Ізопропіловий спирт

Ізопропіловий спирт
2-Propanol.svg
ізопропіловий спирт
Isopropanol-3D-vdW.png
ізопропанол
Назва за IUPAC пропан-2-ол
Інші назви 2-пропанол, ізопропанол
Ідентифікатори
Номер CAS 67-63-0
PubChem 3776
Номер EINECS 200-661-7
DrugBank 02325
KEGG D00137 і C01845
ChEBI 17824
RTECS NT8050000
SMILES CC(O)C
InChI 1S/C3H8O/c1-3(2)4/h3-4H,1-2H3
Номер Бельштейна 635639
Номер Гмеліна 1464
Властивості
Молекулярна формула C3H8O1
Зовнішній вигляд безбарвна рідина
Густина 0,786 г/см³ (20 °C)
Тпл −89 °C
Ткип 82,5 °C
Розчинність (вода) розчинний
Розчинність (ацетон) повна змішуваність з бензеном, хлороформом, етанолом, ефіром, гліцерином
нерозчинний в сольових розчинах
Кислотність (pKa) 16,5
Показник заломлення (nD) 1,3776
В'язкість 2,86 кПуаз при 15 °C
1,96 кПуаз при 25 °C[1]
1,77 кПуаз при 30 °C
Для 187-500 K, в'язкість (кПуаз) =10^(-0,7009+(8,4150E+02/T)+(-8,6068E-03*T)+(8,2964E-06*(T^2))) (температура в K)[1]
Дипольний момент 1,66 D (газ)
Небезпеки
ЛД50 5005 мг/кг (пацюки, арально)
MSDS External MSDS
R-фрази R11 R36/37 Шаблон:R67
S-фрази S7 S16 S24 Шаблон:S25 S26
Головні небезпеки схильний до самозаймання
NFPA 704
NFPA 704.svg
3
1
0
Температура спалаху 11,7 °C (у відкритій посудині)
13 °C (у закритій посудині)
Температура самозаймання 399 °C
Пов'язані речовини
Інші (спирти) пропіловий спирт (ізомер), етанол, 2-бутанол
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Ізопропіловий спирт (2-пропанол, пропан-2-ол, ізопропанол, диметилкарбінол) CH3CH(OH)CH3 — найпростіший вторинний одноатомний спирт аліфатичного ряду.

Відкриття

Ізопропіловий спирт був відкритий в 1955 р. М. Бертло при обробці пропілену концентрованою сірчаної кислотою й розкладанні продукту реакції водою[2].

Фізичні властивості

Безбарвна рідина зі спиртовим запахом. Змішується з водою і органічними розчинниками в усіх співвідношеннях.

Показник заломлення становить n25D=1,3747;

pкрит=5,3 МПа;

tкрит=234,9 °С;

тиск пари, кПа: 1,33 (2,4 °С), 13,3 (39,5 °С), 53,2 (67,8 °С), 115,75 (90 °С);

теплоємність Ср кДж/(кг·К): 2,36 (0 °С), 2,84 (30 °С), 3,10 (50 °С).

Отримання

Основний спосіб отримання ізопропанолу в промисловості полягає в непрямій гідратації пропілену сірчаною кислотою (CH3CHCH2 + H2O).


Синтез ізопропанолу з пропілену

Сировиною зазвичай служить пропан-пропіленова суміш газів крекінгу або пропіленова суміш газів піролізу нафти. При цьому процесі можливі наступні хімічні реакції взаємодії пропілену з сірчаною кислотою і водою:

Ізопропілсульфат реагуючи з пропіленом, дає диізопропілсульфат:

Диізопропілсульфат при реакції з водою знову утворює ізопропілсульфат і ізопропіловий спирт:

Крім того, ізопропіловий спирт реагує з диізопропілсульфатом з утворенням диізопропілового ефіру і ізопропілсульфату:

Отримання з вуглеводів

У невеликих кількостях ізопропіловий спирт, поряд з бутанолом, отримують при бродінні вуглеводів[3][4][5]

Гідратація пропілену сульфатною кислотою в рідкій фазі

Численні дослідження гідратації пропілену сульфатною кислотою призвели до виникнення двох різних методів:

  1. методу концентрованої кислоти;
  2. методу розбавленої кислоти.
Метод концентрованої кислоти

Гази стабілізації з крекінг-установок із вмістом пропілену 20-24% спочатку відмивають в скруберах від сірководню [6] [7]. Потім видаляють вищі вуглеводні фракційної перегонкою і концентрують пропілен до мінімум 50%. Абсорбцію пропілену можна істотно поліпшити за допомогою абсорбційного масла, більшою частиною газойля. Абсорбційне масло полегшує переробку низькоконцентрованого пропілену. Крім того, воно значно знижує схильність до полімеризації при використанні висококонцентрованого пропілену.

Абсорбція проводиться протитоком в екстракційній колоні з 8 тарілками під тиском 8-10 кгс/см2 в 92%-ній сульфатній кислоті при 20 °С. На кожній тарілці є шар абсорбційного масла. Після екстракції тиск сульфатної кислоти знижується, у відстійнику відділяється екстракційне масло і знову подається в колону. Екстракт містить близько 1,1-1,3 моль С3Н6/моль H2SO4. Витрата кислоти складає ~ 12 кг на 10 л 100%-ного ізопропілового спирту, витрата пропілену - близько 39 м3 (теоретично 32 м3).

Температура на окремих тарілках екстракційної колони не повинна перевищувати 20 °С, інакше можливі значні втрати пропілену через полімеризацію.

