ПӘнінің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Органикалық заттар технологиясының теориялық негіздері» 5В072100 – Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары

Органикалық синтездің жүруі екі негізгі сұрақтармен байланысты: 1) синтездің жалпы жоспарын құрастыру, яғни оптимальді бастапқы қосылыстарды таңдау және негізгі өнімге қысқа жолмен әкелетін стадиялар реттілігі (синтез стратегиясы); 2) құрастырылатын молекуланың белгілі байланысты құрастыру мүмкінділігін қамтамасыз ететін синтетикалық әдістерді таңдау немесе құрастыру (синтез тактикасы).

Органикалық синтезінің негізгі әдістерін үш топқа бөлуге болады: 1) конструктивті, олар жаңа С—С байланыстарының түзілуіне әкеледі, мақсаты – келешек молекуланың қанқасын құрастыру (Гриньяр, Фридель-Крафтс реакциялары, циклоқосылу); 2) деструктивті, олар синтезде ролін ойнап болған топтың молекуладан аластату мақсатымен жүретін, белгілі С—С байланыстардың үзілуіне әкеледі (декарбоксилдеу, диолдардың тотығуы); 3) функциональді топтарды трансформациялау әдістері.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: органикалық қосылыстардың электронды эффектілер – индуктивті және мезомерлі, органикалық реакциялардың жіктелуі, органикалық қосылыстарды синтездеу әдістері.

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Изопропилбензол және изопропилацетиленнің индуктивті эффектілерін салыстырыңыз.
   
2. 
   Келесі қосылыстардың мезомерлік эффектілерін салыстырыңыз: бензол, фенол, бензил спирті.
   
3. 
   Органикалық реакциялар қалай жіктелінеді?
   
4. 
   Органикалық синтез әдістері қалай жіктелінеді?
   

1 Нестеренко Л.Л., Бирюкова Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых. Учебное пособие. – Киев.: высшая школа, 1987. -359с.

2 Гуревич И.Л. Технология переработки нефти и газа. Ч.I, М.: Химия. 1972. -359с.

3 Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. Ч. II. – М.: Химия, 1980. -320с.

Дәріс жоспары:

1. Шикізатты өңдеуге дайындау

2. Мұнай өндеуінің технологиялық процестердің жіктелуі

3. Қатты жанғыш қазбалардың (ҚЖҚ) өндеу әдістері

1. Табиғи өнімдерді алдын ала қоспалардан тазарту қажет. Газдардың тазартуы механикалық және физикалық әдістермен, сонымен қатар сұйық немесе қатты заттардың арасынан өткізуімен жүзеге асырылады. Сұйықтықтар механикалық қоспалардан тұндырумен немесе фильтрлеу көмегімен тазартылады. Механикалық қоспалардан тазартудан кейін шикізат сусыздандырылған және кептірілген болу керек. Ол үш әдіс қолданылады: 1) механикалық - фильтрация, центрифугирлеу, пресстеу; 2) жылулық – қайнату, табиғи және жасанды жылумен кептіру, мұздату және конденсация; 3) физика-химиялық – адсорбция, химиялық сіңіру, электрофорез және т.б.

2. Мұнай өңдеу заводтарының (МӨЗ) технологиялық процестерін екі топқа бөледі: физикалық және химиялық.

1. Физикалық процестер арқылы мұнай құрастырушы компоненттерге химиялық өзгеріссіз бөлінеді және мұнай фракцияларынан мұнай қалдықтарын, май фракцияларын, газ конденсаттарын, зиянды компоненттерді, көмірсутекті емес қосылыстарды бөліп шығарады. Физикалық процесстер массаалмасу типі бойынша келесі түрлерге бөлінеді:

1.1. Гравитациялық (Электртұзсыздандырушы қондырғы).

1.2. Ректификациялық (атмосфералық айдау, атмосфералық-вакуумды айдау, газофракционирлейтін қондырғы және т.б.).

1.3. Экстракциялық (деасфальтизация, селективті тазарту, кристалдау арқылы депарафиндеу).

1.4. Адсорбциялық (цеолитті депарафиндеу, контактті тазарту).

1.5. Абсорбциялық (абсорбциялық-газофракционирлейтін қондырғы, H₂Sтен тазарту, CO₂ дан тазарту).

2. Химиялық процестерде мұнайдың өндеуіне бастапқы шикізаттың құрамында болмайтын жаңа өнімдерді химиялық өзгерістер арқылы алады. МӨЗнда қолданатын химиялық процесстерді белсендіру әдісі бойынша бөлінеді:

2.1. Термиялық (термолитикалық).

