏木材得到的煤焦油。首先是将煤焦油通过氢氧化钙处理,然后将形成的乙酸钙用硫酸酸化,得到其中的乙酸。在这个时期,德国生产了约10000吨的冰醋酸,其中30%被用来制造靛青染料。
编辑本段命名
乙酸既是常用的名称,也是国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)规定的官方名称。俗称醋酸(acetic acid),该名称来自于拉丁文中的表示醋的词“acetum”。无水的乙酸在略低于室温的温度下(16.7℃),能够转化为一种具有腐蚀性的冰状晶体,并且在较低温度下就可以挥发,故常称无水醋酸为冰醋酸,冰乙酸,冰形醋酸,乙酸冰。
乙酸的实验式(即最简式)为CH2O,化学式(即分子式)为C2H4O2。常被写为CH3-COOH、CH3COOH或CH3CO2H来突出其中的羧基,表明更加准确的结构。失去H后形成的离子为乙酸根阴离子。乙酸最常用的正式缩写是AcOH 或HOAc,其中Ac代表了乙酸中的乙酰基(CH3CO)。酸碱中和反应中也可以用HAc表示乙酸,其中Ac代表了乙酸根阴离子(CH3COO),但很多人认为这样容易造成误解。上述两种情况中,Ac都不应与化学元素中锕的缩写混淆。
编辑本段易错点
乙酸与“蚁酸”“己酸”不同
① 蚁酸(formic acid) = 甲酸(methanoic acid)
化学式:HCOOH(HCO2H)
相对分子质量:46.03
②羊油酸(caproic acid) = 己酸(hexanoic acid)
(百度小词典中译“乙酸”为“caproic acid”有误)
化学式CH3(CH2)4COOH
乙酸(acetic acid)
编辑本段物理性质
相对密度(水为1):1.050
英文名称:AceticAcid
其他名:冰醋酸,醋酸
适应症:本品不同浓度用以治疗各种皮肤浅部真菌感染,灌洗创面及鸡眼、疣的治疗。[3]
药品分类:消毒防腐剂-冰醋酸
凝固点(℃):16.7
沸点(℃):118.3
粘度(mPa.s):1.22(20℃)
20℃时蒸气压(KPa):1.5
外观及气味:无色液体,有刺鼻的醋酸味。
溶解性:能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。
相容性材料:稀释后对金属有强烈腐蚀性,316#和318#不锈钢及铝可作良好的结构材料。
国家产品标准号:GB/T 676-2007
乙酸在常温下是一种有强烈刺激性酸味的无色液体。乙酸的熔点为16.6℃(289.6 K)。沸点117.9℃ (391.2 K)。相对密度1.05,闪点39℃,爆炸极限4%~17%(体积)。纯的乙酸在低于熔点时会冻结成冰状晶体,所以无水乙酸又称为冰醋酸。乙酸易溶于水和乙醇,其水溶液呈弱酸性。乙酸盐也易溶于水。
下为中华人民共和国关于工业乙酸的国家标准:
指标名称 指标
优等品 一等品 合格品
色度,Hazen 单位(铂- 钴色号)≤ 10 20 30
乙酸含量,% ≥ 99.8 99.0 98.0
水分,% ≤ 0.15 - -
甲酸含量,% ≤ 0.06 0.15 0.35
乙醛含量,% ≤ 0.05 0.05 0.10
蒸发残渣,% ≤ 0.01 0.02 0.03
铁含量(以Fe 计),% ≤ 0.00004 0.0002 0.0004
还原高锰酸钾物质, min ≥ 30 5 -
编辑本段化学性质酸性
羧酸中,例如乙酸的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子(质子)而释放出来,导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸,酸度系数为4.8,pKa=4.75(25℃),浓度为1mol/L的醋酸溶液(类似于家用醋的浓度)的pH为2.4,也就是说仅有0.4%的醋酸分子是解离的。
乙酸酸性的体现:CH3COOH<==>CH3COO- + H+
1、与指示剂作用:可使紫色石蕊试液变为红色,使甲基橙变为红色。
2、与碱反应:CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
2CH3COOH + Cu(OH)2=Cu(CH3COO)2 + 2H2O
3、与某些活泼金属反应:Mg + 2CH3COOH = Mg(CH3COO)2 + H2↑
Zn + 2CH3COOH = Zn(CH3COO)2 + H2↑
Fe + 2CH3COOH = Fe(CH3COO)2 + H2↑
4、与某些碱性氧化物反应:CaO + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + H2O
MgO + 2CH3COOH = Mg(CH3COO)2 + H2O
PbO + 2CH3COOH = Pb(CH3COO)2 + H2O
5、与某些强碱弱酸盐反应:2CH3COOH + Na2CO3 =2CH3COONa + CO2 ↑+ H2O
2CH3COOH + Na2S = 2CH3COONa + H2S↑
2CH3COOH + Na2SiO3 =2CH3COONa + H2SiO3↓
CH3COOH + C6H5ONa =C6H5OH (苯酚)+ CH3COONa
二聚物
乙酸的二聚体,虚线表示氢键
乙酸的晶体结构显示,分子间通过氢键结合为二聚体(亦称二缔结物),二聚体也存在于120℃的蒸汽状态。二聚体有较高的稳定性,现在已经通过冰点降低测定分子量法以及X光衍射证明了分子量较小的羧酸如甲酸、乙酸在固态及液态,甚至气态以二聚体形式存在。当乙酸与水溶和的时候,二聚体间的氢键会很快的断裂。其它的羧酸也有类似的二聚现象。(两端连接H)
溶剂
液态乙酸是一个亲水(极性)质子化溶剂,与乙醇和水类似。因为介电常数为6.2,它不仅能溶解极性化合物,比如无机盐和糖,也能够溶解非极性化合物,比如油类或一些元素的分子,比如硫和碘。它也能与许多极性或非极性溶剂混合,比如水,氯仿,己烷。乙酸的溶解性和可混合性使其成为了化工中广泛运用的化学品。
化学反应
对于许多金属,乙酸是有腐蚀性的,例如铁、镁和锌,反应生成氢气和金属乙酸盐。虽然铝在空气中表面会形成氧化铝保护层,但是在醋酸的作用下,氧化膜会被破坏,内部的铝就可以直接和酸作用了。金属的乙酸盐也可以用乙酸和相应的碱性物质反应,比如最著名的例子:小苏打与醋的反应。除了醋酸铬(II),几乎所有的醋酸盐能溶于水。[3]
