Ishlab chiqarish usullari
Sirka kislotasi ham sintetik, ham bakterial fermentatsiya natijasida hosil
bo'ladi. Bugungi kunda biologik yo'l dunyo ishlab chiqarishining atigi 10 foizini
tashkil qiladi, lekin u sirka ishlab chiqarish uchun muhimligicha qolmoqda, chunki
dunyoning ko'pgina oziq -ovqat tozaligi qonunlarida oziq -ovqat mahsulotlarida
ishlatiladigan sirka biologik kelib chiqishi bo'lishi shart. Sirka kislotasining 75
foizga yaqini kimyo sanoatida foydalanish uchun metanol karbonillanishidan iborat.
Qolganlarini muqobil usullar hisobga oladi.
Butun dunyo bo'ylab sirka kislotasining umumiy ishlab chiqarilishi 5 Mt/a
(yiliga million metrik tonna) ni tashkil etadi, ularning yarmi AQShda ishlab
chiqariladi. Evropa ishlab chiqarishi taxminan 1 Mt/s ni tashkil etadi va pasaymoqda
va 0,7 Mt/a Yaponiyada ishlab chiqariladi. Har yili yana 1,5 Mt qayta ishlanib, jahon
bozorining umumiy hajmi 6,5 Mt/s ga etadi. Sirka kislotasining eng yirik ikkita
ishlab chiqaruvchisi - Celanese va BP Chemicals. Boshqa yirik ishlab
chiqaruvchilarga Millennium Chemicals, Sterling Chemicals, Samsung, Eastman va
Svensk Etanolkemi kiradi.
Sirka kislotasining ko'p qismi metanol karbonillanish natijasida hosil bo'ladi. Bu
jarayonda metanol va uglerod oksidi reaksiyaga kirishib, kimyoviy tenglamaga
muvofiq sirka kislotasi hosil qiladi:
CH3OH + CO → CH3COOH
Bu jarayon oraliq mahsulot sifatida yodometanni o'z ichiga oladi va uch
bosqichda sodir bo'ladi. Karbonillanish uchun katalizator, odatda metall kompleksi
kerak (2 -qadam).
(1) CH3OH + HI → CH3Men + H2O
(2) CH3I + CO → CH3COI
(3) CH3COI + H2O → CH3COOH + HI
Jarayon shartlarini o'zgartirib, sirka angidrid ham o'sha zavodda ishlab
chiqarilishi mumkin. Metanol ham, uglerod oksidi ham tovar xomashyosi bo'lgani
uchun, metanol karbonillanish sirka kislotasini ishlab chiqarish uchun uzoq vaqtdan
beri jozibali usul bo'lib kelgan. Britaniya Selanesidagi Genri Drefyus 1925 yil
boshida metanol karbonillanish tajriba zavodini ishlab chiqdi.[10] Biroq, yuqori
bosimli (200 atm va undan yuqori) korroziyali aralashmani o'z ichiga oladigan
amaliy materiallarning etishmasligi, bu marshrutlarning tijoratlashtirishini bir
muncha vaqt to'xtatdi. Kobalt katalizatori ishlatilgan birinchi tijorat metanol
karbonillanish jarayoni 1963 yilda Germaniyaning BASF kimyo kompaniyasi
tomonidan ishlab chiqilgan. 1968 yilda rodyum asosidagi katalizator (cis- [Rh
(CO)2Men2]−) deyarli yon mahsulotsiz past bosim ostida samarali ishlashi
mumkinligi aniqlandi. Bu katalizatorni ishlatadigan birinchi zavod 1970 yilda
AQShning Monsanto kimyo kompaniyasi tomonidan qurilgan va rodyum-
katalizatsiyalangan metanol karbonillanish sirka kislotasini ishlab chiqarishning
dominant usuliga aylangan (qarang Monsanto jarayoni). 1990 -yillarning oxirida BP
Chemicals kimyoviy kompaniyasi Cativa katalizatorini tijorat qildi ([Ir (CO))
2Men2]−), bu ruteniy tomonidan targ'ib qilinadi. Bu iridiy-katalizatsiyalangan
jarayon yanada yashil va samaraliroq va Monsanto jarayonining o'rnini bosdi,
ko'pincha bir xil ishlab chiqarish zavodlarida.
