Характеристика процессов, протекающих при синтезе щавелевой кислоты. Расчет материального и теплового баланса

Федеральное агентство по образованию  
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования 
ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
(ВолгГТУ) 
 
 
 

Кафедра «Технология высокомолекулярных и волокнистых материалов» 
 

Семестровая работа

по дисциплине «Основы химический процессов»

Тема: «Характеристика  процессов, протекающих при синтезе  щавелевой кислоты. Расчет материального  и теплового баланса». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                           

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Волгоград 2011

Содержание: 

1. Химические  свойства.
2. Физические свойства.
3. Способы получения.
4. Применение
5. Рынок сбыта
6. ГОСТы для продажи
7. Материальный баланс
8. Тепловой баланс

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Химические  свойства:

     Щаве́левая  кислота (этандиовая кислота) С₂H₂O₄– двухосновная предельная карбоновая кислота. Принадлежит к сильным органическим кислотам. Обладает всеми химическими свойствами, характерными для карбоновых кислот. Соли и эфиры щавелевой кислоты называются оксалатами. В природе содержится в щавеле и некоторых других растениях в виде оксалатов калия и кальция.

     Впервые щавелевая кислота синтезирована  в 1842 году немецким химиком Фридрихом  Вёлером из дициана. Щавелевая кислота (или оксалат-ион C₂O₄ ^2-) является восстановителем (обесцвечивает раствор KMnO4).  

     Щавелевая кислота легко растворима в воде и спирте. Это относительно сильная  органическая кислота (3 класс опасности), НООС-СООН, представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы, легко растворима в воде, ограниченно - в этиловом спирте и диэтиловом эфире, нерастворима в хлороформе, петролейном эфире и бензоле. Образует дигидрат состава С₂H₂O₄* 2Н₂О. Горючее вещество, в осевшем состоянии пожароопасна. Обладает сильным раздражающим действием на кожу, слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. 

 

     Щавелевая кислота обладает химическими свойствами, характерными для карбоновых кислот, образуя два ряда производных. Соли и эфиры щавелевой кислоты  называются оксалатами. Щавелевая кислота  образует кислые и средние эфиры, амиды, хлорангидрид. 

     Щавелевая кислота содержится в щавеле и  ревене в виде оксалата калия. 
 

        
 
 
 
 
 
 

     Эта кислота очень распространена в  растительном мире – в виде солей она содержится в листьях щавеля, кислицы, ревеня и т.д. Соли и эфиры это кислоты  имеют тривиальное название – оксалаты (от греч. «oxalis» – щавель). 
 
 
 

     проявляет общие свойства кислот, так. как имеет  функциональную карбоксильную группу. Реакция солеобразования доказывает кислотные свойства муравьиной кислоты. При этом образуются соли — формиаты.

       
 
 

     Как и все карбоновые кислоты, муравьиная кислота образует сложные эфиры.  

     Реакция этерификации:

     

     От  остальных карбоновых кислот муравьиная кислота отличается тем, что карбоксильная  группа в ней связана не с углеводородным радикалом, а с атомом водорода. Поэтому муравьиную кислоту можно рассматривать и как кислоту, и как альдегид:

       

     Подобно альдегидам, муравьиная кислота может  окисляться:

       

     Муравьиная  кислота дает реакцию «серебряного зеркала»:

       

     Муравьиная  кислота разлагается при нагревании:  

        

     муравьиная  кислота относится к гомологическому  ряду одноосновных карбоновых кислот

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Физические  свойства:

     Температура сублимации: см. Примечания°C

     Температура плавления: 102°C

     Относительная плотность (вода = 1): 1.7

     Растворимость в воде, г/100 мл: 10

     Давление  паров, Па при 30°C: см. Примечания

     Относительная плотность пара (воздух = 1): 3.1 

     Щавелевая кислота – одна из самых сильных карбоновых кислот, далеко превосходящая по силе свои гомологи.

     Этандиовая  кислота проявляет восстановительные свойства: в подкисленном растворе перманганата калия она окисляется до оксида углерода(IV) и воды.

