酢酸の调制方法

酢酸は、一般にエタン酸として知られており、プラスチック、繊維、溶剤の製造など、さまざまな工業プロセスで広く使用されている基本的な化合物です。 酢酸の调制方法効率的で費用効果の高い生産を確保するために重要です。 この記事では、酢酸を準備するための重要な方法を探り、伝統的なアプローチと現代的なアプローチの両方を掘り下げます。

1.メタノールのカルボニル化 (モンサントプロセス)

最も商業的に重要なものの1つ酢酸の调制方法はメタノールのカルボニル化です。 このプロセスには、触媒、通常はロジウムまたはイリジウム錯体の存在下で、メタノール (CH ₃OH) と一酸化炭素 (CO) との反応が含まれます。 反応は次のように表すことができます。

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

主な特徴:

• 高効率: このプロセスは、副生成物を最小限に抑えた酢酸に対して高い選択性を提供します。
• 触媒使用: ロジウム触媒は高い変換率を保証しますが、高圧や温度などの特定の操作条件が必要です。
• 環境に関する考察: このプロセスは、他の方法と比較して生成する汚染物質が少なく、環境にやさしいものになります。

モンサントプロセスは、1960年代から酢酸生産の主要な方法であり、世界の酢酸生産の約90% に貢献しています。

2.アセトアルデヒド酸化

アセトアルデヒド酸化は、酢酸の製造に使用される別の伝統的な方法である。 このプロセスでは、アセトアルデヒド (CH ₃CHO) は、通常、マンガンまたはコバルト塩などの金属触媒の助けを借りて、酸素が豊富な雰囲気の存在下で酸化されます。

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

主な特徴:

• シンプルな反応経路: アセトアルデヒドの酸化は簡単で、比較的適度な操作条件が必要です。
• 費用対効果: この方法は、セットアップが簡単で、エネルギー消費量が少ないため、費用効果が高くなります。
• 制限事項: 生成速度はカルボニル化に比べて遅く、ギ酸や二酸化炭素などの望ましくない副産物を生成する可能性があります。

まだ使用されているが、この方法は、より効率的なメタノールカルボニル化に大きく取って代わられている。

3.発酵プロセス

への生物学的アプローチ酢酸の调制方法エタノールが好気性条件下で酢酸バクテリア (アセトバクター) によって酸化される発酵である:

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

主な特徴:

• 自然と再生可能: 発酵は、植物由来のエタノールなどの再生可能資源を使用しているため、環境的に持続可能な選択肢となっています。
• 低エネルギー要件: 化学的方法とは異なり、発酵は室温と大気圧で動作するため、エネルギー消費量が少なくなります。
• 食品業界での応用: この方法は、酢酸が主成分である酢の製造に広く使用されています。

しかし、その速度が遅く、収量が低いため、発酵は大規模な工業用酢酸製造には一般的に使用されていません。

4.ナフサの液相酸化

この方法は、石油化学精製の副産物としての酢酸の製造に特に適しています。 ナフサまたはブタンの液相酸化では、酢酸はホルムアルデヒド、アセトン、メタノールなどの他の化合物とともに生成されます。

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

主な特徴:

• 大規模生産: この方法は、他の貴重な副産物と一緒に酢酸を生産する能力があるため、製油所に好まれています。
• 中程度の収量: 酢酸の収率は中程度ですが、多製品の出力により、プロセス全体が経済的に実行可能になります。
• 産業関連性: この方法は、石油化学産業に最も一般的に関連しているため、独立した酢酸の製造には適していません。

5.炭化水素酸化 (Cativaプロセス)

モンサントプロセスに関連する高度な方法であるCativaプロセスは、メタノールのカルボニル化のもう1つの例ですが、触媒としてロジウムの代わりにイリジウムを使用します。 このプロセスにより、より高い効率と削減された副産物が可能になります。

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

主な特徴:

• より高い触媒効率: イリジウムベースの触媒は、全体的な収率を改善し、わずかに穏やかな条件下で動作します。
• 環境とコストのメリット: Cativaプロセスは、環境プロファイルの改善と製造コストの削減により、近年好まれる方法になっています。

結論

結論として、酢酸の调制方法効率、コスト、環境への影響の点で大きく異なります。 今日最も広く使用されている方法は、効率とスケーラビリティが高いため、主にモンサントとカティバのプロセスによるメタノールのカルボニル化です。 アセトアルデヒドの酸化や発酵などの他の方法はまだ使用されていますが、特に食品生産において、よりニッチな市場に役立ちます。 さまざまな準備方法を理解することは、生産を最適化し、化学産業における持続可能な慣行を確保するために重要です。