Презентация на тему метанол. способы получения

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Текст слайда:

Метанол

Подготовила:Гольянова Е.

Слайд 2

Текст слайда:

Краткие сведения:

Метанол, метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, CH3OH — простейший одноатомный спирт, бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим запах этилового спирта. Температура кипения — 64,7°C, температура замерзания — -98°C, плотность — 792 кг/куб.м. Пределы взрывоопасных концентраций в воздухе 6,7—36% по объему. Октановое число больше 150. Теплота сгорания 24000 кДж/кг.

Слайд 3

Текст слайда:

Производство в России:

Крупнейшим производителем метанола в России является химический завод «Метафракс», расположенный в городе Губаха, Пермский край.

Слайд 4

Текст слайда:

Получение:

До 1960-х годов метанол синтезировали только на цинкхромовом катализаторе при температуре 300—400 °C и давлении 25—40 МПа. Впоследствии распространение получил синтез метанола на медьсодержащих катализаторах (медьцинкалюмохромовом, медь-цинкалюминиевом или др.) при 200—300 °C и давлении 4—15 МПа. Современный промышленный метод получения — каталитический синтез из оксида углерода(II) (CO) и водорода (2H2) при следующих условиях:температура — 250 °C,давление — 7МПа (= 70 Бар = 71,38 кгс/см²),катализатор — смесь ZnO и CuO.

Слайд 5

Текст слайда:

Вред метанола

Метанол — яд, действующий на нервную и сосудистую системы. Токсическое действие метанола обусловлено так называемым «летальным синтезом» — метаболическим окислением в организме до очень ядовитого формальдегида. Кроме того, метанол обладает кумулятивными свойствами, то есть имеет свойство накапливаться в организме. Приём внутрь 5—10 мл метанола приводит к тяжёлому отравлению (одно из последствий — слепота), а 30 мл и более — к смерти. Предельно допустимая концентрация метанола в воздухе равна 5 мг/м³ (вдвое ниже, чем у этанола и изопропилового спирта). Особая опасность метанола связана с тем, что по запаху и вкусу он неотличим от этилового спирта, из-за чего и происходят случаи его употребления внутрь.

Слайд 6

Текст слайда:

Вред при производстве:

При производстве метанола в негерметичных установках угарный газ(СО) может попасть в атмосферу. Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Его токсическое действие основано на том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее и в 200—300 раз быстрее, чем кислород (при этом образуется карбоксигемоглобин), таким образом, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа.

Слайд 7

Текст слайда:

Применение:

Метанол в качестве топлива При применении метанола в качестве топлива следует отметить, что объемная и массовая энергоемкость (теплота сгорания) метанола на 40-50 % меньше, чем бензина, однако при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно по той причине, что высокое значение теплоты испарения метанола способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности, что приводит к повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси. В результате этого рост мощности двигателя повышается на 10-15 %. Двигатели гоночных автомобилей работающих на метаноле с более высоким октановым числом чем бензин имеют степень сжатия, превышающую 15:1, в то время как в обычном ДВС с искровым зажиганием степень сжатия для неэтилированного бензина как правило, не превышает 11.5:1. Метанол может использоваться как в классических двигателях внутреннего сгорания, так и в специальных топливных элементах для получения электричества. В Балаково метанол используют, как топливо для спортивных мотоциклах в Спидвее.

Меры предосторожности

Метиловый спирт используют для производства формальдегида. Это опасное летучее соединение. Опасно не только употребление, но и вдыхание паров метанола.

Случаи отравления метиловым спиртом случаются с завидной регулярностью. Алкоголизм, запои заставляют человека употреблять все более некачественную продукцию. Применение метанола способно вызвать угнетение всех жизненно важных систем организма человека. Развиваются потеря зрения, почечная, печеночная недостаточность.

Даже своевременное оказание медицинской помощи не всегда оказывает необходимый эффект. У пациента развиваются различные осложнения, вплоть до летального исхода.