Mg(s)+ 2 CH3COOH(aq)→ (CH3COO)2Mg(aq) + H2(g)NaHCO3(s)+ CH3COOH(aq) →CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l)
乙酸能发生普通羧酸的典型化学反应,特别注意的是,可以还原生成乙醇,通过亲核取代机理生成乙酰氯,也可以双分子脱水生成酸酐。
同样,乙酸也可以成酯或氨基化合物。如乙酸可以与乙醇在浓硫酸存在并加热的条件下生成乙酸乙酯(本反应为可逆反应,反应类型属于取代反应中的酯化反应)。
CH3COOH + CH3CH2OH<==>CH3COOCH2CH3 + H2O
440℃的高温下,乙酸分解生成甲烷和二氧化碳或乙烯酮和水。
乙酸的典型化学反应:
乙酸与碳酸钠:2CH3COOH+Na2CO3==2CH3COONa+CO2↑+H2O
乙酸与碳酸钙:2CH3COOH+CaCO3→(CH3COO)2Ca+CO2↑+H2O
乙酸与碳酸氢钠:NaHCO3+CH3COOH→CH3COONa+H2O+CO2↑
乙酸与碱反应:CH3COOH+OH-=CH3COO- +H2O
乙酸与弱酸盐反应:2CH3COOH+CO32-=2CH3COO- +H2O+CO2↑
乙酸与活泼金属单质反应:Fe+2CH3COOH→(CH3COO)2Fe+H2↑
Zn+2CH3COOH→(CH3COO)2Zn +H2↑
2Na+2CH3COOH→2CH3COONa+H2↑
乙酸与氧化锌反应:2CH3COOH+ZnO→(CH3COO)2Zn+H2O
乙酸与醇反应:CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O(条件是加热,浓硫酸催化,可逆反应)
鉴别
乙酸可以通过其气味进行鉴别。若加入氯化铁(III),生成产物为深红色并且会在酸化后消失,通过此颜色反应也能鉴别乙酸。乙酸与三氧化砷反应生成氧化二甲砷,通过产物的恶臭可以鉴别乙酸。
编辑本段生物化学
乙酸中的乙酰基,是生物化学中所有生命的基础。当它与辅酶A结合后,就成为了碳水化合物和脂肪新陈代谢的中心。然而,乙酸在细胞中的浓度是被严格控制在一个很低的范围内,避免使得细胞质的pH发生破坏性的改变。与其它长链羧酸不同,乙酸并不存在于甘油三酸脂中。但是,人造含乙酸的甘油三酸脂,又叫甘油醋酸酯(甘油三乙酸酯),则是一种重要的食品添加剂,也被用来制造化妆品和局部性药物。
乙酸由一些特定的细菌生产或分泌。值得注意的是醋菌类梭菌属的丙酮丁醇梭杆菌,这个细菌广泛存在于全世界的食物、水和土壤之中。在水果或其他食物腐败时,醋酸也会自然生成。乙酸也是包括人类在内的所有灵长类生物的阴道润滑液的一个组成部分,被当作一个温和的抗菌剂。
编辑本段环境影响
一、健康危害
侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。
慢性影响:眼睑水肿、结膜充血、慢性咽炎和支气管炎。长期反复接触,可致皮肤干燥、脱脂和皮炎。
健康危害性评价:2,3, 2 阈限值(TLV):50
大鼠经口LD50:3530(mg/kg)
健康危害:吸入后对鼻、喉和呼吸道有刺激性。对眼有强烈刺激作用。皮肤接触,轻者出现红斑,重者引起化学灼伤。误服浓乙酸,口腔和消化道可产生糜烂,重者可因休克而致死。
二、毒理学资料及环境行为
毒性:属低毒类。
急性毒性:LD50:3530mg/kg(大鼠经口);1060mg/kg(兔经皮);LC50:5620ppm,1小时(小鼠吸入);人经口1.47mg/kg,最低中毒量,出现消化道症状;人经口20~50g,致死剂量。
亚急性和慢性毒性:人吸入200~490mg/m3×7~12年,有眼睑水肿,结膜充血,慢性咽炎,支气管炎。
致突变性:
生殖毒性:
危险特性:其蒸气与空气形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与铬酸、过氧化钠、硝酸或其它氧化剂接触,有爆炸危险。具有腐蚀性。
燃烧(分解)产物:一氧化碳、二氧化碳。
灭火方法: 用水喷射逸出液体,使其稀释成不燃性混合物,并用雾状水保护消防人员。灭火剂:雾状水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳。[4]
醋酸是一种极为重要的化工产品,它在有机化工中的地位与无机化工中的硫酸相当。醋酸的主要用途有:
⑴醋酸乙烯。醋酸的最大消费领域是制取醋酸乙烯,约占醋酸消费的44%以上,它广泛用于生产维纶、聚乙烯醇、乙烯基共聚树脂、黏合剂、涂料等。
⑵溶剂。醋酸在许多工业化学反应中用作溶剂。
⑶醋酸纤维素。醋酸可用于制醋酐,醋酐的80%用于制造醋酸纤维,其余用于医药、香料、染料等。
⑷醋酸酯。醋酸乙酯、醋酸丁酯是醋酸的两个重要下游产品。醋酸乙酯用于清漆、稀释料、人造革、硝酸纤维、塑料、染料、药物和香料等;醋酸丁酯是一种很好的有机溶剂,用于硝化纤维、涂料、油墨、人造革、医药、塑料和香料等领域。
编辑本段环境标准
中华人民共和国国家职业卫生标准GBZ2.1-2007 工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素。
乙酸正庚烷的时间加权平均容许浓度PC-TWA 10mg/m3 ,短时间接触容许浓度PC-STEL 20mg/m3。
编辑本段其他补充
中文名称:醋酸
别名:醋酸、冰醋酸
英文名称:ACETIC ACID,Ethanoic acid,Vinegar acid,mathane-carboxylic acid
英文缩写:联合国编号(UNNO):2789
化学式:CH3COOH
编辑本段危险性
闪点(℃):39 爆炸极限(%):4.0-17
静电作用:可能有聚合危害:
燃烧性:自燃温度:
危险特性:能与氧化剂发生强烈反应,与氢氧化钠与氢氧化钾等反应剧烈。稀释后对金属有腐蚀性。
消防方法:用雾状水、干粉、抗醇泡沫、二氧化碳、灭火。用水保持火场中容器冷却。用雾状水驱散蒸气,赶走泄漏液体,使稀释成为不燃性混合物。并用水喷淋去堵漏的人员。
编辑本段泄漏处理