З відстійника екстракт надходить в освинцьований реакційний апарат з турбомішалкою, де розбавляється водою до отримання 40%-ного розчину, що перемішується приблизно протягом 1 год при 50 °С. Після 4-годинного перебування в апараті без перемішування спирт і утворений диізопропіловий ефір екстрагуються водяною парою. Пари спирту і етеру промиваються 1% розчином їдкого натру. Після розведення водою до концентрації 15% конденсат витримують кілька днів для відділення полімеризату. При ректифікації спочатку виділяють ~ 2% легко киплячих компонентів, у другій колоні ізопропіловий спирт концентрують до 91,3%-ної азеотропної суміші, що кипить при 80,4 °С. Вихід ізопропілового спирту складає 85-90% у відношенні до вихідного пропілену.

Для отримання безводного ізопропілового спирту азеотропню суміш зневоднюють бензолом або диізопропіловим ефіром, рідше - діетиловим ефіром. Головний продукт, який знаходиться в збірнику розділений на 2 шари, частково повертається у верхню частину колони (верхній шар з ізопропілового спирту і бензолу), частково подається в колону для концентрації (нижній шар з водного ізопропілового спирту) для регенерації залишків ізопропілового спирту і бензолу. Безводний ізопропіловий спирт (>99%) відганяється знизу колони.

Всі деталі апаратів, які контактують з розбавленою сульфатною кислотою виготовляються або зі свинцю, або з міді. Після промивання 1% розчином їдкого натру сталь - найбільш придатний матеріал для виготовлення ємностей, труб і колон.

Метод розбавленої кислоти

За методом розбавленої кислоти пропілен абсорбується під тиском 25 кгс/см2 при 65 °С в 70%-ній сульфатній кислоті. При цьому диізопропілсульфат не утворюється, а ізопропіловий спирт отримують відразу без подальшого розведення водою[8][9].

У абсорбційну безтарільчату колону, заповнену 70%-ною сульфатною кислотою, нагнітається попередньо компримований крекінг-газ, що містить пропілен. Сульфатна кислота поглинає 1 моль С3Н6/моль H2S04. Крекінг-газ з початковим вмістом пропілену близько 20-25% абсорбується до залишкового вмісту 5-6%.

Залишковий газ екстрагується в колоні з ковпачковими тарілками свіжою 70%-ною сульфатною кислотою, яка виходить з колони для омилення, до залишкового вмісту пропілену 1%. Потім сульфатна кислота з 0,2% пропілену проходить через безтарільчату колону. У відгонній колоні і колоні для омилення до суміші сульфатної кислоти та ізопропілсульфату додається вода до одержання 60%-ного розчину, а ізопропілсульфат омилюється. 85%-ний ізопропіловий спирт відганяється. З низу колони виводиться 70%-на сульфатна кислота, яку можна відразу вживати для наступного циклу.

Гідратація пропілену в газовій фазі на каталізаторах

Класичний метод отримання ізопропілового спирту в рідкій фазі має ряд недоліків. Так, втрати кислоти досить значні, а витрати на її регенерацію істотні. Крім того, великі труднощі викликає корозія устаткування. Тому були проведені численні досліди з прямого приєднання води до олефінів на нерухомому шарі каталізатора. У результаті був розроблений метод гідратації етилену із застосуванням фосфорної кислоти на цеоліті (кизельгур).

Реакція безпосереднього перетворення олефінів у спирт, є рівноважною, протіканню реакції сприяють низька температура, високий тиск і високе співвідношення пара:олефіни.

З багатьох можливих каталізаторів реакції прямої гідратації олефінів для промислового застосування рекомендуються тільки два:

  1. фосфорна кислота на носії;
  2. оксид вольфраму з промотором.

Застосування

Ізопропанол застосовують в хімічній, нафтовій, медичній, меблевій, харчовій, лісохімічній, парфумерній промисловості, оскільки він є хорошим розчинником для багатьох ефірних олій, воску, ефірів, алкалоїдів, синтетичних смол.

У лакофарбовій промисловості спирт використовується в якості допоміжного розчинника нітроцелюлози, ацетилцелюлози, етилцелюлози, він є одним з найважливіших допоміжних розчинників для нітролаків.

Ізопропіловий спирт може застосовуватися для денатурації етилового спирту, при приготуванні гальмівної і склопромивної рідини, як антифриз для автомобільних радіаторів.

Токсикологія

У великих кількостях ізопропіловий спирт більш отруйний і володіє сильнішою наркотичною дією, ніж етиловий спирт, але меншою, ніж н-пропиловий спирт. Він, очевидно, майже не має здатності акумулюватися в організмі.

Примітки

  1. а б Yaws, C.L. (1999). Chemical Properties Handbook. McGraw-Hill. 
  2. М. Вегthеlоt, Ann. Chim. et phys., 43, № 3, 391 (1855).
  3. Патенти США 1725083, 1927 та 2420998, 1947.
  4. Англійські патенти 293015, 1928 та 401284, 1932.
  5. Французький патент 743530, 1932.
  6. F. Asingег, Chemie und Technologie der Monoolefine, Berlin, 1957, S. 581—584.
  7. I. G. Park, С. М. Вeamer, in Kirk — Оthmer, Encyclopedia of Chemical Technology, v. 11, N. Y., 1953, p. 185—187.
  8. Патент США 2473224, 1949.
  9. W. Н. Shiffleг et al., Industrial & Engineering Chemistry, 31, 1101 (1939).

Джерела

  • Андреас Ф., Гребе К. Химия и технология пропилена Л.:Химия. — 1973. — 367 с.