     При нагревании в присутствии серной кислоты происходит декарбоксилирование, и получается оксид углерода(IV) и муравьиная кислота. 
 
 

     Температуры кипения жирных кислот нормального  строения закономерно возрастают по мере увеличения числа углеродных атомов. Установлено, что молекулы кислот ассоциированы  подобно тому, как ассоциированы  молекулы воды или спиртов. Низшие кислоты  хорошо перегоняются с водяным паром, поэтому их обычно называют летучими жирными кислотами. 

     Температуры плавления одноосновных кислот по мере увеличения в их молекулах числа  углеродных атомов в общем также  возрастают; но при этом наблюдается  следующая закономерность: кислоты с нормальной цепью, имеющие четное число углеродных атомов, плавятся обычно при более высокой температуре, чем предыдущий и последующий члены гомологического ряда, имеющие нечетное число углеродных атомов. 
 

     ХИМИЧЕСКАЯ  ОПАСНОСТЬ:

     Вещество  разлагается при быстром нагреве выше примерно 150°C с образованием токсичного газа. Водный раствор является кислотой средней силы которая бурно реагирует с сильными основаниями. Реагирует бурно с окислителями приводя к опасности возникновения пожара и взрыва. Реагирует с серебром с образованием взрывоопасных продуктов. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Приминение.

     Щавелевую кислоту и её соли применяют в  текстильной и кожевенной промышленности в качестве протравы; как компонент  анодных ванн для осаждения Al, Ti и Sn покрытий; как реагент в аналитической и органической химии; компонент составов для очистки металлов от ржавчины и оксидов; для осаждения редкоземельных элементов. Оксамид — стабилизатор нитратов целлюлозы, циан — реагент в органическом синтезе, оксалилхлорид — хлорирующий, хлоркарбонилирующий и сшивающий реагент в органическом синтезе. Диалкилоксалаты, главным образом диэтилоксалат и дибутилоксалат, применяют в качестве растворителей целлюлозы; некоторые эфиры щавелевой кислоты и замещённых фенолов — в качестве хемилюминесцентных реагентов.

     Щавелевая кислота используется для полировки  металлов, в деревообрабатывающей промышленности, при очистке урана 
 
 

     Области применения щавелевой кислоты и  ее солей (оксалатов):

• в химической промышленности (органический синтез, при производстве пластмасс, чернил, в синтезе красителей, как компонент пиротехнических составов);
• в химической металлургии (как компонент составов для очистки металлов от ржавчины, накипи, оксидов);
• в аналитической химии (в качестве осадителя редкоземельных элементов);
• в микроскопии (в качестве отбеливателя срезов);
• в текстильной и кожевенной промышленности (протрава в ситцепечатании и при крашении шерсти и шелка, при дублении кожи);
• при производстве синтетических моющих средств (в качестве отбеливающего и дезинфицирующего средства, средства для чистки и удаления мочевого камня, солей жесткости и ржавчины);
• в косметике (как активная добавка в отбеливающих кремах и кремах от веснушек);
• в системах очистки воды (химический способ очистки и снижения жесткости воды, очистка теплоносителей на АЭС);
• в медицине и фармацевтике.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Способы получения:

     1)Как побочный продукт в производстве уксусной кислоты жидкофазным окислением бутана.

     2)Окисление метанола:

       

     Реакцией  монооксида углерода с гидроксидом  натрия:

         NaOH + CO → HCOONa → (+H2SO4, −Na2SO4) HCOOH

     Это основной промышленный метод, который  осуществляют в две стадии: на первой стадии монооксид углерода под давлением 0,6—0,8 МПа пропускают через нагретый до 120—130 °C гидроскид натрия; на второй стадии проводят обработку формиата натрия серной кислотой и вакуумную перегонку продукта.

     Разложением глицериновых эфиров щавелевой кислоты. Для этого нагревают безводный  глицерин со щавелевой кислотой, при  этом отгоняется вода и образуются щавелевые эфиры. При дальнейшем нагревании эфиры разлагаются, выделяя углекислый газ, причём образуются муравьиные эфиры, которые после разложения водой дают муравьиную кислоту и глицерин.