2.2. Каталитикалық.

Термиялық процестерді өтетін химиялық реакциялар типі бойынша бөлінеді:

2.1.1. Термодеструктивті (термиялық крекинг, висбрекинг, кокстеу, пиролиз).

2.1.2. Термототығу (битум өңдірісі, пектер өңдірісі, көмірлер мен кокстерді газдау).

Термодеструктивті процестерде шикізаттағы қосылыстардың ыдырау арқылы төменмолекулалық көмірсутектер және тығыздану процестер нәтижесінде жоғарымолекулалық өнімдер түзіледі. Термототықтыру процестер тотықтырғыштардың қатысуымен көміртек оксидтерін, сутегі, элементті күкірт битум және т.б. түзе жүреді.

Каталитикалық процесстерді катализ типі бойынша келесідей жіктелінеді:

2.2.1. Гетеролитикалық, олар қышқылдық катализ механизмі бойынша жүреді (каталитикалық крекинг, алкилдеу, полимерлеу, эфирлер өңдірісі және т.б.);

2.2.2. Гомолитикалық, олар тотығу тотықсыздану катализ (электронды) механизмі бойынша жүреді (сутек және синтез газдар, метанол, элементарлы күкірт өңдірісі).

2.2.3 Гидрокаталитикалық, олар бифункционалды (күрделі) катализ механизмі бойынша жүреді (гидрототығу, гидрокрекинг, каталитикалық риформинг, изомерлеу, гидродеаротаттау, гидродепафиндеу және т.б.).

Термохимиялық әдістерде әртүрлі реагенттер немесе еріткштер мен температуралар қосындысы әсер етеді, бірақ соңғылар бағынышты рольді атқарады. Оларға: а) тотықсыздандыру процесстер: термопластификаттау, гидрогендеу, термиялық еріту, экстракция, адсорбенттер өңдірісі; б) тотығу процестер: оттекпен, озонмен, галогендермен, қышқылдармен тотығу; в) сілітлермен гидролиз.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: шикізатты өңдеуге дайындау әдістері, мұнай өндеуінің технологиялық процестердің жіктелуі, қатты жанғыш қазбалардың өндеу әдістері

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Шикізаттын біріншілік өңдеуге дайындалуы неден тұрады?
   
2. 
   Дайындықтың жеке стадияларының міндеті неде?
   
3. 
   Шикізатты өңдеудің физикалық және механикалық әдістерінің айырмашылығы?
   
4. 
   Қатты жаңғыш қазбаларды өңдеу әдістері қалай жіктелінеді?
   

1 Г.Қ. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. Алматы: Бастау, 2007. 127-137

2 Глущенок И.М. Теоретические основы технологии горючих ископаемых. –М.: металлургия, 1990. С123-126.

3 Каменева А.И. Платонов В.В. Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых. –М.: Химия, 1990. С. 245.

Дәріс жоспары:

1. 
   Мұнайды бір ретті, көп ретті және біртіндеп буландыру
   
2. 
   Мұнайды буландырғыш агент қатысында айдау. Мұнайды вакуумда айдау
   
3. 
   Ректификация. Ректификациялық колонналардың түрлері
   
4. 
   Ректификациялық колонналардың комплекстері
   

Егер фракцияның бөліну анығы қажетті болмаса, онда бір ретті булану әдісі экономикалық тиімді болады. Сондай ақ бұл әдісте мұнайды 350 — 370°С, яғни максимальді рұқсат температура аймағында жылытуда, көп ретті немесе біртіндеп буланумен салыстырғанда, бу фазасына көбірек өнім өтеді. Мұнайдан 350 — 370°С тан жоғары температураларда қайнатын фракцияларды алу үшін вакуум немесе су буын қолданады.

Буландырғыш компонент ретінде инертті газ болса, онда жылудың экономиясы жүреді, себебі су буын алу үшін көп энергия және оның конденсациясына көп су шығыны қажет. Күкіртті шикізатты айдау кезінде де инертті газды қолдануға тиімді, себебі күкіртті қосылыстар судың қатысында құбырлардың коррозиясын туғызады. Буландырғыш агент ретінде женіл мұнай фракцияларын — лигроин-керосин-газойль фракциясын қолдану ыңғайлы. Буландырғыш агенттің қайнау температурасы төмен болған сайын, айдау температурасы да төмен болады. Буландырғыш агент жеңіл болған сайын, айдау процесінде ол жеңіл айдалады. Сондықтан лигроин-керосин-газойль фракциясын қолдану тиімді.

