طرق إعداد حمض الأسيتيك

حمض الخليك ، المعروف باسم حمض الإيثانويك ، هو مركب كيميائي أساسي يستخدم على نطاق واسع في العمليات الصناعية المختلفة ، بما في ذلك إنتاج البلاستيك والمنسوجات والمذيبات. الـطرق إعداد حمض الأسيتيكتعتبر حاسمة لضمان كفاءة الإنتاج وفعاليته من حيث التكلفة. في هذه المقالة ، سنستكشف الطرق الرئيسية لإعداد حمض الخليك ، الخوض في كل من الأساليب التقليدية والحديثة.

1. كربونيل الميثانول (عملية مونسانتو)

واحدة من أهم الأسواق التجاريةطرق إعداد حمض الأسيتيككربونيل الميثانول. تتضمن هذه العملية تفاعل الميثانول (ch1500) مع أول أكسيد الكربون (CO) في وجود محفز ، عادة مركبات الروديوم أو الإيريديوم. يمكن تمثيل التفاعل على النحو التالي:

[ \ نص {CH}3 \ text{OH} + \ text{CO} \ rightarrow \ text{CH}3 \ text{COOH} ]

الميزات الرئيسية:

• كفاءة عاليةتوفر العملية انتقائية عالية تجاه حمض الأسيتيك مع الحد الأدنى من المنتجات الثانوية.
• استخدام محفزيضمن محفز الروديوم معدلات تحويل عالية ولكنه يتطلب ظروف تشغيل محددة مثل الضغط العالي ودرجة الحرارة.
• الاعتبارات البيئية: تولد العملية ملوثات أقل مقارنة بالطرق الأخرى ، مما يجعلها أكثر ملاءمة للبيئة.

كانت عملية مونسانتو الطريقة السائدة لإنتاج حمض الخليك منذ الستينيات ، حيث ساهمت في حوالي 90 ٪ من الإنتاج العالمي لحمض الخليك.

2. أكسدة الأسيتالديهيد

أكسدة الأسيتالديهيد هي طريقة تقليدية أخرى تستخدم لإعداد حمض الخليك. في هذه العملية ، يتأكسد الأسيتالديهيد (cho) في وجود جو غني بالأكسجين ، عادة بمساعدة عامل حفاز معدني مثل أملاح المنغنيز أو الكوبالت:

[ 2 \ text{CH}3 \ text{CHO} + \ text{O}2 \ rightarrow 2 \ text{CH}_ 3 \ text{COOH} ]

الميزات الرئيسية:

• مسار رد فعل بسيطأكسدة الأسيتالديهيد واضحة وتتطلب ظروف تشغيل معتدلة نسبيًا.
• الفعالية من حيث التكلفة: يمكن أن تكون الطريقة فعالة من حيث التكلفة بسبب الإعداد البسيط وانخفاض استهلاك الطاقة.
• القيودمعدل الإنتاج أبطأ مقارنة بالكربونيل ، ويمكن أن يولد منتجات ثانوية غير مرغوب فيها مثل حمض الفورميك وثاني أكسيد الكربون.

على الرغم من أنه لا يزال قيد الاستخدام ، فقد تم استبدال هذه الطريقة إلى حد كبير بكربونيل الميثانول الأكثر كفاءة.

3. عملية التخمير

نهج بيولوجي لطرق إعداد حمض الأسيتيكهو تخمير ، حيث يتأكسد الإيثانول بواسطة بكتيريا حمض الخليك (الأسيتوباكتر) في الظروف الهوائية:

[ \ نص {C}2 \ text{H}5 \ text{OH} + \ text{O}2 \ rightarrow \ text{CH}3 \ text{COOH} + \ text{H}_ 2 \ text{O} ]

الميزات الرئيسية:

• طبيعية ومتجددةيستخدم التخمير موارد متجددة مثل الإيثانول المستخرج من النباتات ، مما يجعله خيارًا مستدامًا بيئيًا.
• متطلبات الطاقة المنخفضةعلى عكس الطرق الكيميائية ، يعمل التخمير في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي ، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة.
• التطبيقات في صناعة الأغذيةتستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في إنتاج الخل ، حيث يكون حمض الخليك هو المكون الأساسي.

ومع ذلك ، نظرًا لمعدله الأبطأ والعائد المنخفض ، لا يستخدم التخمير بشكل شائع لإنتاج حمض الخليك الصناعي على نطاق واسع.

4. أكسدة المرحلة السائلة للنافثا

هذه الطريقة مناسبة بشكل خاص لإنتاج حمض الأسيتيك كمنتج ثانوي لتكرير البتروكيماويات. في مرحلة الأكسدة السائلة للنافثا أو البوتان ، يتم إنتاج حمض الخليك جنبا إلى جنب مع مركبات أخرى مثل الفورمالديهايد والأسيتون والميثانول:

[ \ نص {C}4 \ text{H}{10} + 2 \ text{O}2 \ rightarrow \ text{CH}3 \ text{COOH} + \ text{H}_ 2 \ text{O} ]

الميزات الرئيسية:

• إنتاج واسع النطاقيفضل هذا الأسلوب من قبل المصافي بسبب قدرته على إنتاج حمض الخليك جنبا إلى جنب مع غيرها من المنتجات الثانوية القيمة.
• عائد معتدلإن إنتاجية حمض الأسيتيك معتدلة ولكن الإنتاج المتعدد المنتجات يمكن أن يجعل العملية الشاملة قابلة للتطبيق اقتصاديًا.
• الأهمية الصناعيةترتبط هذه الطريقة بشكل شائع بصناعة البتروكيماويات ، مما يجعلها أقل ملاءمة لإنتاج حمض الخليك المستقل.

5. أكسدة الهيدروكربون (عملية الكاتيفا)

عملية الكاتيفا ، وهي طريقة متقدمة تتعلق بعملية مونسانتو ، هي مثال آخر على كربونيل الميثانول ولكنها تستخدم الإيريديوم بدلاً من الروديوم كمحفز. تسمح هذه العملية بكفاءة أعلى وتقليل المنتجات الثانوية:

[ \ نص {CH}3 \ text{OH} + \ text{CO} \ rightarrow \ text{CH}3 \ text{COOH} ]

الميزات الرئيسية:

• كفاءة حافزة أعلى: يعمل المحفز القائم على الإيريديوم على تحسين الإنتاجية الإجمالية ويعمل في ظل ظروف أكثر اعتدالًا قليلاً.
• الفوائد البيئية والتكلفة: أصبحت عملية الكاتيفا الطريقة المفضلة في السنوات الأخيرة بسبب مكانتها البيئية المحسنة وانخفاض تكاليف الإنتاج.

خاتمة

وفي الختام ، فإنطرق إعداد حمض الأسيتيكتختلف اختلافًا كبيرًا من حيث الكفاءة والتكلفة والتأثير البيئي. الطريقة الأكثر استخدامًا اليوم هي كربونيل الميثانول ، في المقام الأول من خلال عمليات مونسانتو والكاتيفا ، بسبب كفاءتها العالية وقابليتها للتوسعة. لا تزال طرق أخرى مثل أكسدة الأسيتالديهيد والتخمير قيد الاستخدام ولكنها تخدم المزيد من الأسواق المتخصصة ، خاصة في إنتاج الغذاء. إن فهم طرق التحضير المختلفة أمر بالغ الأهمية لتحسين الإنتاج وضمان الممارسات المستدامة في الصناعة الكيميائية.