Алкандарды химиялы асиеттері 1 страница

АЗАСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖНЕ ЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ЖБАНОВ АТЫНДАЫ АТБЕ ІРЛІК МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

 

 

 

Ф 06.01 - 02

 

 

«Органикалы заттарды химиялы технологиясы»

Мамандыы студенттеріне арналан

«Мнай, газ жне кмірді химиясы мен физикасы»

Пні бойынша

ДРІСТЕР ЖИНАЫ

 

 

 

 

Атбе - 2014

 

Дріс № 1.

Таырыбы:Мнай, газ жне кмір химиясы мен физикасына кіріспе

Жоспар:

1. Мнайды органикалы шыу тегі

2. Мнайды бейорганикалы шыу тегі.

3. Д.Менделеевті гипотезасы.

Глоссарилер:

Массалы лес хі (уі) компонентті массасыны mi оспа массасына m атынасын береді.

Молярлы лес хі/ (уі/ ) компонентті моль саныны Niоспадаы жалпы моль санына N атынасын береді: хі/ = Nі/ N.

Клемдік лескомпонентті клеміні жалпы оспа клеміне атынасын береді: .

 

Мнайды ндірумен адамзат брыны заманнан шылданып келе жатандыы белгілі жне оны бізді эраа дейінгі VI асырдан бері ндіреді. Алашында е арапайым дістер олданылатын: су оймаларыны бетінен мнайды жинап алу, дытарды кмегімен мнай сіген мдыты немесе ктастарды деу. Алынан мнайды рылыста олданып немесе дріге осып, оталдырыш оспа алуа, жары беруге жне баса да кптеген жадайларда пайдаланан.

Мнай мен газды наыз шын оры туралы сра геологиялы жне геохимиялы жадайда мнай мен газды тзілуі туралы білімді ажет етді. Мнай орындарын дл баалауа ммкіндік беретін мнайды барлау мен ндіруді жоары технологиясыны дамуына арамастан ор млшері рдайым адааланып отырады. Мнай клемі брын максималды алынатын арастырылан кен орындардаы мнай ндіріліп ойан, ал мнайды ндіру лі жаласуда. Мнай орыны таусылмайтындыы туралы сраа жауап беру шін оны шыу тегін арастыран жн. ылым мен технологияларды дамуына байланысты пайдалы азбаларды сол немесе баса трлеріні шыу тегіні алы шарттары да бірге дамып отырды.

Ондаан жылдар бойы мнайды шыу тегі туралы екі концепцияны – биогенді (органикалы) жне абиогенді (бейорганикалы немесе минералды) арама айшылыы саталуда. ткен жз жылдыта мнай проблемасы туралы химиялы, геохимиялы жне геологиялы мліметтерді біразы жинаталан болатын. Дегенмен мнай тзілетін бастапы зат туралы, мнайды концентрленген шгінділеріні кен орындарына алыптасу процесі осы кнге дейін аяына дейін шешілген жо.

Мнай тзілуі туралы аидалар XVIII-XIX асырларда пайда болды. М. Ломоносов мнайды органикалы тзілу гипотезасын сынды. Сондай-а минералдышыу тегін олдайтындар да болды. Д.Менделеев кмірсутектер тзілуіні негізгі процесі тереде жатан металдар карбидтеріні жоарыдан жарырылып келе жатан сызаттар арылы (трещина) тередікке тскен сумен рекеттесуі деп крсетті. Процесті схемасы мынадай:

2FeC+3H2O= Fe2O3+C2H6

Жалпы трде:

МСm+mH2O=MOm+(CH2)m

Д.Менделеевті тжырымы бойынша тзілген газ трізді кмірсутектер жерді жоары бетіне ктеріліп, конденсацияа шырап, кеуекті тнба заттара айналатын болан. Ол кезде тередегі металдар карбидтері аныталмаан еді. азіргі уаытта Менделеевті тжырымдамасы длелденді, тередіктен металдар затарыны карбидтері (Fe3C, TiC, Cr2C3, WC, SiC) табылан. Біра аса ірі жинатар тзілмеген, милиметр клемдері минералды бліктерде шашыраы кездеседі. Сондытан кп млшердегі кмірсутектерді тзілу процесі осы трыдан тсіндіру иын. Сондай-а, жоарыдан келе жатан сызаттардан тменге су тсуі ммкін емес.

Дегенмен, тередікте белгілі млшерде су болады жне оны карбидтермен рекеттесуі ммкін. Сондай-а, кп млшерде болмаса да арапайым кмірсутектер тзілуі де ммкін.