Отравление техническим спиртом — одно из самых тяжелых. Даже при употреблении небольшого количества этого вещества, организм человека получает серьезное отравление, которое зачастую приводит к смерти. Сейчас мы разберемся с тем, как отличить метанол от этанола

События, произошедшие в Республике Чехии, при которых от поддельного алкоголя получили отравления несколько тысяч людей, делают эту информацию крайне актуальной и очень важной

Основная проблема заключается в отсутствии различий во вкусе, цвете и запахе пищевого спирта и метилового, который еще называют техническим. В этом и кроется основная причина отравлений. Чаще всего, этанол содержится в составе разнообразной бытовой химии. Однако бывают случаи, когда метиловый спирт продают под видом медицинского или пищевого.

Режимные параметры процесса синтеза метанола

Зависимость выхода метанола от температуры не линейна и
имеет выраженный максимум. Кривая зависимости количества образовавшегося
метанола от температуры проходит через экстремум при всех составах газа, причем
максимальный выход метанола наблюдается при 255–270 °С.

Интервал оптимальных температур, соответствующих наибольшему
выходу продукта, определяется активностью катализатора, объемной скоростью
газовой смеси и давлением. Процессы низкого давления (5–10 МПа) на
медьсодержащих катализаторах осуществляют при температурах 220–280 °С. Для
цинк-хромового катализатора характерны более высокие давления (20–30 МПа) и
температуры (350–400 °С).

Максимальное давление, применяемое в промышленных синтезах,
составляет 40 МПа; выше этого давления ускоряются побочные реакции и, кроме
того, увеличение затрат на компрессию газа ухудшает экономические показатели процесса.
В синтезах низкого давления повышение давления ограничено термической
стабильностью медных катализаторов.

С возрастанием объемной скорости газа выход метанола падает.
Это справедливо для синтеза как при высоком, так и при низком давлении. Такая
закономерность основана на том, что с увеличением объемной скорости уменьшается
время контакта газа с катализатором и, следовательно, концентрация метанола в
газе, выходящем из реактора .

Состав газовой смеси существенно влияет на степень
превращения сырья и производительность катализатора. В промышленных условиях
всегда работают с некоторым избытком водорода; максимальная производительность
наблюдается при молярном отношении Н2:СО = 4, на практике поддерживают отношение
2,15–2,25.

Проверка качества спирта в домашних условиях

Первым тестом является определение прозрачности и цвета

, для чего спирт наливают в стеклянную емкость, в которой можно визуально определить его цвет, оттенок и присутствие примесей.

В частности, о наличии сивушных масел может говорить белесый мутный оттенок жидкости.

Концентрация спирта

определяется спиртометром, при желании его можно сделать и проградуировать и в домашних условиях.

Следующей является проверка на окисляемость

, которая осуществляется с применением 1 % р-ора марганцовки. Этот индикатор при смешении со спиртом не должен изменять свою всем известную малиновую окраску на протяжении двадцати минут.

Пробу на чистоту и на окисляемость качественный спирт должен выдерживать.

Определяют и наличие ряда примесей

, например, кислот, альдегидов, эфиров, которые определяются на вкус и запах,однако количественные показатели этих примесей вычисляются лишь с помощью химических анализов с применением специальных реактивов. В чистом спирте не должно быть примесей более, нежели:

  • 0,02 % альдегидов;
  • 0,003 % сивушных масел;
  • 0,02 граммов на литр свободных кислот;
  • 50 миллиграммов на литр эфиров;
  • наличие фурфурола вовсе не допускается.

Следующий тест

осуществляется следующим образом: столовую ложку спирта смешивают со столовой ложкой холодной чистой воды. Этой смесью следует быстро прополоскать рот и выплюнуть. Появившийся привкус пластмассы свидетельствует о плохом качестве спирта.

Тест с пищевой содой и зеркалом

. Тщательно помойте пищевой содой поверхность зеркала под проточной водой и оставьте его на просушку. Вытирать поверхность и ускорять процесс высыхания не следует никаким образом. Когда поверхность зеркала полностью высохнет, на него капают несколько капель спирта и дожидаются его полного испарения. Ускорять этот процесс также не следует. После испарения капель спирта исследуют поверхность зеркала, нет ли на ней каких либо следов и разводов. Отсутствие разводов позволяет сделать вывод о том, что спирт чистый. Присутствие разводов означает,что в спирте имеются масла, причем по количеству разводов можно судить и о количестве масел. Рассматривать зеркало следует, поворачивая его под различными углами.