污染排放类别:Z
泄漏处理:切断火源,穿戴好防护眼镜、防毒面具和耐酸工作服,用大量水冲洗溢漏物,使之流入航道,被很快稀释,从而减少对人体的危害。
编辑本段急救
皮肤接触:皮肤接触先用水冲洗,再用肥皂彻底洗涤。
眼睛接触:眼睛受刺激用水冲洗,再用干布拭擦,严重的须送医院诊治。
吸入:若吸入蒸气得使患者脱离污染区,安置休息并保暖。
食 入:误服立即漱口,给予催吐剂催吐,急送医院诊治。
编辑本段防护措施
呼吸系统防护:空气中深度浓度超标时,应佩戴防毒面具。
眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。
手防护:戴橡皮手套。
其它:工作后,淋浴更衣,不要将工作服带入生活区。
编辑本段储运
适装船型:3
适装舱型:不锈钢舱
储运注意事项:注意货物温度保持在20-35℃,即货物温度要大于其凝固点16.7℃防止冻结。装卸货完毕时要尽量排尽管系中的残液。
液氨 -33.35℃ 特殊溶解性:能溶解碱金属和碱土金属 剧毒性、腐蚀性
液态二氧化硫 -10.08 溶解胺、醚、醇苯酚、有机酸、芳香烃、溴、二硫化碳,多数饱和烃不溶 剧毒
甲胺 -6.3 是多数有机物和无机物的优良溶剂,液态甲胺与水、醚、苯、丙酮、低级醇混溶,其盐酸盐易溶于水,不溶于醇、醚、酮、氯仿、乙酸乙酯 中等毒性,易燃
二甲胺 7.4 是有机物和无机物的优良溶剂,溶于水、低级醇、醚、低极性溶剂 强烈刺激性
石油醚 不溶于水,与丙酮、乙醚、乙酸乙酯、苯、氯仿及甲醇以上高级醇混溶 与低级烷相似
乙醚 34.6 微溶于水,易溶与盐酸.与醇、醚、石油醚、苯、氯仿等多数有机溶剂混溶 麻醉性
戊烷 36.1 与乙醇、乙醚等多数有机溶剂混溶 低毒性
二氯甲烷 39.75 与醇、醚、氯仿、苯、二硫化碳等有机溶剂混溶 低毒,麻醉性强
二硫化碳 46.23 微溶与水,与多种有机溶剂混溶 麻醉性,强刺激性
溶剂石油脑 与乙醇、丙酮、戊醇混溶 较其他石油系溶剂大
丙酮 56.12 与水、醇、醚、烃混溶 低毒,类乙醇,但较大
1,1-二氯乙烷 57.28 与醇、醚等大多数有机溶剂混溶 低毒、局部刺激性
氯仿 61.15 与乙醇、乙醚、石油醚、卤代烃、四氯化碳、二硫化碳等混溶 中等毒性,强麻醉性
甲醇 64.5 与水、乙醚、醇、酯、卤代烃、苯、酮混溶 中等毒性,麻醉性,
四氢呋喃 66 优良溶剂,与水混溶,很好的溶解乙醇、乙醚、脂肪烃、芳香烃、氯化烃 吸入微毒,经口低毒
己烷 68.7 甲醇部分溶解,比乙醇高的醇、醚丙酮、氯仿混溶 低毒。麻醉性,刺激性
三氟代乙酸 71.78 与水,乙醇,乙醚,丙酮,苯,四氯化碳,己烷混溶,溶解多种脂肪族,芳香族化合物
1,1,1-三氯乙烷 74.0 与丙酮、、甲醇、乙醚、苯、四氯化碳等有机溶剂混溶 低毒类溶剂
四氯化碳 76.75 与醇、醚、石油醚、石油脑、冰醋酸、二硫化碳、氯代烃混溶 氯代甲烷中,毒性最强
乙酸乙酯 77.112 与醇、醚、氯仿、丙酮、苯等大多数有机溶剂溶解,能溶解某些金属盐 低毒,麻醉性
乙醇 78.3 与水、乙醚、氯仿、酯、烃类衍生物等有机溶剂混溶 微毒类,麻醉性
丁酮 79.64 与丙酮相似,与醇、醚、苯等大多数有机溶剂混溶 低毒,毒性强于丙酮
苯 80.10 难溶于水,与甘油、乙二醇、乙醇、氯仿、乙醚、、四氯化碳、二硫化碳、丙酮、甲苯、二甲苯、冰醋酸、脂肪烃等大多有机物混溶 强烈毒性
环己烷 80.72 与乙醇、高级醇、醚、丙酮、烃、氯代烃、高级脂肪酸、胺类混溶 低毒,中枢抑制作用
乙睛 81.60 与水、甲醇、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、醚、氯仿、四氯化碳、氯乙烯及各种不饱和烃混溶,但是不与饱和烃混溶 中等毒性,大量吸入蒸气,引起急性中毒
异丙醇 82.40 与乙醇、乙醚、氯仿、水混溶 微毒,类似乙醇
1,2-二氯乙烷 83.48 与乙醇、乙醚、氯仿、四氯化碳等多种有机溶剂混溶 高毒性、致癌
乙二醇二甲醚 85.2 溶于水,与醇、醚、酮、酯、烃、氯代烃等多种有机溶剂混溶。能溶解各种树脂,还是二氧化硫、氯代甲烷、乙烯等气体的优良溶剂 吸入和经口低毒
三氯乙烯 87.19 不溶于水,与乙醇.乙醚、丙酮、苯、乙酸乙酯、脂肪族氯代烃、汽油混溶 有机有毒品
三乙胺 89.6 水:18.7以下混溶,以上微溶。易溶于氯仿、丙酮,溶于乙醇、乙醚 易爆,皮肤黏膜刺激性强
丙睛 97.35 溶解醇、醚、DMF、乙二胺等有机物,与多种金属盐形成加成有机物 高毒性,与氢氰酸相似
庚烷 98.4 与己烷类似 低毒,刺激性、麻醉性
水 100 略 略
硝基甲烷 101.2 与醇、醚、四氯化碳、DMF、等混溶 麻醉性,刺激性
1,4-二氧六环 101.32 能与水及多数有机溶剂混溶,仍溶解能力很强 微毒,强于乙醚2~3倍
甲苯 110.63 不溶于水,与甲醇、乙醇、氯仿、丙酮、乙醚、冰醋酸、苯等有机溶剂混溶 低毒类,麻醉作用
硝基乙烷 114.0 与醇、醚、氯仿混溶,溶解多种树脂和纤维素衍生物 局部刺激性较强
吡啶 115.3 与水、醇、醚、石油醚、苯、油类混溶。能溶多种有机物和无机物 低毒,皮肤黏膜刺激性
4-甲基-2-戊酮 115.9 能与乙醇、乙醚、苯等大多数有机溶剂和动植物油相混溶 毒性和局部刺激性较强
乙二胺 117.26 溶于水、乙醇、苯和乙醚,微溶于庚烷 刺激皮肤、眼睛
丁醇 117.7 与醇、醚、苯混溶 低毒,大于乙醇3倍
乙酸 118.1 与水、乙醇、乙醚、四氯化碳混溶,不溶于二硫化碳及C12以上高级脂肪烃 低毒,浓溶液毒性强
乙二醇一甲醚 124.6 与水、醛、醚、苯、乙二醇、丙酮、四氯化碳、DMF等混溶 低毒类
辛烷 125.67 几乎不溶于水,微溶于乙醇,与醚、丙酮、石油醚、苯、氯仿、汽油混溶 低毒性,麻醉性
乙酸丁酯 126.11 优良有机溶剂,广泛应用于医药行业,还可以用做萃取剂 一般条件毒性不大
吗啉 128.94 溶解能力强,超过二氧六环、苯、和吡啶,与水混溶,溶解丙酮、苯、乙醚、甲醇、乙醇、乙二醇、2-己酮、蓖麻油、松节油、松脂等 腐蚀皮肤,刺激眼和结膜,蒸汽引起肝肾病变
氯苯 131.69 能与醇、醚、脂肪烃、芳香烃、和有机氯化物等多种有机溶剂混溶 低于苯,损害中枢系统,