1892 ж. Н.Соколовты мнайды пайда болуыны космосты гипотезасы жарияланды. Бл гипотеза бойынша Жер шарыны пайда болуыны космосты сатысында кмірсутектер минералды жай заттардан алынан. Пайда болан кмірсутектер газ абатында белгілі уаыт аралыында саталып, салындай келе жер ыртысыны тменгі абаттарына теді. Одан кейін салындаан магматикалы жыныстардан ыдырап шыып, кмірсутектер жер ыртысыны беткі блігіне ктеріліп топтасады. Осы гипотезаны негізінде кометада кміртегі мен сутегіні, ал метеориттерде кмірсутектерді болуы туралы факт аныталды. азіргі уаыттаы мліметтер бойынша Юпитер мен Титан атмосфераларында, сондай-а газ-шады абаттарда С2Н2, С2Н4, С2Н6, С3Н8, HCN, C2N2 табылан. Метеориттерде атты кмірлік заттар, нормальды алкандар, аминышылдары табыланмен, оларды шыу тегі аныталмаан. Жалпы аланда, минералды мнайларды Жерді тере жатан абаттарынан тзілуі метеориттерде органикалы заттарды болуына тікелей атысы жо. Мны бірі жалпы болжам.

ХХ асырды 30-жылдары абиогенді гипотеза мнайды органикалы шыу тегі теориясыны негізін салушы академик И.М.Губкин санатынан сына шырады. Дегенмен ол «кішігірім, практикалы маызы жо мнайды магмадан бліну нтижесінде туындайтын жинаталуынан бейорганикалы шыу тегі болуы ммкін» деді.

ХХ асырды ортасында мнайды органикалы шыу тегі туралы геологиялы жне геохимиялы длелдемелер алынды. Біра осы кезде кейбір планеталарды ауыздарында жне жлдыздар арасындаы блттарды газ абатында кп млшерде ртрлі кміртекті осылыстарды, оны ішінде кмірсутектерді болатындыы туралы мліметтер алынан болатын. Метеориттерде аминышылдарыны, кмірсутектерді, порфириндерді жне баса да оргникалы осылыстарды болатындыы длелденген. Осыан байланысты кмірсутектерді космост жне магмалы синтезі туралы гипотезаны таы да дйектеуге ммкіндік береді. Осылайша гипотезаларды ртрлі варианттары дами бастады.

1932 жылы И.М.Губкин зіні «Учение о нефти» кітабында сол кездегі мнай мен газды даму тарихыны орытындыларын жасады. Мнай тзілуі шін бастапы зат ретінде сапропельді, яни теіздер мен баса да су оймаларыны шгінділерінде ыдыраан німдерді арастырады.

Органикалы заттарды мнайа ауысуыны бірінші сатынсында сімдік жне жануарлар алдытарыны тнбаа тсуі болады. рі арай екінші биохимиялы сатысында жинаталан органикалы тнба жаймен згеріп, тыыздалып, біртіндеп суынан айрылады.

шінші сатысы – шгінділерді тау жыныстарына айналуы. Органикалы тнбаны бліктері бетінде жаа тнбаларды абаты пайда болып біртіндеп 1,5-2 км тередікке жылжиды.

Органикалы алдытармен байтылан абат тере бойлаан сайын ондаы температура мен ысым артады. Микроорганизмдерді жойылуы салдарынан биохимиялы процестер толы тотап алады да – органикалы жоары конденсирленген макромолекулалар – керогендерге згеруін туызатын белсенді термокаталитикалы реакциялар жре бастайды.

Керогенні одан рі пісуі одан «микромнай» деп талатын кмірсутек компоненттеріні біртіндеп блінуімен бірге жреді де, катагенез деп аталады. Олар за жне кп сатылы, ондаан жне жздеген миллион жыл бойы жаласа береді. Жаа мнайды жасын 50-60 млн жыл деп баалау жеткілікті.

Егер мнай органикалы заттарды згеруіні за процестері есебінен тзілсе, оны оры бітіп алуы ммкін жне адамзат энергияны альтернативті кздері тураы ойлануы керек. Егер мнай кміртек пен сутектен теренен синтезделіп алан нім болса, оны орын сарылмайды деп санауа болады.

Барлы геологиялы, химиялы жне геохимиялы зерттеулер мнайды органикалы шыу тегін длелдейді.

Бастапы шикізат туралы ртрлі баыттаы ойларды сараптай келе, азіргі кзараса сай мнай майлардан, белоктардан, кмірсулардан, жалпы органикалы заттарды осындысынан тзелетін биосинтез німдері деп табылады.