Еще один тест с применением марганцовокислого калия

. В стакан воды бросают несколько кристаллов этого вещества для получения слабого раствора. В чистую емкость наливают три столовых ложки спирта, добавляют столовую ложку приготовленного раствора марганцовки и начинают наблюдения. Их следует связывать со временем.

Качественный спирт за пять минут окрасится в цвет марганцовки. Более раннее окрашивание свидетельствует о наличии посторонних примесей в спирте и чем больше примесей, тем быстрее осуществляется окрашивание. При проведении тестирования температура спирта должна составлять 15-20 о С.

Этиловый спирт можно употреблять в пищу. Метиловый применяется только в промышленных целях, для производства растворителей. Оба вида имеют одинаковый запах и прозрачность. Визуально отличить метиловый спирт от этилового невозможно. При лабораторных исследованиях проверить это можно без особой сложности.

Важно не ошибиться и выбрать правильную продукцию. Техническая жидкость даже в небольших количествах способна вызывать различные нарушения

В первую очередь поражаются центральная нервная система и органы зрения. У человека развивается ухудшение здоровья, слабость, бледность кожи, боли в пояснице, головокружения, слепота.

Производство

Из синтез-газа

Окись углерода и водород реагируют над катализатором с образованием метанола. Сегодня наиболее широко используемым катализатором является смесь оксидов меди и цинка , нанесенная на оксид алюминия, которая впервые была использована ICI в 1966 году. При 5–10 МПа (50–100 атм) и 250 ° C (482 ° F) температура реакция характеризуется высокой селективностью (> 99,8%):

СО + 2 Н 2 → СН 3 ОН

Производство синтез-газа из метана дает три моля водорода на каждый моль окиси углерода, тогда как синтез потребляет только два моля газообразного водорода на моль окиси углерода. Один из способов справиться с избыточным водородом — это ввести диоксид углерода в реактор синтеза метанола, где он также реагирует с образованием метанола в соответствии с уравнением:

СО 2 + 3 Н 2 → СН 3 ОН + Н 2 О

С точки зрения механизма, процесс происходит путем первоначального превращения CO в CO 2 , который затем гидрируется :

СО 2 + 3 Н 2 → СН 3 ОН + Н 2 О

где побочный продукт H 2 O рециркулируется посредством реакции конверсии водяного газа

СО + Н 2 О → СО 2 + Н 2 ,

Это дает общую реакцию, аналогичную приведенной выше.

СО + 2 Н 2 → СН 3 ОН

Биосинтез

Каталитическое превращение метана в метанол осуществляется ферментами, включая метанмонооксигеназы . Эти ферменты представляют собой оксигеназы со смешанными функциями, т.е. оксигенация сочетается с образованием воды и НАД + .

СН 4 + О 2 + НАДФ + Н + → СН 3 ОН + Н 2 О + НАД +

Были охарактеризованы как Fe-, так и Cu-зависимые ферменты. Были предприняты интенсивные, но в основном бесплодные попытки воспроизвести эту реактивность. Метанол окисляется легче, чем исходный метан, поэтому реакции, как правило, не являются селективными. Существуют некоторые стратегии, позволяющие обойти эту проблему. Примеры включают системы Шилова и цеолиты, содержащие Fe и Cu. Эти системы не обязательно имитируют механизмы, используемые металлоферментами , но черпают в них определенное вдохновение. Активные центры могут существенно отличаться от тех, которые известны в ферментах. Например, двухъядерный активный центр предлагается в ферменте sMMO , тогда как одноядерное железо ( альфа-кислород ) предлагается в Fe-цеолите.

Домашние способы определения

Отличить спирты можно с помощью подручных средств. Необходимо помнить, что эти методы, проведенные дома, не могут в полной мере заменить лабораторные исследования. Существует несколько способов, с помощью которых можно отличить данные жидкости:

  • Цвет пламени при поджигании;
  • Взаимодействие с сырой картошкой;
  • Характерная реакция с марганцовкой;
  • Температура кипения;
  • Опыт с содой;
  • Формальдегид;
  • Проба Ланга.