乙二醇一乙醚 135.6 与乙二醇一甲醚相似,但是极性小,与水、醇、醚、四氯化碳、丙酮混溶 低毒类,二级易燃液体
对二甲苯 138.35 不溶于水,与醇、醚和其他有机溶剂混溶 一级易燃液体
二甲苯 138.5~141.5 不溶于水,与乙醇、乙醚、苯、烃等有机溶剂混溶,乙二醇、甲醇、2-氯乙醇等极性溶剂部分溶解 一级易燃液体,低毒类
间二甲苯 139.10 不溶于水,与醇、醚、氯仿混溶,室温下溶解乙睛、DMF等 一级易燃液体
醋酸酐 140.0
邻二甲苯 144.41 不溶于水,与乙醇、乙醚、氯仿等混溶 一级易燃液体
N,N-二甲基甲酰胺 153.0 与水、醇、醚、酮、不饱和烃、芳香烃烃等混溶,溶解能力强 低毒
环己酮 155.65 与甲醇、乙醇、苯、丙酮、己烷、乙醚、硝基苯、石油脑、二甲苯、乙二醇、乙酸异戊酯、二乙胺及其他多种有机溶剂混溶 低毒类,有麻醉性,中毒几率比较小
环己醇 161 与醇、醚、二硫化碳、丙酮、氯仿、苯、脂肪烃、芳香烃、卤代烃混溶 低毒,无血液毒性,刺激性
N,N-二甲基乙酰胺 166.1 溶解不饱和脂肪烃,与水、醚、酯、酮、芳香族化合物混溶 微毒类
糠醛 161.8 与醇、醚、氯仿、丙酮、苯等混溶,部分溶解低沸点脂肪烃,无机物一般不溶 有毒品,刺激眼睛,催泪
N-甲基甲酰胺 180~185 与苯混溶,溶于水和醇,不溶于醚 一级易燃液体
苯酚(石炭酸) 181.2 溶于乙醇、乙醚、乙酸、甘油、氯仿、二硫化碳和苯等,难溶于烃类溶剂,65.3℃以上与水混溶,65.3℃以下分层 高毒类,对皮肤、黏膜有强烈腐蚀性,可经皮吸收中毒
1,2-丙二醇 187.3 与水、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮等多种有机溶剂混溶 低毒,吸湿,不宜静注
二甲亚砜 189.0 与水、甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、乙醛、丙酮乙酸乙酯吡啶、芳烃混溶 微毒,对眼有刺激性
邻甲酚 190.95 微溶于水,能与乙醇、乙醚、苯、氯仿、乙二醇、甘油等混溶 参照甲酚
N,N-二甲基苯胺 193 微溶于水,能随水蒸气挥发,与醇、醚、氯仿、苯等混溶,能溶解多种有机物 抑制中枢和循环系统,经皮肤吸收中毒
乙二醇 197.85 与水、乙醇、丙酮、乙酸、甘油、吡啶混溶,与氯仿、乙醚、苯、二硫化碳等男溶,对烃类、卤代烃不溶,溶解食盐、氯化锌等无机物 低毒类,可经皮肤吸收中毒
对甲酚 201.88 参照甲酚 参照甲酚
N-甲基吡咯烷酮 202 与水混溶,除低级脂肪烃可以溶解大多无机,有机物,极性气体,高分子化合物 毒性低,不可内服
间甲酚 202.7 参照甲酚 与甲酚相似,参照甲酚
苄醇 205.45 与乙醇、乙醚、氯仿混溶,20℃在水中溶解3.8%(wt) 低毒,黏膜刺激性
甲酚 210 微溶于水,能于乙醇、乙醚、苯、氯仿、乙二醇、甘油等混溶 低毒类,腐蚀性,与苯酚相似
甲酰胺 210.5 与水、醇、乙二醇、丙酮、乙酸、二氧六环、甘油、苯酚混溶,几乎不溶于脂肪烃、芳香烃、醚、卤代烃、氯苯、硝基苯等 皮肤、黏膜刺激性、惊皮肤吸收
硝基苯 210.9 几乎不溶于水,与醇、醚、苯等有机物混溶,对有机物溶解能力强 剧毒,可经皮肤吸收
乙酰胺 221.15 溶于水、醇、吡啶、氯仿、甘油、热苯、丁酮、丁醇、苄醇,微溶于乙醚 毒性较低
六甲基磷酸三酰胺 233(HMTA) 与水混溶,与氯仿络合,溶于醇、醚、酯、苯、酮、烃、卤代烃等 较大毒性
喹啉 237.10 溶于热水、稀酸、乙醇、乙醚、丙酮、苯、氯仿、二硫化碳等 中等毒性,刺激皮肤和眼
乙二醇碳酸酯 238 与热水,醇,苯,醚,乙酸乙酯,乙酸混溶,干燥醚,四氯化碳,石油醚,CCl4中不溶 毒性低
二甘醇 244.8 与水、乙醇、乙二醇、丙酮、氯仿、糠醛混溶,与乙醚、四氯化碳等不混溶 微毒,经皮吸收,刺激性小
丁二睛 267 溶于水,易溶于乙醇和乙醚,微溶于二硫化碳、己烷 中等毒性
环丁砜 287.3 几乎能与所有有机溶剂混溶,除脂肪烃外能溶解大多数有机物
甘油 290.0 与水、乙醇混溶,不溶于乙醚、氯仿、二硫化碳、苯、四氯化碳、石油醚 食用对人体无毒
常用金属材料熔点
金属名称 铝 铜 锰 铅 钡 钴 铁 钼 锑 铋 铬 镁 镍 锡
元素符号 Al Cu Mn Pb Be Co Fe Mo Sb B Cr Mg Ni Sn
熔 点 660.2 1083 1245 327.4 1285 1495 1539 2622 630.5 271.3 1855 650 1455 231.9
金刚石:3550钨:3410 纯铁:1535
各种钢:1300~1400 各种铸铁:1200左右
铜:1083 金:1064 银:962
铝:660 锌:419.5 铅:327
锡:232 硫代硫酸钠:48冰:0汞:-38.9 固态水银:-39固态酒精:-117 固态氮:-210
固态氢:-259固态氦:-272
(有 些 不 是 金 属也 全 给 列 出 来 了)
乙酸的制备可以通过人工合成和细菌发酵两种方法。生物合成法,即利用细菌发酵,仅占整个世界产量的10%,但是仍然是生产乙酸,尤其是醋的最重要的方法,因为很多国家的食品安全法规规定食物中的醋必须是通过生物法制备,而发酵法又分为有氧发酵法和无氧发酵法。 在氧气充足的情况下,醋杆菌属细菌能够从含有酒精的食物中生产出乙酸。通常使用的是苹果酒或葡萄酒混合谷物、麦芽、米或马铃薯捣碎后发酵。由这些细菌发酵反应的化学方程式为:
C₂H5OH + O₂ →CH₃COOH + H₂O
具体做法是将醋菌属的细菌接种于稀释后的酒精溶液并保持一定温度,放置于一个通风的位置,在几个月内就能够经过发酵,最后生成醋。工业生产醋的方法通过提供充足的氧气使得反应过程加快,此方法已经被商业化生产采用,也被称为“快速方法”或“德国方法”,因为首次在德国1823年应用成功而因此得名。此方法中,发酵是在一个塞满了木屑或木炭的塔中进行。含有酒精的原料从塔的上方滴入,新鲜空气从下方自然进入或强制对流。强化的空气量使得此过程能够在几个星期内完成,大大缩短了制醋的时间。
Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提通过液态的细菌培养基制备醋。在此方法中,酒精在持续的搅拌中发酵为乙酸,空气通过气泡的形式被充入溶液。通过这个方法,含乙酸15%的醋能够在两至三天制备完成。 部分厌氧细菌,包括梭菌属的部分成员,能够将糖类直接转化为乙酸而不需要乙醇作为中间体。总体反应方程式如下:
C6H12O6==3 CH3COOH
此外,许多细菌能够从仅含单碳的化合物中生产乙酸,例如甲醇,一氧化碳或二氧化碳与氢气的混和物。
2 CO2 + 4 H2 →CH3COOH + 2 H2O
2 CO + 2 H2 →CH3COOH
梭菌属因为有能够反应糖类的能力,减少了成本,这意味着这些细菌有比醋菌属细菌的乙醇氧化法生产乙酸更有效率的潜力。然而,梭菌属细菌的耐酸性不及醋菌属细菌。耐酸性最大的梭菌属细菌也只能生产不到10%的乙酸,而有的醋酸菌能够生产20%的乙酸。使用醋酸属细菌制醋仍然比使用梭菌属细菌制备后浓缩更经济。所以,尽管梭菌属的细菌早在1940年就已经被发现,但它的工业应用范围较窄。
除了上述生物法外,工业用乙酸多采用如下方法合成: 大部分乙酸是通过甲基羰基化合成的。此反应中,甲醇和一氧化碳反应生成乙酸,方程式如下
CH3OH + CO →CH3COOH
这个过程是以碘代甲烷为中间体,分三个步骤完成,并且需要多金属成分的催化剂(第二步中)
⑴ CH₃OH + HI →CH₃I + H₂O
⑵ CH₃I + CO →CH₃COI
⑶ CH₃COI + H₂O →CH₃COOH + HI
通过控制反应条件,也可以通过同样的反应生成乙酸酐。因为一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料,所以甲基羰基化一直以来备受青睐。早在1925年,英国塞拉尼斯公司就开发出第一个甲基羰基化制乙酸的试点装置。然而,由于缺少能耐高压(200atm或更高)和耐腐蚀的容器,此方法的应用一直受到限制。1963年,德国巴斯夫化学公司用钴作催化剂,开发出第一个适合工业生产乙酸的工艺。1968年,铑催化剂的大大降低了反应难度。采用铑的羰基化合物和碘化物组成的催化剂体系,使甲醇和一氧化碳在水-乙酸的介质中在175℃和低于3兆帕的压力条件下反应,即可得到乙酸产品。因为催化剂的活性和选择性都比较高,所以反应的副产物很少。甲醇低压羰基化法制乙酸,具有原料价廉,操作条件缓和,乙酸产率高,产品质量好和工艺流程简单等优势,但反应介质有严重的腐蚀性,需要使用耐腐蚀的特殊材质。1970年,美国孟山都公司建造了采用此工艺的装置,因此铑催化甲基羰基化制乙酸逐渐成为支配性的孟山都法。90年代后期,英国石油成功的将Cativa催化法商业化,此方法采用钌催化剂,使用([Ir(CO)₂I₂]),它比孟山都法更加绿色也有更高的效率。 在孟山都法商业生产之前,大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。尽管不能与甲基羰基化相比,此法仍然是第二种工业制乙酸的方法,反应方程式如下:
2CH₃CHO+O₂→2CH₃COOH
乙醛可以通过氧化丁烷或轻石脑油制得,也可以通过乙烯水合后生成。 采用正丁烷为原料,以乙酸为溶剂,在170℃-180℃,5.5兆帕和乙酸钴催化剂存在下,用空气为氧化剂进行氧化。同时此方法也可采用液化石油气或轻质油为原料。此方法原料成本低,但工艺流程较长,腐蚀严重,乙酸收率不高,仅限于廉价异丁烷或液化石油气原料来源易得的地区采用。
2 C₄H₁₀ + 5 O₂ →4 CH₃COOH + 2 H₂O
此反应可以在能使丁烷保持液态的最高温度和压力下进行,副产物包括丁酮,乙酸乙酯,甲酸和丙酸。因为部分副产物也有经济价值,所以可以调整反应条件使得副产物更多的生成,不过分离乙酸和副产物使得反应的成本增加。
在类似条件下,使用上述催化剂,乙醛能被空气中的氧气氧化生成乙酸:
2 CH₃CHO + O₂ →2 CH₃COOH
也能被 氢氧化铜悬浊液氧化:
2Cu(OH)₂+CH₃CHO→CH₃COOH+Cu₂O↓+2H₂O
使用新式催化剂,此反应能获得95%以上的乙酸产率。主要的副产物为乙酸乙酯,甲酸和甲醛。因为副产物的沸点都比乙酸低,所以很容易通过蒸馏除去。 塞拉尼斯公司也是世界上最大的醋酸生产商之一。1978年,赫斯特-塞拉尼斯公司(现塞拉尼斯公司)在美国得州克莱尔湖工业化投运了孟山都法醋酸装置。1980年,塞拉尼斯公司推出AOPlus法(酸优化法)技术专利,大大改进了孟山都工艺。
AOPlus工艺通过加入高浓度无机碘(主要是碘化锂)以提高铑催化剂的稳定性,加入碘化锂和碘甲烷后,反应器中水浓度降低至4%~5%,但羰基化反应速率仍保持很高水平,从而极大地降低了装置的分离费用。催化剂组成的改变使反应器在低水浓度(4%~5%)下运行,提高了羰基化反应产率和分离提纯能力。 乙酸是大宗化工产品,是最重要的有机酸之一。主要可用于生产乙酸乙烯、乙酐、乙酸酯和乙酸纤维素等。聚乙酸乙烯酯可用来制备薄膜和粘合剂,也是合成纤维维纶的原料。乙酸纤维苏可制造人造丝和电影胶片。乙酸酯是优良的溶剂,广泛用于尤其工业。乙酸还可用来合成乙酐、丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯、卤代乙酸等,也可制造药物如阿司匹林、还可以用于生产乙酸盐等。在农药、医药和染料、照相药品制造、织物印染和橡胶工业中都有广泛应用。
在食品工业中,乙酸用作酸化剂,增香剂和香料。制造食醋时,用水将乙酸稀释至4~5%浓度,添加各种调味剂而得食用醋。作为酸味剂,使用时适当稀释,可用于调饮料、罐头等,如制作蕃茄、芦笋、婴儿食品、沙丁鱼、鱿鱼等罐头,可制作软饮料,冷饮、糖果、焙烤食品、布丁类、胶媒糖、调味品等。
乙酸具有防腐剂的作用。1.5%就有明显的抑菌作作用。在3%范围以内,可避免霉斑引起的肉色变绿变黑。
概念酸或碱脱水后生成的氧化物或羧酸的分子间和分子内缩水产生的有机化合物。无机含氧酸脱水后的二元氧化物称为酸酐,如SO3、N2O5、P4O10各为H2SO4、HNO3、H3PO4的酸酐。有的酸酐与水结合可以生成几种酸,如磷酸酐P4O10加不同数目的水分子,可以生成偏磷酸HPO3、三聚磷酸H5P3O10、焦磷酸H4P2O7、正磷酸H3PO4等。碱脱水后的二元氧化物称为碱酐,如CaO为Ca(OH)2的碱酐。有机羧酸间缩水可以得到有机酸酐。酐不是一种物质!