Баылау сратары:

1. Мнайды рамында андай элементтер бар жне андай млшерде кездеседі?

2. Ккіртті элементтік рамын алай анытауа болады?

3. Мнайды рамындаы азотты андай діспен анытайды?

4. Табии газды рамында андай кмірсутектер кездеседі?

дебиеттер тізімі:

1. Нрслтанов .М. Мнай мен газды ндіріп, деу: Оулы/ .М. Нрслтанов, .Н. Абайлданов.

2. Мозговой И.В., Давидан Г.М., Олейник Л.Н. Химия и физика нефти и газа. Курс лекций. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 199 с.

3. Батуева И. Ю., Гайле A. A., Поконова Ю. В. и др. Химия нефти- Л.: Химия, 1984 - 360 с.

4. Магеррамов А.М., Ахмедова Р.А., Ахмедова Н.Ф. Нефтехимия и нефтепереработка. Учебник для высших учебных заведений. Баку: Издательство «Бакы Университети», 2009, 660 с.

 

Дріс № 2.

Таырыбы:Мнайды химиялы рамын зерттеуді жалпы принциптері

Жоспар:

1. Кмірсутек оспасын физикалы блу дістері

2. Кмірсутек компоненттерін физикалы бліп алу дістері

3. Кмірсутек оспасын физикалы талдау дістері

 

Глоссарилер:

Фракциялар - крделі осылыстардан алынан нерлым арапайым немесе жеке компоненттер оспасы.

Айдау – арапайым айнату арылы мнайды раушы оспалара блу.

Ашы тсті дистилляттар – 3500С-а дейін айнайтын мнай німдері.

Мазут – ашы тсті мнай дистилляттарын бліп аланнан кейінгі алды.

Мнайды химиялы рамын зерттеуді жалпы принциптері бойынша заттарды блуді ртрлі дістерін пайдалана отырып, оны кейбір бастапы фракцияларыны рамын біртіндеп арапайымдау арылы жргізеді. Мнайды кейбір компоненттеріні химиялы рамы жне молекулалы рылымы будан згермеуі керек. Одан кейін алынан фракцияларды химиялы, хромотографиялы, спектрлік т.б. дістермен жіктейді. Осындай зерттеуді нтижесінде молекулалы массасына жне оспаны крделілігіне байланысты, мнайдан блінген фракцияларда немесе жеке затты (газдарда жне 1500С дейінгі жеіл фракцияларда) немесе кейбір кмірсутек тобыны немесе баса компоненттерді млшерін, немесе мнайды ауыр фракцияларындаы гибридті молекулаларда рылымды элементтеріні салыстырмалы блінуін анытауа болады.

Мнайды жне оны фракцияларын ртрлі кмірсутектер тобына жне гетероатомды компоненттерге блуде ртрлі химиялы жне физикалы дістер олданылады. Химиялы дістер блінуші компоненттерді реакциялы абілеттеріні бірдей еместігіне, ал физикалы (немесе физика-химиялы) – тепе-тедік фазалардаы бірге мір сруші компоненттер концентрацияларыны бірдей еместігіне негізделген (кесте 1.).

 

Кесте 1. Мнай компонеттерін блуді физикалы дістері.

 

Фазалы кй арапайым дістер Крделі дістер
Газ-газ Мембрана арылы диффузия Газбен тасымалдау диффузия
Газ-сйы Айдау жне ректификация Су буымен айдау Абсорбция Азеотропты ректификация Экстракциялы ректификация
Газ-атты Возгонка (здігінен айдау) Адсорбция
Сйы-сйы Мембрана арылы диффузия Экстракция
Сйы-атты Кристалдау Адсорбция Экстракциялы кристалдау Аддуктивті кристалдау

 

Блудіарапайым дістеріне фазалардаы бірге мір сруші компоненттерді концентрацияларынызгеруі жйеге энергия жмсау арылы жретін блу дістерін, ал крделіге – фаза рамыны айырмашылыын, кбейтетін осымша блуші агенттер (селективті еріткіштер адсорбенттер жне т.б.) олданылатын дістерді жатызуа болады.

Физика-химиялы блу дістеріне таы да ртрлі хромотографияны, бір-бірінен озалушы жне озалмайтын фазаларды агрегатты кйі ртрлі трлерін жатызуа болады.