Не рекомендуется довольствоваться какой – то одной пробой, это не поможет их отличить. Перед возможным употреблением спирта необходимо провести несколько опытов, позволяющих отличить их между собой. Это позволит наиболее достоверно определить характер жидкости. Стоит помнить, что 100% уверенности не даст ни один из домашних методов. Злоупотребление алкосодержащими продуктами приводит к развитию физической и психической зависимости.

Цвет пламени

Нужно налить небольшое количество жидкости в железную ложку и поднести к ней зажженную спичку или зажигалку. У этанола пламя всегда синего цвета. Технический горит ярким зеленым пламенем. Это происходит потому, что этиловый содержит большое количество водорода. Одна молекула содержит 6 атомов. При соприкосновении с кислородом образуется углерод, который и придает пламени сине – голубой цвет.

Молекула метанола содержит всего 4 атома водорода. Поэтому, при реакции с кислородом горит зеленым цветом. Полностью доверять этому методу нельзя. Придать пламени голубоватый оттенок могут различные добавки к спирту.

Реакция с картофелем

К простым народным способам относится проба с картофелем. Нужно очистить сырую картошку, небольшой кусочек положить в емкости со спиртами. Если цвет картофеля изменился на розовый, то это технический спирт. Его нельзя употреблять. В этаноле цвет овоща останется прежним.

Реакция с перманганатом калия

Еще одним вариантом отличить одну жидкость от другой является применение перманганата калия. Надо взять два стакана. Налить туда исследуемые жидкости. Добавить по несколько капель марганца. Если спирт забурлил, начали появляться пузырьки, то это опасный метиловый спирт. Так происходит потому, что при соединении ионов марганца и ионов метанола выделяется углекислый газ.

Полностью доверять этому методу не следует. Иногда возможно перемешивание обоих спиртов. Тогда бурления может не быть. Но это не значит, что данный продукт готов к употреблению. Даже разведенный метанол может вызывать негативные последствия у человека. В группе риска находятся все лица, страдающие алкоголизмом.

Температура кипения

Спирты имеют разный химический состав и отличаются температурой кипения. Описание пробы:

  1. Жидкость нужно налить в ковшик и нагреть.
  2. Приготовить промышленный термометр.
  3. Определить, при какой температуре происходит закипание.
  4. Метанол закипит при 60 градусах. Этанол – позже, при 80 градусах.

Спирты отличаются плотностью, следовательно, температура испарения метилового спирта будет ниже. Сначала начинают испаряться самые опасные летучие соединения.

Реакция с пищевой содой

Нужно взять две емкости. Бросить по немного пищевой соды. Затем капнуть спиртовым раствором йода. Они отличаются тем, что этанол образуется осадок. Технический остается прозрачным. Это легко объясняется тем, что реакции происходят в щелочной среде. При соединении молекул этанола и йода образуется особое вещество – йодоформ. Оно и осаждается на дно.

Формальдегидная проба

Согласно инструкции это исследование нужно проводить следующим образом:

  1. Налить спирты в два разных стакана;
  2. Хорошенько раскалить кусок медной проволоки;
  3. Поочередно опускать его в эти стаканы;
  4. Через несколько секунд ее нюхают;
  5. Если запах формальдегида сильно ощущается, это опасный метанол. В этаноле запах не изменится.

При нагревании меди и метанола происходят окислительные реакции. Выделяется формальдегид, который имеет запах гнилых яблок.

Проба Ланга

Для ее проведения берут 500 мл дистиллированной воды и 1 г. марганцовки. Хорошо встряхивают. Для того, чтобы хорошо разошлись кристаллы перманганата калия. Потом берут 50 мл этого раствора и доливают водой до 500 мл. Затем наливают испытуемые жидкости.

Добавляют шприцом или пипеткой по несколько капель приготовленного состава. Метиловый спирт обесцветится сразу. Этиловый – гораздо позже, через 20-25 минут. Так происходит потому, что метанол содержит гораздо больше сивушных масел, которые и нейтрализуют перманганат калия. Этим они отличаются друг от друга.