Asetaldegid oksidlanishi
Monsanto jarayonining tijoratlashtirilishidan oldin sirka kislotasining ko'p
qismi asetaldegid oksidlanishi natijasida hosil bo'lgan. Bu ikkinchi muhim ishlab
chiqarish usuli bo'lib qolmoqda, garchi u metanol karbonillanishiga raqobatbardosh
bo'lmasa. Asetaldegid butan yoki engil nafta oksidlanishi yoki etilenni gidratlash
yo'li bilan ishlab chiqarilishi mumkin.
Butan yoki engil nafta har xil metall ionlari, shu jumladan marganets, kobalt
va xrom ionlari ishtirokida havo bilan qizdirilganda, peroksidlar hosil bo'ladi va
keyin kimyoviy tenglamaga muvofiq sirka kislotasini hosil qiladi.
2 C4H10 + 52 → 4 CH3COOH + 2 soat2O
Odatda, reaksiya butanni suyuq holatda ushlab turganda, iloji boricha issiq
bo'lishi uchun mo'ljallangan harorat va bosim kombinatsiyasida o'tkaziladi. Odatda
reaktsiya shartlari 150 ° C va 55 atm. Bundan tashqari, butanon, etilatsetat, formik
kislota va propion kislotasi kabi bir nechta yon mahsulotlar paydo bo'lishi mumkin.
Bu yonma -yon mahsulotlar ham tijorat nuqtai nazaridan qimmatlidir va agar ular
iqtisodiy jihatdan foydali bo'lsa, ularning ko'pini ishlab chiqarish uchun reaktsiya
shartlarini o'zgartirish mumkin. Biroq, bu yon mahsulotlardan sirka kislotasini
ajratish jarayonning narxini oshiradi.
Shunga o'xshash sharoitda va butan oksidlanishida ishlatiladigan o'xshash
katalizatorlar yordamida asetaldegid havodagi kislorod bilan oksidlanib, sirka
kislotasini hosil qiladi.
2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH
Zamonaviy katalizatorlar yordamida bu reaksiya sirka kislotasi 95%dan
yuqori hosil bo'lishi mumkin. Asosiy yon mahsulotlar etilatsetat, formik kislota va
formaldegid bo'lib, ularning hammasi sirka kislotasiga qaraganda pastroq qaynash
nuqtalariga ega va distillash orqali oson ajratiladi.
Fermentatsiya
Oksidlanish fermentatsiyasi
Insoniyat tarixining ko'p qismida sirka kislotasi turkumidagi bakteriyalar
tomonidan ishlab chiqarilgan Asetobakteriyalar. Kislorod etarli bo'lsa, bu
bakteriyalar turli spirtli oziq -ovqat mahsulotlaridan sirka ishlab chiqarishi mumkin.
Odatda ishlatiladigan ozuqalarga olma sirkasi, sharob va achitilgan don, solod,
guruch yoki kartoshka pyuresi kiradi. Umumiy kimyoviy reaktsiya bu bakteriyalar
tomonidan osonlashtiriladi
C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O
Emlangan spirtli suyultirilgan eritma Asetobakteriyalar va iliq, havodor joyda
saqlansa, bir necha oy davomida sirka bo'ladi. Sirka tayyorlashning sanoat usullari
bakteriyalarni kislorod bilan ta'minlashni yaxshilash orqali bu jarayonni
tezlashtiradi.