Әр бір қарапайым бағанада айдап шығаратын және концентрациялайтын секциялар болады. Айдап шығаратын немесе бумен өндейтін секция шикізатты ендіретін жерден төмен орналасады. Бөліну үшін табақшаға берілетін шикізат қоректендіру табақшасы деп аталады. Айдап шығаратын секцияның негізгі өнімі болып, сұйық қалдық саналады. Концентрациялау немесе бекіту секциясы қоректендіру табақшасының үстінде орналасады. Бұл секцияның негізгі өнімі болып ректификат буы саналады. Ректификациялау бағананың концентрациялау секциясының қалыпты жұмысына суландыру және жылу беру, немесе айдап шығу секциясына өткір су буын ендіру қажет болады.

Асылмалы бағаналарда негізгі бағанаға оның әр түрлі деңгейлерінен тіркелген көмектес бағаналарға қосымша тазалауға дистиляттар келеді. Көмектес бағаналардың қалдықтары қайтадан негізгі колоннаға түседі.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: мұнайды бір ретті, көп ретті және біртіндеп буландыру, мұнайды буландырғыш агент қатысында айдау, мұнайды вакуумда айдау, теорилық негіздері, ректификация негіздері, ректификациялық колонналардың түрлері және комплекстері

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Айдауды қандай жағдайда қолданылады?
   
2. 
   Ректификациялық колонналардың түрлері.
   
3. 
   Ректификация процесі неге негізделген?
   
4. 
   Ректификациялық колонналардың жұмыс істеу принциптері.
   

1 Г.Қ. Бишімбаева, А.Е. Букетова. Мұнай және газ химиясы мен технологиясы. Алматы: Бастау, 2007. 146-166 б.

2. Ы.Қ. Тойбаев, Қ.А. Жұбанов. Химиялық технология негіздері. Алматы. 2011. 91-92 б.
Микромодуль 2 – «Жанғыш қазбалардың және олардың өңдеу өнімдерінің термодеструкциялық өзгерістері. Мұнай, газ, көмір мен олардың өңдеу өнімдерінің термототығу және каталитикалық процестері»
Дәріс 6 - Жанғыш қазбалардың және олардың өңдеу өнімдерінің термодеструкциялық өзгерістері

Дәріс жоспары:

Ароматты көмірсутектер кокс түзілуінің негізгі материалы болып табылады. Ароматты көмірсутектер жоғары температурада ацетиленнен полимерлену жолымен түзіледі.

Қазіргі көзқарас бойынша арендердің түзілуі алкандар, олефиндер, азулендер, терпендер, спирттер, кетондар және т.б. айналулар нәтижесі болып табылады.

Алкандар ыдырағанда алкан және алкен молекулалары түзіледі: С₄Н₁₈ → С₄Н₁₀ + С₄Н₈.

Диен көмірсутектері:

Пластикалық көмірлі массаның қасиеттері:

1) тұтқырлық. Пластикалық тұтқыр ағу заңдарына формула бойынша бағынады: F/S – θ=ηdv/dx (1), мұнда F – ағын бойымен бағытталған күш; θ – ығысудың шекті кернеуі, оған жеткенде пластикалық массаның деформациясы басталады; dv/dx – қабаттың ені бойынша жылдамдық градиенті; η – пластикалық масса тұтқырлығының коэффициенті.

2) газөтімділігі. Газөтімділіктің бөлшектердің ірілігіне R, шихтаның үйілген массаның бөлшектенуіне φ, беттік керілуіне α, қақталу узақтығына τ, және бір көмірлі бөлшекке келетін контакт саңына r тәуелділік формула бойынша есептеледі:

Г=2/9R² [φ/(1-φ)e^-kα/rRτ] (2)

3) көмірлі пластикалық массаның қопсылануы. Қопсылану массаның тұтқырлығымен және ұшқыш заттардың бөліну динамикасымен анықталады. Қопсылану мөлшері тұтқырлыққа тәуелді мына формула бойынша өзгереді: Н=m/τⁿ 10³, мұнда Н – қопсылану; m, n – тұрақтылар; ұшқыш заттардың төмен шығымында m=0,69, n=0,88; ұшқыш заттардың жоғары шығымында m=1,31 и n=0,80.

4) пластикалық күйдін температуралық интервал

5) пластикалық қабаттын жуандығы.