Получение предельных одноатомных спиртов

К наиболее часто используемым химическим способам получения спиртов относятся:

1.Гидратация алкенов  (промышленный способ получения этанола для технических целей)

(t, Р, кислая среда (катализатор))

2.Щелочной гидролиз галогеналканов (лабораторный способ получения)

(водный раствор щелочи, t)

3.Восстановление альдегидов и кетонов (лабораторный способ получения)

(t, катализатор –Ni)

 Особые способы получения метанола и этанола       

1.Получение метанола из синтез-газа (водяной газ, генераторный газ)

(t, Р, оксидные катализаторы)

2.Получение этанола ферментативным брожением глюкозы (получение этилового спирта для пищевых и медицинских целей)

(ферменты — дрожжи)

1. Гидратация алкенов

Гидратация алкенов используется в промышленности для получения спиртов из продуктов нефтепереработки.

Присоединение воды к алкенам происходит в присутствии разбавленной серной или фосфорной кислот. Эта реакция протекает в соответствии с правилом Марковникова, поэтому первичный спирт можно получить только из этилена, а остальные алкены дают вторичные или третичные спирты:

Этот метод в лабораторных условиях нашел ограниченную область применения для получения третичных спиртов.

2. Гид­ро­лиз га­ло­ге­нал­ка­нов в вод­но­м рас­тво­ре ще­ло­чи

В лабораторных условиях спирты получают действием водного раствора щелочи на алкилгалогениды при нагревании, при этом атом галогена в галогеналкане замещается группой –ОН:

С помощью этой реакции можно получать первичные, вторичные и третичные спирты.

При действии спиртового раствора щелочи на галогеналканы происходит отщепление галогеноводорода и образование алкена.

3. Восстановление карбонильных соединений (альдегидов и кетонов)

Дегидрирование спиртов по своей химической сущности является окислением. Обратная реакция – гидрирование альдегидов, кетонов и эфиров карбоновых кислот – является, таким образом, их восстановлением.

При действии водорода в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd) альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов, а кетоны – до вторичных спиртов:

4. Восстановление эфиров карбоновых кислот

Гидрирование сложных эфиров проходит через стадию образования альдегидов:

Этим методом в промышленности из метиловых эфиров высших кислот получают высшие первичные спирты, например:

5. Гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот в щелочной среде

Гидролиз сложных эфиров карбоновых кислот протекает как в кислой, так и в щелочной среде (водные или спиртовые растворы NaOH, КОН, а также Ba (OH)2, Ca (OH)2, Ba (OH)2, Ca (OH)2). Однако  к образованию спиртов приводит гидролиз, протекающий необратимо в щелочной среде:

6. Синтез спиртов из карбонильных соединений с помощью магнийорганических соединений

Спирты образуются при многочисленных реакциях металлоорганических соединений с различными соединениями, содержащими карбонильную группу >С=О. Этим способом можно получать как первичные спирты, так и вторичные и третичные:

7. Окисление алканов

При мягком окислении метана кислородом воздуха в присутствии различных катализаторов образуются метанол, формальдегид или муравьиная кислота:

Специфические способы получения метанола и этанола

Производство метанола крупнотоннажное, т.к. метиловый спирт является исходным веществом для получения других продуктов органического синтеза.

В промышленности

1. Получение метанола из синтез-газа (водяной газ, генераторный газ)

а) Конверсия природного газа в синтез-газ

Его получают из метана с перегретым водяным паром:

б) Каталитический синтез метанола из оксида углерода (II) и водорода

В качестве катализаторов используют смесь оксидов цинка, меди и хрома, температуру поддерживают в интервале 200-300 оС, а давление – от 40 до 150 атм.

Газ на выходе из реактора содержит 3-5% CH3OH, затем газ охлаждают и конденсируют полученный метанол, а оставшийся газ смешивают с исходным газом и направляют снова в реактор.

Ранее метанол получали сухой перегонкой древесины без доступа воздуха (отсюда его название «древесный спирт»).

2. Получение этанола спиртовым брожением глюкозы

Ферментативный гидролиз крахмала – наиболее древний синтетический процесс, используемый человеком – до сих пор имеет огромное значение для получения этилового спирта.

Про­те­ка­ет толь­ко в при­сут­ствии фер­мен­тов, ко­то­рые вы­ра­ба­ты­ва­ют неко­то­рые мик­ро­ор­га­низ­мы, на­при­мер, дрож­жи:

Глю­ко­за со­дер­жит­ся во фрук­то­вых соках. Глю­ко­зу можно по­лу­чить гид­ро­ли­зом крах­ма­ла (зерно, кар­то­фе­ль, цел­лю­лоз­ные опи­лки):

Рубрики: Спирты Теги: Спирты

История

В процессе бальзамирования древние египтяне использовали смесь веществ, в том числе метанол, которые они получали при пиролизе древесины. Однако чистый метанол был впервые выделен в 1661 году Робертом Бойлем , когда он получил его путем дистилляции самшита (самшита). Позже он стал известен как «пироксилиновый спирт». В 1834 году французские химики Жан-Батист Дюма и Эжен Пелиго определили его элементный состав. Они также ввели слово «метилен» в органическую химию, образовав его от греческого слова methy = «спиртовая жидкость» + = «лес, древесина, древесина, материал». «Метилен» обозначает «радикал», который содержит около 14% водорода по массе и содержит один атом углерода. Это был бы CH 2 , но в то время считалось, что атомный вес углерода в шесть раз больше, чем у водорода, поэтому они дали формулу как CH. Затем они назвали древесный спирт (l’esprit de bois) «бигидрат метилена» (бигидрат, потому что они думали, что формула была C 4 H 8 O 4 = (CH) 4 (H 2 O) 2 ). Термин «метил» был получен примерно в 1840 г. путем обратного образования «метилена», а затем был применен для описания «метилового спирта». Это было сокращено до «метанола» в 1892 году Международной конференцией по химической номенклатуре . Суффикса -ил , который, в органической химии , образует имена углеродных групп, от слова метил .

В 1923 году немецкие химики Альвин Митташ и Матиас Пьер, работающие в компании Badische-Anilin & Soda-Fabrik (BASF), разработали способ превращения синтез-газа (смеси монооксида углерода , диоксида углерода и водорода ) в метанол. Патент США 1569775 ( ) был подан 4 сентября 1924 года и выдан 12 января 1926 года; В процессе использовался катализатор на основе оксида хрома и марганца в чрезвычайно жестких условиях: давление в диапазоне от 50 до 220 атм и температура до 450 ° C. Современное производство метанола стало более эффективным за счет использования катализаторов (обычно медных), способных работать при более низких давлениях. Современный процесс получения метанола низкого давления (LPM) был разработан ICI в конце 1960-х годов в патент на технологию которого истек.

Во время Второй мировой войны метанол использовался в качестве топлива в нескольких конструкциях немецких военных ракет под названием M-Stoff и в смеси примерно 50/50 с гидразином , известной как C-Stoff .

Использование метанола в качестве моторного топлива привлекло внимание во время нефтяного кризиса 1970-х годов. К середине 1990-х в США было введено более 20 000 метанольных « гибких топливных транспортных средств » (FFV), способных работать на метаноле или бензине

Кроме того, низкие уровни метанола добавлялись в бензиновые топлива, продаваемые в Европе в течение большей части 1980-х годов и начало 1990-х гг. К концу 1990-х автопроизводители прекратили производство метанольных FFV, переключив свое внимание на автомобили, работающие на этаноле. Хотя программа FFV метанола имела технический успех, рост цен на метанол в середине-конце 1990-х годов в период резкого падения цен на бензиновые насосы снизил интерес к метанольному топливу.

В начале 1970-х годов процесс был разработан Mobil для получения бензина топливо из метанола.

Между 1960-ми и 1980-ми годами метанол появился в качестве предшественника исходных химических веществ уксусной кислоты и уксусного ангидрида . Эти процессы включают в себя синтез Монсанто уксусной кислоты , процесс Cativa , и .

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий