осягається при мольному відношенні [H 2 O] 0/ [ОЕ] 0 = 18, то для каталітичної реакції при (k 0 + k 0 [Кат])/k 1 = 4,35 такою ж вихід гліколю буде отриманий при десятикратному зниженні надлишку води і відповідному зниженні енергетичних витрат на стадії виділення готового продукту.
Селективні каталізатори реакції гідратації оксиду етилену вдалося знайти в результаті нещодавно проведених досліджень детального механізму каталітичних і некаталітичних реакцій оксиду етилену в розчинах [5]. Такими каталізаторами виявилися солі слабких кислот (CH 3 COONa, HCOONa, NaHCO 3 , Na 2 CO 3 , Na 2 HPO 4 та ін.) Механізм каталізу цими солями полягає в наступному. У водному розчині молекула оксиду етилену активується шляхом утворення водневого зв'язку з водою:
В
Зсув електронів зв'язку CO в утворюється комплексі до кисню сприяє подальшою нуклеофільної атаці молекулою води на атом вуглецю з утворенням етиленгліколю по некаталітична реакції:
В
Аналогічна нуклеофільного атаки етиленгліколем призводить до утворення побічного діетиленгліколю
В
Також утворюються три-, тетра - і полигликоли.
У присутності солей слабких кислот можлива нуклеофільного атаки аніоном, що призводить до проміжного утворення відповідного ефіру етиленгліколю. Наприклад:
В
Ці ефіри нестійкі і швидко гідролізуються з утворенням етиленгліколю і регенерацією аніону
В
Складання двох останніх реакцій дає реакцію гідратації оксиду етилену, селективно каталізується аніоном бікарбонату:
В
Оскільки швидкість всього процесу лімітується першою стадією, кінетичне рівняння каталітичної реакції має вигляд або з урахуванням паралельно протікає некаталітична реакції отримуємо рівняння, відповідне наведеним вище рівняння (15):
В
або з урахуванням паралельно протікає некаталітична реакції отримуємо рівняння, відповідне наведеним вище рівнянням (15):
В
На швидкість побічних реакцій (r 1 ) нуклеофільний каталізатор ніякого впливу не надає, що створює умови для суттєвого підвищення селективності.
Кожна сіль слабкої кислоти характеризується своїм значенням каталітичної константи, і, регулюючи концентрацію каталізатора [Кат], легко отримати ставлення, необхідне для необхідного виходу етиленгліколю при заданому вихідному мольному відношенні [H 2 O] 0/ [ОЕ] 0 . Всі ці дані дозволяють знайти умови здійснення промислового процесу при низьких мольних відносинах [H 2 O] 0/ [ОЕ] 0 , що забезпечують істотне зниження енергетичних витрат (до десяти разів) на стадії виділення готового продукту. Успішна досвідчена перевірка процесу дозволила приступити до його промисловому здійсненню.
Валерій Федорович Швець, доктор хімічних наук, професор Російського хіміко-технологічного університету ім.Д.І. Менделєєва, зав. кафедрою технології основного органічного і нафтохімічного синтезу. Область наукових інтересів: дослідження в області кінетики, каталізу та механізму органічних реакцій, моделювання та оптимізація на цій основі промислових реакторів і технологічних схем. Автор більше 180 наукових робіт і трьох підручників для вузів.
Біологічні процеси, що використовуються в технології
Біологічні процеси, "підглянуті" людиною в природі й реалізовані у промисловому виробництві, отримали назву біотехнологічних.
Біотехнологія являє собою сукупність промислових методів, в яких використовуються живі організми та біологічні процеси для виробництва різних продуктів.
Термін біотехнологія виник ще на початку XX століття, однак біотехнологічні процеси людство використовує з глибокої давнини. Можна виділити такі сфери практичної діяльності людини, як хлібопечення, сироваріння, виноробство, силосування кормів, які базуються на біотехнологічних принципах. Виділяють дві групи галузей, які охоплює біотехнологія:
• галузі, зайняті виробництвом промислової продукції;
• виробництво продовольства, вирощування дріжджів і бактерій для отримання білків, амінокислот, вітамінів; збільшення продуктивності сільського господарства; фармацевтична промисловість, захист навколишнього середовища і зменшення її забрудненості (очищення стічних вод, переробка господарських відходів, виготовлення компосту).
Біотехнологія - це новий етап сучасних біологічних знань і технологічного досвіду.
Виникнувши на стику різних напрямків - мікробіології, біохімії, біофізики, генетики та інших наук, базуючись на досягненнях фундаментальних досліджень, біотехнологія стала одним з найважливіших чинників розвитку громад...