Айдау.арапайым айдауды айнау температурасы жаын сйытытарды блуге олдану тиімсіз. Сондытан оны кбінесе мнайды немесе мнай німдерін аралытары сирек фракциялара блу шін олданады. Мысалы, мнайды бензиндерін жне керосиндерін химиялы топты талдауда арнаулы стандартты аппартарда 60-950, 95-1220, 122-1500С т.б. стандартты фракциялара ректификациямен айдау дісі арылы бледі. 2000С жоары температурада айдауды жоары молекулалы кмірсутектерді термиялы ыдырауын болдырмау шін, вакуумда (атмосфера ысымынан тмен ысымда) жргізеді.

Ректификация. Ректификацияны отырыш орнатылан колонналарда жргізеді. Олардаы айдау блінуді длдігі кп факторлара байланысты. Отырышты жасалан материалы мен формасыны маызы зор, оны беті кшті дамыан болу ажет, онда бу мен флегманы жанасуы жреді. Отырышты сапасы жасаран сайын оны бір теоретикалы табашаа сай эквивалентті биіктігі аз болады. Осы мнге колоннанны биіктігі да байланысты. Дрыс белгілеп алынан флегма саныны, яни бірдей аралы уаыттаы флегма клеміні айдалан клемге атынасыны, сонымен атар дистилятты блу жылдамдыыны да мні лкен роль атарады. Ректификация длдігі, одан блек колоннаны диаметріне жне баса конструктивті ерекшеліктеріне байланысты, сонымен бірге колоннаны барлы бойында адиабатты саталуына, яни жылуды сатауды мият жргізілуіне байланысты.

Лабораториялы колонналарыны тиімділігі жмыс жадайында теоретикалы табаша санымен (ТТС) баалау кзделген. Айдалушы оспанырамына байланысты, іс жзінде ТТС 20-дан 150 жне одан да жоары колонналар пайдаланылады. Кп компонетті оспаларды лабораторияларда реактификациялауда фракцияларды блуді кез-келген температура аралыында, тіптен 0,50С дейін жргізуге болады. Бір-бірінде жасы еритін сйытарды бір рет буландыруда жне буларды одан кейін конденсациялаанда, рамында тмен температурада айнайтын фракциялары кп жеіл жне бастапы шикізата араанда рамында тез айнайтын фракциялары аз ауыр екі фракция алады. Сондытан айдау процесінде бір фаза тмен айнаушы, ал баса фаза жоары айнаушы компонеттермен байиды. Біра мнайды компонеттерініажетті блінуіне жету жне айдау кмегімен белгілі бір температура аралыында айнайтын соы нім алу ммкін емес. Сондытан, мнай фракцияларын бір рет буландырудан кейін ректификациялайды.

Ректицикациялау деп айнау температурасы бір-бірінен айырмашылыы бар сйытарды, булар мен сйытардыарама-арсы айта-айта жанасуыны нтижесінде блінуіні диффузиялы процесін айтады.

Булар мен сйытарды жанасуы тік цилиндр трізді ралдарда – арнайы жабдытармен жабдыталан ректификациялы табашалары немесе отырыштары бар, колонна бойымен жоары ктерілетін бу мен тмен аатын сйыты арасында те тыыз жанасуды амтамасыз ететін ректификациялы колонналарда іске асырылады. 1 жне 2-суреттерде ректификациялау колоннасыны жйесі жне з алдына айдаушы секциялары бар крделі ректификациялайтын колоннаны жйесі крсетілген.

Колоннаны орта блігінде су, сйы немесе бу мен сйыоспасы кйінде шикізат береді, оны жоары жне тмен айнайтын німге блу ажет. Шикізатты беретін айматы эвапороциялы айма дейді, себебі онда эвапорация – пеште немесе жылуалмастырышта ыздырылан оспаны бу жне сйы фазалара бір рет буландыруы жреді. Кейбір жадайларда эвапорациялы айма колоннадан блек болады да эвапорация з алдына тран аппаратта жргізіледі. Біра кпшілік колонналарда, сонымен атар бірінші айдау ондырыларында да бір рет буландыруды жне реактификациялауды бірге жргізеді.

Азеотропты жне экстракциялы айдау. Азеотропты немесе блінбей айнайтын оспалар деп айнау температурасы тмен температурада айнайтын компонеттіайнау температурасынан тмен немесе жоары температурада айнайтын компонеттіайнау температурасынан жоары болатын белгілі молекулалы концентрациясы бар, екі зара еритін сйытытардыоспасын айтады. Басаша айтанда бл оспалар Рауль заынан о немесе теріс ауытуда болады. Практикада алкандармен жне циклоалкандармен ароматты кмірсутектерді тзетін азеотропын кездестіруге болады. Дегенмен, ондай оспалардысуда еритін кміртіксізшінші бір компонент оса отырып блуге болады. осылан компоненттіатысында азеотропты бірінші пайда болан компоненттері ртрлі айнау температурасын крсетеді. Бл жерде екі жадай байалады. Бірінші жадай – осылан шінші компонент азеотроп рамындаы компоненттерге араанда шыштыы тмен. Айдау кезінде ол сйы фазада алып, бастапы азеотроппен салыстыранда біршама жоары температурада айнайтын компоненттерден тратын жаа азеотроп тзеді. Сонда тмен температурада айнайтын компонетті таза кйде айдап, бліп алады. Осындай айдау трі экстракциялы айдау деп аталады. Екінші жадай – осатын шінші заттыайнау температурасы азеотропты тмен температурада айнайтын компоненттеріні температурасымен жаын болады да, сол себептен айнау температурасы тмен жаа азеотроп тзіледі. Айдау кезінде жаа азеотроп айдауа кетеді де, бастапы азеотропты таза жоары айнайтын компоненті тнбада алады. Айдауды осы трі азеотропты айдау деп аталады. Екі жадайда да осылан кмірсутексіз компонент ары арай сумен шайылып, бастапы блінбей айнайтын оспа екі таза компоненттерге блінеді. Кмірсутекті оспаларды азеотропты айдауа ртрлі спирттер, ышылдар, ацетон, гликольдер жне оларды эфирлері олданылады.

Адсорбциялыдістер. Бл діс бойынша оспаны жеке компоненттері ртрлі сорбенттердіатысында сорбциялы энергияларына байланысты сорбцияланып, жалпы оспадан блініп алынады. Десорбциялау атысында осы компоненттер згерместен жеке фракциялар ретінде блінеді де, оларды ары арай жеке зерттеуге ммкіндік туады. Десорбция адсорбцияа кері былыс. Адсорбентті бетінен е алдымен адсорбциялыасиеті тмен компонеттер блінеді. Бл діс ртрлі мнай алдытары мен майларынырамындаы орта шайырларды анытауа кптен олданып келеді. азіргі замана сай зерттеуді жне блуді адсорбциялы жолдары орыс ботанигі Цвет ашан хромотографиялыдіске негізделеді.

Экстракциялыдістер. Шайырлы заттарды блуге жне ароматты кмірсутектерді айыруа селективті еріткшітерді олдану экстракциялыдістерге жатады.

Мнайды жоарымолекулалы айдалан німдерін зерттеуде блшектік (дробная) экстракция дісі олданылады. Бл діс бойынша бір еріткіште, мысалы ацетон немесе сйы пропанда ртрлі температурада еру температуралары ртрлі заттар ериді. Сйкесінше, дробная экстракциядан кейін ртрлі температурада ретімен экстракттарды бліп алатын болса, айдаудан кейін неше трлі фракцияларды алуа болады. рбір блініп алынан фракцияларда айнау температуралары жаын заттар жиналады.

Кристаллизация. Бл діс балу температурасы жоары заттарды, яни мнайда еритін атты кмірсутектерді блуге арналан. Кристалдау берілген еріткіштегі ерітіндіден мздатып алу жолымен жзеге асырылады. Еріткіш, сондай-а, кристалдау арылы блінген заттар шін тндырыш болып табылуы керек. Ол тмен балитындара араанда жоары балитын компоненттерді нашар ерітуі керек. Еріткіш олдану німні ттырлыын тмендетеді. Соны серінен тмен температурада кристалдауа кері сер етеді.

Еріткіш ретінде сйы пропан, хлортуындылы кмірсутектер, ккіртті эфир, спир пен эфир оспасы, этил жне изомил спиртіні оспасы, ацетон-толуол оспасы т.б. олданылады. Еріткіштен айта-айта кристалдау арылы те таза атты заттарды алуа болады. Парафиндер мен церезиндерді зерттеуде блшектік кристаллизация олданылады. Мнда зеттелетін атты мнай німіні бір блігіні зінен фильтрлеу арылы температуралары ретімен тмендеуі бойынша фракцияларды бліп алады. Бл діспен балу температуралары жаын атты кмірсутектер топтасады.

 

Баылау сратары:

1.Жіктеуді маызы неде?

2.Мнайды рамында ккірт андай млшерде таралады?

3.Химиялы жіктеу бойынша мнайды андай топтара бледі?

4.Мнайды рамында андай кмірсутектер болмайды?

дебиеттер тізімі:

1. Нрслтанов .М. Мнай мен газды ндіріп, деу: Оулы/ .М. Нрслтанов, .Н. Абайлданов.