Fermentatsiya natijasida ishlab chiqarilgan sirka birinchi partiyalari, ehtimol,
vinochilik jarayonidagi xatolardan keyin kuzatilgan. Agar kerak bo'lsa, juda yuqori
haroratda achitilsa, asetobakter uzumda tabiiy ravishda paydo bo'ladigan
xamirturushni bosib ketadi. Oshxona, tibbiy va sanitariya maqsadlarida sirka talabi
oshgani uchun, vintnerlar yozning issiq oylarida uzum pishib vinoga ishlov berishga
tayyor bo'lgunga qadar sirka ishlab chiqarish uchun boshqa organik materiallardan
foydalanishni tezda o'rgandilar. Bu usul sekin edi, lekin har doim ham
muvaffaqiyatli bo'lavermasdi, chunki vinochilar bu jarayonni tushunishmagan.
Birinchi zamonaviy tijorat jarayonlaridan biri bu "tez usul" yoki "nemis usuli" bo'lib,
u birinchi bo'lib 1823 yilda Germaniyada qo'llanilgan. Bu jarayonda fermentatsiya
o'tin yoki ko'mir bilan o'ralgan minorada sodir bo'ladi. Minoraning yuqori qismiga
spirtli ozuqa quyiladi va pastdan toza havo tabiiy yoki majburiy konveksiya orqali
etkazib beriladi. Bu jarayonda yaxshilangan havo ta'minlanishi sirka tayyorlash
vaqtini oydan haftalarga qisqartiradi.
Bugungi kunda ko'pchilik sirka suv osti tanklarida ishlab chiqariladi, birinchi marta
1949 yilda Otto Xromatka va Geynrix Ebner tomonidan tasvirlangan. Bu usulda
alkogol uzluksiz aralashtiriladigan idishda sirkaga achitiladi va kislorod eritma
orqali havo ko'pirishi bilan ta'minlanadi. Bu usuldan foydalanib, 15 foiz sirka
kislotali sirka atigi ikki -uch kunda tayyorlanishi mumkin.
Anaerob fermentatsiya
Anaerob bakteriyalarning ayrim turlari, shu jumladan jinsning bir nechta
vakillari Clostridium, shakarni sirka kislotasiga aylantirishi mumkin, bunda etanolni
oraliq vosita sifatida ishlatmasdan.Bu bakteriyalar tomonidan o'tkaziladigan
umumiy kimyoviy reaktsiya quyidagicha ifodalanishi mumkin.
C6H12O6 → 3 CH3COOH
Sanoat kimyogari nuqtai nazaridan qiziqroq, bu asetogen bakteriyalarning
ko'pchiligi bir uglerodli birikmalardan, jumladan, metanol, uglerod oksidi yoki
karbonat angidrid va vodorod aralashmasidan sirka kislotasini ishlab chiqarishi
mumkin:
2 CO2 + 4 soat2 → CH3COOH + 2 soat2O
Bu qobiliyat Clostridium shakarni to'g'ridan-to'g'ri ishlatish yoki kam xarajatli
sirka kislotasini ishlab chiqarish, bu bakteriyalar sirka kislotasini etanol-
oksidlovchilarga qaraganda samaraliroq ishlab chiqarishi mumkinligini anglatadi.
Asetobakteriyalar. Biroq, Clostridium bakteriyalar kislotaga nisbatan kamroq
bardoshli Asetobakteriyalar. Hatto eng kislotaga chidamli Clostridium shtammlari
sirka kislotasining bir necha foizigina sirka ishlab chiqarishi mumkin
Asetobakteriyalar sirka kislotasining 20 foizigacha sirka ishlab chiqaradigan
shtammlar. Hozirgi vaqtda sirka yordamida ishlab chiqarish ancha tejamkor bo'lib
qolmoqda Asetobakteriyalar yordamida ishlab chiqarishdan ko'ra Clostridium va
keyin uni konsentratsiyalash. Natijada, asetogen bakteriyalar 1940 yildan beri
ma'lum bo'lgan bo'lsa -da, ularning sanoatda qo'llanilishi bir nechta joylar bilan
cheklanib qolmoqda.
| 