Кокстің түзілуі, молекулалык массасы мен ароматтылығы артатын өнімдер беретін, мына сұлба бойынша журетін бірқатар тізбектелген конденсациялану реакцияларының нәтижесінде болады:

көмірсутектер—►шайырлар —► асфальтендер—► кокс

Кокстену тізбекті радикалдық механизммен жүреді, оны мына сүлбамен жазуга болады:

(А^/)_хА^. – активсіз радикал, оның бос валенттілігі делокализацияланған немесе алкил және басқа топтармен қалқаланған, немесе:

Бұл сулба тізбекті поликонденсация процесін сипаттайды. Поликонденсацияның түзілген үлкен молекулалық өнімдері радикалдармен, асфальтендер сияқты бірдей реакцияға түсуі мүмкін, реакция өнімдері негізінен тігілген үшөлшемдік полимерлер - карбоидтар болып табылады. Тігілмеген макромолекулар - кокстен күкіртті көміртекпен экстракцияланған заттар - карбендер болып саналады.

Дәріс материалдарын игергеннен кейін білуге қажетті негізгі түсініктер: кокос, кокстың түзілуі, пластикалық масса, пластикалық көмірлі массаның қасиеттері

Өзін өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. 
   Кокс дегеңіміз не?
   
2. 
   Жартылай кокстеу қандай температура интервалында жүреді? Кокстеу?
   
3. 
   Кокстың қолдану аймағын атап өтіңіз?
   
4. 
   Кокстеу процесінде кокстен басқа қандай заттар түзіледі?
   

1 Глущенок И.М. Теоретические основы технологии горючих ископаемых. –М.: металлургия, 1990. С. 142-198.

2 Х.А. Суербаев, Г.М. Абызбекова. Мұнай өңдеу және мұнай химиясындағы бос радикалдық процестер. – Алматы. 2004. 32-39б.

3 Каменева А.И. Платонов В.В. Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых. –М.: Химия, 1990. 245-252 б.

Дәріс жоспары:

1. Термиялық крекинг. Термиялық крекинг процесінде көмірсутектер айналуының механизмі

2. Пиролиз

2.1 Пиролиз шикізаты

2.2 Пиролиз өнімдері

2.3 Пиролиз процесінің химизмі

1. Термиялық процестері – жылулық әсерінен көмірсутектердің ыдырау процестері. Жүретін химиялық реакция типі бойынша термиялық әдістер термодеструктивті (термиялық крекинг, кокстеу, пиролиз) және термототығу (битум өндірісі, көмірдің, кокстың газификациясы). Екі типті реакциялар жүреді: С-С, С-Н байланыстары бойынша крекинг реакциялары және тығыздалу (полимерлену, конденсация) реакциялары.

Термиялық тұрақтылығының өсуі бойынша мұнай көмірсутектерінің негізгі типтері келесі қатарда орналасады: қ-алкандар, изоалкандар, циклоалкандар, арендер, нафтеноароматты, полициклді ароматты көмірсутектер. Термиялық крекинг кезінде активтендіру энергиясы орташа шамамен 210-250 кДж/моль құрайды. Алкандардың крекингі кезінде молярлық массасы төмен алкандар мен алкендер түзіледі:

C_nH_2n+2  C_mH_2m + C_qH_2q+2

Алкандар ыдырауы бос радикалдар теориясына бағынады және тізбекті сипатқа ие. 460-550°Ста бутан ыдырауының механизмін қарастырамыз. Біріншілік ыдырау нәтижесінде метил, этил, пропил радикалдары түзіледі:

Тізбекті реакцияның өсуі келесі схемамен жүреді:

Тізбектің үзілуі бос радикалдар рекомбинация әдісімен жүреді:

Температура 450°Сқа жуық болғанда үзілу алкан молекуласының тізбегінің ортасынан жүреді. Қысым жоғарлауы үзілуді молекула орталығына қарай ығыстырады, сәйкесінше, қысым әсерімен жүретін крекинг көбірек сұйық өнім алуға мүмкіндік береді.

Бүйір тізбегі ұзын нафтендік және ароматты көмірсутектер үшін келесі реакциялар тән:

бүйір тізбектерді деалкилдеу; циклоалкандық сақинаны арендерге дейін дегидрлеу; моноциклдік нафтендердің алкендерге немесе алкан + алкадиенге ыдырату.

Қысқа бүйір тізбекті арендер және гомоядролық арендер де ыдырамайды. Олардың конденсациясы нәтижесінде полициклді көмірсутектердің жиналуы жүреді. Циклдік көмірсутектердің конденсациясы және тығыздалу реакцияларының жүруі кокс түзілуіне әкеледі.