Виробництво метанолу
Органічні кислоти також реагують з метанолом з утворенням складних ефірів:
СНзОН + СНзСООН ——> СНзСООСНз + Н2О
Основні закономірності процесу синтезу метанолу.
Рівновага реакції утворення метанолу. Процес отримання метанолу заснований на взаємодії водню і окислу вуглецю:
2Н2 + СО ? СНзОН + 21,67 ккал
Реакція може протікати як в прямому, так і в зворотному напрямах.
Відповідно до закону діючих мас швидкість будь-якої хімічної реакції пропорційна твору концентрацій
реагуючих речовин. Тоді швидкості прямої і зворотної реакцій виразяться рівняннями
?1 = k1 [Н2]2 [СО] ?2 = к2 [СНзОН]
де [Hz], [З] і [СНзОН]-концентрації водню, окислу вуглецю і метанолу; k1, kz -константи швидкості прямої і зворотної реакцій, значення яких залежать від температури/
За умови рівноваги швидкості прямої і зворотної реакцій стають рівними
k1 [Н2]2 [СО] = к2 [СНзОН] звідки:
де К-константа рівноваги реакції.
Значення константи рівноваги потрібне для розрахунку рівноважного виходу метанолу. Рівноважний вихід-це теоретичний максимальний вихід метанолу, який може бути отриманий з водню і окислу вуглецю,. узятих при цих концентраціях, температурі і тиску процесу. Константу рівноваги можна визначити як теоретичним, так і експериментальним шляхом.
Константа рівноваги може бути представлена в різних одиницях виміру.
Тиск. У технічних розрахунках зазвичай користуються вираженням константи рівноваги через парціальний тиск компонентів.
При підвищенні тиску і пониженні температури рівновага зрушується у бік збільшення виходу метанолу. У промислових умовах синтез метанолу здійснюється з газової суміші, що містить окрім водню і окислу вуглецю також двоокис вуглецю. Тому при розрахунку рівноваги синтезу метанолу з суміші газів Н2-СО- COz необхідно враховувати наступну реакцію:
СО2 + Н2( г)↔ СО + Н2О — 9,8 ккал;
Рівноважний вихід метанолу, міра перетворення окислу і двоокису вуглецю значною мірою міняються залежно від тиску, температури, стосунки Н2: З і вміст двоокису вуглецю в газі. Вплив тиску і температури на рівноважний вихід метанолу визначений для наступного складу газу: 1,25 об’ємн. . % СОа; 10,6 об’ємн. % С; 74,2 об’ємн. . % Нд;- 13,95 об’ємн.
Тиск. При підвищенні тиску вихід метанолу майже прямо пропорціонально збільшується і різко зростає міра перетворення окислу/і двоокису вуглецю (при 380°С):
Тиск, кгс/см2. . . . . . . . . 50 100 200 300 400
Вихід СНеОН, об’ємн. %. . . . . 0,37 1,56 5,54 9,31 11,68
Слід зауважити, що із збільшенням тиску різкіше зростання рівноважного виходу метанолу спостерігається при підвищених температурах. Так, при зміні тиску від 50 до 300 кгс/см5 рівноважний вихід метанолу при 280°С збільшується в 2,4 разу а при 380 °С - в 2,3 разу (відношення Hz: З =4: 1).
Температура. З підвищенням температури рівноважний вихід метанолу знижується. Найбільш різке пониження спостерігається при температурах вище 340°С. В цих умовах (при 300 кгс/см2) починає знижуватися міра перетворення окислу і двоокису вугіллі роду в метанол, причому різкіше окисли вуглецю: