Метакриловая кислота

Содержание

Введение…………………………………………………………………….3

1.Получение метакриловой  кислоты……………………………………...4

1.1 Окисление изобутена  в метакролеин и метакриловую  кислоту…….6

2. Катализаторы, применяемые  в данном процессе……………………...8

3. Механизм процесса……………………………………………………...9

4. Промышленный метод  получения метакриловой кислоты………….11

Заключение………………………………………………………………..13

Список использованной литературы……………………………………14

 

Введение

Метакриловая кислота (2-метилпропеновая кислота) СН2=С(СН3)-СООН является ненасыщенной карбоновой кислотой, не имеет цвета, но обладает резким раздражающим запахом.Температура плавления 19 0С, температура кипения 160,5 - 162 0С. При 20 0С плотность данной кислоты 1,0153 г/см3.

Даннная кислота растворима в воде и органических растворителях (например спиртах, эфирах, углеводородах) . Метакриловые мономеры известны в промышленности уже около 70 лет, но расширение их производства тормозилось высокой стоимостью и трудоемкостью применяемых методов получения. Однако в связи с необходимостью утилизации дешевой синильной кислоты, образующейся в значительных количествах в качестве побочного продукта в производстве акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена, мощности по производству метакриловых мономеров значительно увеличились.

Метакриловую кислоту и её производные применяют для производства карбоксилатных каучуков, безосколочного стекла (триплекс), ионообменных смол, клеев. Большое практическое значение имеют эфиры метакриловой кислоты, например метилметакрилат, который легко полимеризуется с образованием прозрачных стекловидных веществ. Поэтому его применяют в прооизводстве органического стекла и других ценных полимеров и сополимеров.

 

1. Получение метакриловой кислоты

Метакриловая кислота и ее эфиры получаются в больших масштабах методами, сходными с методами получения акриловой кислоты и ее эфиров, в частности окислением изобутилена:

 

По другому методу исходным продуктом является ацетон, который с HCN дает нитрил α-гидроксиизомасляной кислоты:

Ацетонциангидрид при нагревании с серной кислотой подвергают дегидратации и омылению с образованием метакриловой кислоты. Эта реакция в присутствии одноатомного спирта, в данном случае метилового, приводит к соответствующему эфиру метакриловой кислоты, здесь к – метилметакрилату, который при полимеризации или сополимеризации образует стекловидные полимеры (органические стекла) с весьма ценными техническими свойствами:

 

 
1.1Окисление изобутена в метакролеин и метакриловую кислоту

Сам метакролеин имеет ограниченное применение, поэтому процесс может применяться в основном для синтеза метакриловой кислоты. Он состоит из двух стадий:

Первая стадия аналогична получению акролеина

Сопровождается образованием тех же побочных веществ (ацетальдегида, ацетона, уксусной и метакриловой кислот, СО и СО2), но протекает с меньшей селективностью. Для ее осуществления предложены многокомпонентные катализаторы на основе молибдена с добавками оксидов Bi, Co, Ni, Te, V, Sb, Fe, P и др. Окисление ведут при 350 – 450 0С и атмосферном давлении, разбавляя смесь изобутена и воздуха водяным паром. Степень конверсии изобутена может достигать 90-98 % при селективности 70-90 %. Еще лучшие результаты дает окисление смеси изо- и н-бутенов, когда первый окисляется в метакролеин, а второй подвергается окислительному дегидрированию до бутена-1,3:

При 390 0С и времени контакта 4 с достигается 96-98 %-я степень конверсии олефинов при селективности по метакролеину 80-90 % и по бутадиену-1,3 до 90 %.

Вторая стадия – окисление метакролеина в метакриловую кислоту – встречает больше трудностей по сравнению с окислением акролеина. В обоих случаях не применимы радикально-цепные процессы из-за полимеризации ненасыщенных альдегидов. Пытались использовать катализ медью и серебром при жидкофазном процессе, окисление пероксикислотами и другие методы, но наибольшие усилия сосредоточены на разработке достаточно селективных гетерогенных катализаторов окисления в газовой фазе. Одним из них является оксидный фосформолибденовый катализатор с добавками оксидов Те и Sb, ионов NH4+, щелочных и щелочноземельных металлов. При 250-350 оС, атмосферном давлении и степени конверсии метакролеина 80-90 % достигается селективность по метакриловой кислоте 70-80 %.

 

2. Катализаторы, применяемые в данном процессе

Для селективности осуществления процесса важно иметь катализаторы, направляющие окисление в сторону преимущественно образования метакролеина. Первым из них были оксид меди (I) на носителях (0,1-1,5 % Cu2O на пемзе, карборунде или Al2O3) или даже медные трубки реактора. Позже были разработаны контакты из молибдена висмута (Bi2O3∙MoO3) и фосформолибдата висмута (Bi2O3∙MoO3∙P2O5), содержащие промоторы (оксиды теллура и меди). На этих катализаторах достигается достаточно высокая селективность при малом времени контакта и умеренной температуре. Так на оксиде меди (I) рекомендуется время контакта 0,2 с при 370-400 0С или 2 с при 320-350 0С. На молибдатах прменяют более высокую температуру (400-500 0С) при времени контакта 1-2 с.

Для окисления метакролеина в метакриловую кислоту также применяют оксидные висмутмолибденовые катализаторы с различными промоторами (Te, Co, P и др.), но условия реакции более мягкие: температура 200-300 0С при времени контакта 0,5-2 с.

 

3. Механизм процесса

1)Олефины с кислородом воздуха  без катализатора образуют гидропероксиды, распадающиеся с образованием  спиртов и карбонильных соединений. Воздействию кислорода с разрываом  связи подвергается обычно наиболее  подвижный водородный атом, находящийся  в β-положении по отношению  к двойной связи:

2) Окисление α,β-ненасыщенных альдегидов до соответствующих кислот и их производных может быть проведено только мягкими окислителями. Сильные окислители окисляют также и двойную связь С=С, что приводит к деструкции молекулы.

 

 

 

 

 

 

Предполагается, что последнее превращение включает в себя тоже несколько стадий

 

 

4. Промышленный метод получение метакриловой кислоты

На рисунке 1 показана схема двухстадийного окисления изобутена в метакриловую кислоту

 

Рисунок 1 – Схема двухстадийного окисления изобутена в метакриловую кислоту:

1 – реактор первой  стадии; 2 – котлы-утилизаторы; 3 –  реактор второй стадии; 4 – абсорбер.

В настоящее время наибольшее применение получил двухстадийный процесс. В реактор 1 первой стадии подают смесь 4-7 % (об.) изобутена, 50-70 % (об.) воздуха и 25-40 % (об.) водяного пара. В нем происходит главным образом окисление изобутена в метакролеин при 350-450 0С. Реакционные газы без разделения поступают в реактор 3 второй стадии, где поддерживается температура 250-300 0С и происходит окисление метакролеина в метакриловую кислоту. Оба реактора выполнены в виде трубчатых аппаратов со стационарным слоем катализатора и охлаждаются расплавом солей, которые отдают свое тепло в утилизаторах 2 с получением водяного пара. Реакционные газы после реактора 3 обрабатывают водой в абсорбере 4, где поглощается метакриловая кислота, газ сбрасывают в атмосферу.

Полученный водный раствор содержит 20-30 % (масс.) метакриловой кислоты с примесью уксусной кислоты. Для выделения целевого продукта применяют экстракцию достаточно низкокипящим органическим растворителем. Его отгоняют из экстракта и возвращают на извлечение, а при ректификации остатка получают метакриловую и уксусную кислоты. Выход метакриловой кислоты 80-85 % по изобутену.

 

 

 

 

 

 

Заключение

Метакриловая кислота (2-метилпропеновая кислота) СН2=С(СН3)-СООН – бесцветная жидкость с резким запахом; температура плавления 289 К, температура кипения 435-436 К. Растворима в воде, спиртах, эфирах, углеводородах.

Метакриловая кислота и ее эфиры получаются в больших количествах методами, сходными с методами получения акриловой кислоты и ее эфиров, в частности окислением изобутилена. По другому способу исходным продуктом является ацетон.

Синтез метакриловой кислоты газофазным окислением изобутилена осуществляют в две стадии: сначала изобутилен окисляют до метакролеина, который затем окисляют непосредственно в метакриловую кислоту.

Практически все катализаторы окисления изобутилена в метакролеин являются оксидными полиметаллическими системами и содержат, как правило, в своем составе оксид молибдена. Для окисления метакролеина в метакриловую кислоту применяют оксидные висмутмолибденовые катализаторы с различными промоторами (Te, Co, P и др.),

 

 

 

Список использованной литературы

1. А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко. Органическая химия. – С.-П.: «Иван Федеров», 2002. – 624 с.
2. В.Ф. Травень. Органическая Химия, т.2. – М.: «Академкнига», 2006. – 582 с.
3. Н.Н. Лебедев. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. 4-е изд. перераб. И доп.  – М.: «Химия», 1988. – 592 с.