以丙酮或乙酸为原料,首先热分解生成中间体乙烯酮,然后将含乙烯酮气体在两个串联的填充塔中用乙酸和乙酐的混合物(循环液)淬冷同时进行化学吸收,生成乙酐: H2C=C=O+CH3COOH—(CH3CO)2O
工艺过程如下:将乙酸在蒸发器内气化,于20kPa,负压下与磷酸催化剂混合并通过预热分解器预热至600℃,进行分解管,在700-720℃下热分解成含水和乙酸的乙烯酮。为避免生成沸点与乙酐相近的双乙烯酮(沸点127.4℃),在预热分解管出口处通入氨,经冷却器急冷至0℃左右,分离出水和末反应的乙酸,而后将除去乙酸的反应气体送入吸收塔,与乙酸反应生成乙酐。第一吸收塔控制温度30-40℃,乙酐浓度为85%,第二吸收塔控制温度20℃,乙酐浓度为10-20%,为保持吸收塔的乙酸浓度,在第二吸收塔中定期加入冰醋酸,并将第二吸收塔的乙酸循环至第一吸收塔作吸吸夜用。自第一吸收塔循环液中抽取的粗乙酐去精留馏塔精馏,可得浓度95%以上的乙酐。此法产生步骤多,能耗大,乙酐总收率仅约70%,是较陈旧的方法。用丙酮热解时,裂解温度650-800℃,停留时间0.25-0.75s,加入少量二硫化碳以抑制碳生成,产物用乙酸淬冷。生成的乙烯酮再以乙酸吸收即成乙酐。 其反应如下:2CH3CHO+O2——(CH3CO)2+H2O
以乙醛为原料,以乙酸钴-乙酸铜为催化剂,在45-55℃,0.29-0.39MPa用空气或氧进行液相催化氧化,产物中乙酐占40%,如加入乙酸乙酯作稀释剂,则成品乙酐可提高50%,粗品经精制分离而得。
工艺过程如下:原料乙醛加入稀释剂乙酸乙酯和催化剂乙酸钴,碳酸铜,再加入乙酸和回汽水,配成氧化料,将氧化料连续加入氧化塔底部,自塔身各节通入氧气,反应温度控制在40-60℃之间压力维持100-300kPa,连续出料,出料的料液中含醛量应不超过2%,尾气通入吸收塔用水吸收。料液在去酯工序将反应产生的水分迅速随着乙酯馏出,防止生成的乙酐水解成乙酸。再在去催化剂塔馏出酐酸混合液,催化剂留在塔釜内,贮积较浓后蒸去塔内残存酐酸,放出催化剂处理回用。酐酸混合液在酐酸分离塔将乙酐和乙酸分开。分离塔为不锈钢真料塔,操作时间真空度53.3-80kPa,塔顶出料为乙酸,塔底出料为粗乙酐。粗乙酸在不锈钢精制制塔内减压蒸去低沸物后,收集成品乙酐。此法操作简单,同时得到副产品乙酸,是乙酐的
主要生产方法。乙醛氧化法的消耗定额:乙醛1681kg/t,乙酸乙酯70kg/t,氧气571kg/t。 乙酰氯与乙酸钠反应制得。
丙醛氧化成丙酸的活化能是多少
正一观世音菩萨
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轻油氧化法和低碳烃氧化法基本相同。此路线虽然原料来源广泛且价格便宜,但由于反应生成物中组分复杂,使得分离提纯部分必须采取特殊措施,如萃取、共沸蒸馏等,远比其它方法流程长、投资大,再加此路线是以生产醋酸为主副产丙酸,装置的开工率受制于醋酸市场的影响,因此该生产方法对于以主产品为丙酸的装置是不适宜的。
雷泊一步合成法是以乙烯、一氧化碳和水为原料,在催化剂作用下反应,一步直接生成丙酸。该合成方法又分为高压法和低压法,但是由于低压法至今尚未实现工业化,只有德国巴斯夫(BASF)高压法用于工业生产。雷泊高压一步合成法工艺过程仅为反应、分离、产品精制三部分,工艺流程较短、原料消耗少、产品成本较低,这是该法的最大优势。但此法需高压高温,又有水存在,设备腐蚀严重,不仅设备制造和维修费高,而且操作相当困难,所以开工率较低,至今未能得以推广。
丙醛在空气或其它氧化剂存在下很容易氧化成丙酸,因此丙醛液相氧化法生产丙酸反应条件温和、转化率和选择性都比较高、腐蚀性轻且不需高压设备,自美国联碳公司于1975年建成丙醛丙酸生产装置后,在世界各地迅速得到推广,已成为生产丙酸的主要方法。此路线又可细分为有无催化剂、使用氧气或空气进行氧化等几种情况。由于不用催化剂的各项指标与用催化剂的基本相同,但减少了催化剂配置和回收系统,更利于工业生产。至于使用氧气氧化还是使用空气氧化,虽然直接使用空气氧化无氧气供应问题,但与氧气相比,空气用量大大增加,除需要大功率空压机外,氧化塔和尾气冷凝吸收系统的设备都须增大,尾气中丙醛、丙酸损失量也相应增加。因此一般情况下,最好采用氧气氧化以减少气量和损失量。同时采用氧化塔顶通氮气, 自动检测控制尾气中氧含量在安全范围内,纯氧氧化是安全的。因此,丙酸生产以采用丙醛无催化剂液相纯氧氧化的工艺技术路线较先进。我国由原化工部北京化工研究院和原化工部第六设计院共同开发的丙酸工艺技术路线即为此工艺技术路线,国内开发技术单位产品消耗指标已基本达到美国联碳公司的消耗指标,已基本达到当前世界的先进水平。
丙醛液相氧化反应生成丙酸的主反应式为:
CH3CH2CHO+1/2O2→CH3CH2COOH
其工艺过程可分为氧化、精制、和丙醛回收三部分,现分别简述如下。
(1)氧化
由丙醛生产单元送来的丙醛连续的进入氧化塔与氧气进行液相氧化反应,反应热由列管壳程的循环冷却水移出,塔顶通入氮气,以控制尾气中含氧量在安全范围内。反应后的氧化液中含有少量过酸,经过酸破坏器加热使其分解,过酸破坏后的氧化液送到精制系统。
(2)精制
在精制系统,经过酸破坏后的氧化液,首先进入轻组分塔将低沸物从塔顶蒸出,冷凝后凝液大部分回流,小部分送丙醛回收塔,塔底粗丙酸送到丙酸精馏塔,塔顶得丙酸成品,塔釜液排入高沸物贮槽,定期送出统一回收处理。
(3)丙醛回收
从轻组分塔顶来的轻组分中含有丙醛,将其送入丙醛回收塔,从塔顶得到回收丙醛,返回氧化塔继续使用,塔釜残液同样定期送出统一回收处理。
摘自<精细化工原料及中间体>
催化干气稀乙烯制丙醛及丙醛市场前景
王彦伟 刘晓欣 徐舒言(中国石化石家庄炼油化工股份有限公司,050032)根据丙醛国内外生产和市场情况,从技术和经济两个方面探讨了利用炼厂副产干气生产丙醛的可行性,认为利用炼厂副产干气生产丙醛在技术上是可靠的,在经济上是可行的。建议有关炼厂可以建立规模为20 kt/a和采用国产技术的丙醛装置。关键词:催化裂化干气 丙醛 生产 市场催化裂化干气中含有氢气、甲烷、乙烷、乙烯等组分,其中,乙烯的质量分数为12%~19%。对于无乙烯装置的纯炼油企业如何利用其中的乙烯,以生产高附加值的产品一直是炼油企业中的科技人员和管理人员所关注的课题。中国科学院大连化物所开发的催化裂化干气直接制乙苯技术(工业化装置在抚顺石化公司)、北京大学等开发的催化裂化干气稀乙烯提纯制环氧乙烷技术(工业化装置在济南炼油厂)等都是成功的案例,本文拟就催化裂化干气稀乙烯制丙醛的可行性进行分析。丙醛是一种重要的有机合成原料,外观为无色透明易燃液体,有窒息性气味,分子式C3H60,熔点-81 ℃,沸点49 ℃,相对密度0.870 1,折光率1.363 6,闪点-9 ℃,大鼠口服LD50为1.4 g/kg,溶于水,可与醇和醚混溶。主要用于生产丙酸、丙醇、三羟基甲基乙烷等中间体,广泛应用于橡胶、油漆、塑料、医药、香料、农业、食品、轻纺、饲料等行业。1 丙醛的主要用途以环烷酸钴、环烷酸锰、醋酸铜、铬酸铜等为催化剂,在温度6O ℃左右,丙醛进行常压氧化反应生成丙酸,丙酸是一种重要的精细化学品,也是生产其他精细化学品的重要中间体,用途十分广泛。丙酸及其盐类用于防止谷物结块、粮食保鲜、饲料防腐等效果十分显著。用丙酸可制取有机化工原料及中间体丙酸酐、丙酰氯、α-氯丙酸、2,2-二氨基丙酸和α-溴丙酸等。丙酸酐可制得抗癌药丙酸羟甲雄酮、抗生素丙酸角沙霉素、无味红霉素、睾丸丙酸酯等,可用作香料酯化剂、硫化反应和硝化反应的脱水剂,用于醇酸树脂和染料;由丙酰氯可制得利胆醇、苯乙醇、甲妥因等;α-氯丙酸可用作合成除草剂的中间体,也可用作有机合成原料。丙酸和乙苯基汞反应生成的丙酸苯基汞是一种良好的涂料杀菌剂。甘油三丙酸是香烟过滤嘴的增塑剂。丙酸铵能降低粘度,可用作照相技术中卤化银胶乳的湿润剂。丙酸锌和丙酸铬可用作生产对苯二甲酸酯的聚酯类用催化剂。在香料工业上,丙酸可用于制取香料丙酸异戊酯、芳樟酯、丙酸香叶酯、丙酸乙酯、丙酸苄酯等;由丙酸、醋酸和纤维素反应可生产用作薄膜、牙刷柄、毛刷柄和眼镜框的醋酸丙酸纤维素;含丙酸钙15%的散剂、含丙酸钙12.3%的软膏或溶液,可治疗皮肤寄生性霉菌引起的疾病,亦可用作医药中间体。此外,丙酸还可用于制备维生素B6、用作电镀助剂、乳化剂、硝酸纤维素溶剂等。
以丙醛和多聚甲醛为原料,在碱性条件下加热制得的1,1,1-三羟甲基乙烷,可用来制造清漆、醇酸树脂、氨基醇酸烘漆以及聚酯树脂、合成干性油等。丙醛和甲醛反应得二羟甲基丙醛,再用双氧水氧化可制得二羟甲基丙酸,它主要用作聚氨酯乳液的优良稳定剂,加入后乳液储存期可由不到半年延长至1年以上。由丙醛经加氢制得的丙醇,在医药工业中可用于生产丙磺舒、丙戊酸钠、红霉素、癫健安、粘合止血剂BCA、丙谷胺、2,5-吡啶二甲酸二丙酯等。由丙醇合成的酯可用作食品添加剂、增塑剂、香料等。由丙醇衍生的胺类化合物可用于生产农药安磺灵、菌达灭、异丙乐灵、灭草猛、磺乐灵、氟乐灵等。丙醇还用于生产醋酸丙酯、乙二醇醚和直接作为溶剂,用于生产正丙胺等。丙醛经缩合得到的2-甲基2-戊烯醛是一种重要的有机合成中间体,在有机合成中应用广泛。此外,丙醛还广泛用于生产脂肪烃的单体、多氧化物、胺类等,用作塑料、橡胶加工助剂、染料添加剂、聚合物链传递剂及乳液稳定剂等。2 丙醛生产工艺路线丙醛自20世纪50年代实现工业化生产以来,研制开发出许多种制备方法。目前生产方法主要有羰基合成法、丙醇氧化法、环氧丙烷异构化法、烯醛加氢法和副产法。2.1 羰基合成或乙烯氢甲酰化法该法是以乙烯、一氧化碳、氢气为原料,以钴和铑膦络合物为催化剂,反应温度100 ℃,压力为1.27~1.47 MPa条件下反应生成丙醛,收率可达到94%。自1975年美国联合碳化物公司采用该法建成第一个年产45 kt丙醛的大型生产装置后,羰基合成法已逐渐成为生产丙醛的主要方法和发展方向。该法的主要特点是产品纯度高,无异构体产生,分离简便。目前国外大部分厂家采用此法进行生产。它又可分为以Co为催化剂的高压羰基合成法和以铑膦(Rh-P)为催化剂的低压羰基合成法。与高压法相比,乙烯转化率达97%,丙醛收率95%,加氢产物乙烷达3%,催化剂活性高、选择性好,反应条件温和,生产过程中不产生腐蚀性介质,原料及公用工程消耗低,设备投资费用少,该项技术成熟。尽管国外把以乙烷为原料生产丙醛研究作为科研方向,但相信在未来一定时间内,乙烯低压羰基合成法工艺技术或已改进的乙烯低压羰基合成法工艺技术仍然是市场的主角。
2.2 其他生产方法其他的生产方法包括采用丙醇、重铬酸钾、稀硫酸的丙醇氧化法,以铬钒为催化剂的环氧丙烷异构化法,丙烯醛加氢法和丙烯氧化制丙酮副产丙醛法等。因规模较小,收率低,成本高,有淘汰危险。3 丙醛的生产及消费结构3.1 国外丙醛的生产能力及消费结构目前,世界丙醛的总生产能力约为250 kt/a,总消费量约为200 kt/a,年均增长率为2.5%,其中美国约为180 kt/a,年均增长率为2.6%,西欧为18 kt/a,年均增长率为1.8%,日本约为1 kt/a,消费量变化很小。国外丙醛主要生产厂家情况见表1。表1 国外丙醛的生产情况
国家 公司名称 生产能力/kt.a-1 生产工艺
美国 Eastman Kodak 60 铑催化剂羰基化法
Hoechst-celanese 45.4 铑催化剂羰基化法
Union Carbide 92 铑催化剂羰基化法
德国 BASF 25 钴催化剂羰基化法
Hoechst AG 18 钴催化剂羰基化法
日本 三菱油化 1.4 丙烯氧化制丙酮副产法
协和化学 1.1 丙烯氧化制丙酮副产法
合计 243
美国是世界上最大的丙醛生产和消费国,其生产能力为222.4 kt/a,消费量约为183 kt/a,占世界丙醛消费总量的90%以上,年均增长率为2.6%。美国的丙醛主要用于生产丙醇和丙酸。其中用于丙醇的比例为65.6%~68.6%,用于丙酸的比例为27.1%~30.3%,用于三羟甲基乙烷的比例为2.5%~2.6%,其他为1.6%~1.9%。美国丙酸主要用作饲料防腐剂,饲料包括干草、青饲料和谷物。在食品方面,主要用于烘烤食品和干酪。丙酸在除草剂、醋酸丙酸纤维素和药物合成中用作中间体,用作烷基丙酸酯的溶剂。少量丙酸酯用作调味品和香料。保存饲料和粮食用占45%,制丙酸钙和丙酸钠用占21%,除草剂用占19%,醋酸丙酸纤维素(CAP:Cellulose Acetate Propionate)用占11%,其他用途占4%。
在西欧,丙醛主要生产公司是德国BASF公司,产量为13 kt左右,产品主要用于生产丙醇,其他用于生产LDPE改性剂等。西欧的丙酸不是由丙醛生产的,因此西欧丙醛的消费量不大。预计今后几年西欧丙醛的消费量将以年均2%~3%的速度增长。日本丙醛主要用来生产三羟甲基乙烷,少量用来生产丙酸酯。3.2 国内丙醛生产及消费结构我国丙醛生产基本上属于空白,进口也很少,由于丙醛常温下易氧化,必须在低温保护下贮存,故只能进口下游产品(如丙酸、丙醇等)。一些必须以丙醛为原料的企业,只得自建小装置生产丙醛备用,如江苏太仓苗苗香料厂年产丙醛约150 t,重庆西南第二制药厂生产能力约80 t/a。尽管如此我国自1994年以来,每年进口量都在20 kt以上。近几年我国丙醛下游产品丙酸等进口情况见表2。而目前我国丙酸仅有抚顺化工三厂、上海试剂一厂、重庆化学试剂厂、黑龙江肇东化工厂、山东东营恳利化肥厂和湖北全昌公司等少数厂家生产,总产量每年仅几百吨,由于原料供应紧张、设备腐蚀严重相继停产,远远不能满足实际生产的需求。表2 近几年我国丙醛下游产品进口情况
年份 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
丙酸 7 918 6 543 6 162 7 835 9 107 10 035 10 078
丙酸盐及酯 1 101 955 1 554 1 099 1 585 2 826 3 109
4 项目可行性4.1 原料优势对于如石家庄炼厂这种纯炼油无乙烯装置的炼厂,乙烯原料可采用催化干气中稀乙烯。石炼催化干气的典型组成为(体积百分比):氢气55.31%,一氧化碳0.25%,乙烯含量8.9%。而合成气可采用焦化干气进制氢车间中变器前转化气,将氢气与一氧化碳分离,再经PSA吸附,分别得到氢气和一氧化碳,再将其按1﹕1的比例混合,从而得到合成气。或者单独上合成气制备装置
乙酸之一
(1)乙酸 乙酸是食醋的主要成份,所以又叫醋酸。它是一种具有强烈刺激性气味的无色液体,沸点118℃,熔点16.6℃。当温度低于它的熔点时,就凝结成冰状晶体,所以又叫冰醋酸。乙酸易溶于水和乙醇。
乙酸具有羧酸的典型性质,主要表现在以下两个方面:
①酸性 乙酸具有明显的酸性,在水溶液里能电离出氢离子,它是一种弱酸。
乙酸的电离常数Ki是1.8×10-5(25℃),其酸性比碳酸(25℃时第一级Ki是4.3×10-7)强。乙酸具有酸的通性。例如,它能使蓝色石蕊试纸变红;能跟金属反应,也能跟碱、碳酸钠和碳酸氢钠等反应。
CH3COOH+NaOH→CH3COONa+H2O
2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+CO2↑+H2O
CH3COOH+NaHCO3→CH3COONa+CO2↑+H2O
②酯化反应 乙酸跟乙醇在浓硫酸存在下加热,生成具有香味的乙酸乙酯。
用氧的同位素示踪,可以知道上述酯化反应过程中,乙酸分子中的羟基跟醇分子羟基上的氢原子结合成水,其余部分结合成酯。
酸跟醇作用生成酯和水的反应叫做酯化反应。酯化反应是可逆反应,不仅有机酸能发生酯化反应,而且无机酸如硝酸、硫酸等也能跟醇发生酯化反应。例如,浓硝酸跟丙三醇反应生成的酯叫做硝酸甘油酯,它是制炸药的原料。
乙酸之二
俗称醋酸,是食醋的主要成分(普通的醋约含6%~8%的乙酸)。无色液体,有刺激性,熔点为16.6℃,沸点为117.9℃,相对密度为1.0492。在16℃以下易冻结为冰状固体,故又名冰醋酸。乙酸溶于水及其他有机溶剂。
乙酸可由发酵法制取,这是人类最早掌握的一种方法:
工业上大量制备乙酸是采用合成法,例如:
乙酸具有羧酸的典型性质,能中和碱金属氢氧化物,能与活泼金属生成盐,这些金属盐都有重要用途。乙酸也可生成各种衍生物,如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯等,可作为涂料和油漆工业的极好溶剂。乙酸酐与纤维素作用生成的醋酸纤维素可用于制造胶片、喷漆等,还是染料、香料、药物等工业不可缺少的原料,并被广泛用做溶剂。
(李佩文)
乙酸之三
乙酸俗称醋酸,常简写为HAc,是典型的脂肪酸。它是无色、有刺激性酸味的液体,沸点118℃,是有机弱酸。纯品在冻结时呈冰状晶体(熔点16.7℃),因此又叫冰醋酸。冰醋酸的浓度为17mol/L,一般的乙酸浓度为6mol/L。
乙酸能参与较多的化学反应:
乙酸最初由发酵法及木材干馏法制得,现一般由乙醇或乙醛氧化制得,近年来利用丁烷为原料通过催化、氧化制得(醋酸钴为催化剂,空气氧化后,得到的乙酸是含有酮、醛、醇等的混合物)。乙酸是食醋的重要组成,也可用作溶剂及制取醋酸盐、醋酸酯(醋酸乙酯、醋酸乙烯酯)、维尼纶纤维的原料。
乙酸之四
又名醋酸。无色澄清液体,具有强烈刺激性醋味。密度1.049g/cm3,熔点16.6℃,天冷时凝为冰状即冰醋酸,沸点117.87℃,易挥发。溶于水、醇、醚。弱酸性,无水则几乎不导电,加水稀释时电离度增大,H+离子浓度也随之加大,但稀释至2mol/L以下则电离度仍徐徐增加,而H+浓度缓缓下降。与碳酸盐反应有二氧化碳生成,表明其酸性比碳酸强,具有弱酸的通性。与醇可发生酯化反应,并要有浓硫酸和加热为条件,可用于合成各种醋酸果香酯类香精;与乙炔于醋酸锌催化剂和170~250℃条件下反应生成醋酸乙烯酯,可聚合成聚醋酸乙烯,用作乳胶和制维尼纶纤维:
CH≡CH+CH3COOH→CH3COOCH=CH2
在一定条件下脱水生成乙烯酮,再与醋酸反应生成醋酸酐:
CH3COOH→CH2=C=O+H2O
其与纤维素发生酯化生成醋酸纤维素,用于制照像底片与电影胶片:
此外可合成医药如氯乙酸、乙酰水杨酸、乙酰苯胺等。
主要制法有:
①乙醛催化氧化法:
②甲醇低压羰基化法(孟山都法):
CH3OH+CO→CH3COOH
③低碳烷或烯液相氧化法:
2C4H10+5O2→4CH3COOH+2H2O
以上各反应皆需催化剂与适宜的温度、压力。除合成法还有发酵法,我国用米或酒酿造醋酸。