Formaldehidă

Capitolul 1. Problematica poluarii mediului in cazul procesului studiat

1.1. Descrierea procesului tehnologic. Schema bloc.

Fluxul de material si energie. Identificarea surselor si cauzele poluarii.

FORMALDEHIDA

General

Nomenclatura IUPAC metanal

Alte nume Formalina, formol, aldehida metilica, oxid de metilena

Formula moleculara CH2O

SMILES C = O

Masa molara 30.03 g/mol

Aspect Gaz incolor

Numar CAS [50-00-0]

Proprietati

Densitate si Stare de agregare 1 kg/m3, gaz

Solubilitate in Apa >100 g/100 ml

( 200 C )

In etanol, acetone, sulfoxid de dimetil >100 g /100 ml

In eter dietil, benzene, solvent organic Solubil

In clorofom Immiscibil

Punct de topire -1170C ( 156 K )

Punct de fierbere -19,30C ( 253,9 K )

Presiunea vaporilor 3890 mmHg la 250C

Compusul chimic denumit formaldehidă (cu denumirea științifică corectă metanal sau aldehidă metilică, soluția apoasă de formaldehidă 37% fiind cunoscută și sub numele de formol), este un gaz incolor cu miros înțepător. Este cea mai simplă aldehidă. Formula chimică este H2CO sau CH2O. Formaldehida a fost pentru prima oară sintetizată de chimistul rus Aleksander Butlerov în 1859 dar a fost identificată abia în 1867, de către August Wilhelm von Hofmann.

Formaldehida este una dintre cele mai vechi substanţe chimice folosite în industrie pentru obţinerea răşinilor, folosită apoi în fabricarea plăcilor de lemn. De asemenea, formaldehida este o substanţă uzuală în fabricarea echipamentelor sportive, a medicamentelor, a alimentelor, a încălţămintei, a componentelor pentru autovehicule, a hârtiei, a produselor textile, etc.

Formaldehida rezultă din arderea materialelor ce conţin carbon. Poate fi găsită în gazele rezultate din focurile forestiere, în eşapamentul automobilelor şi în fum de ţigară. În atmosfera terestră, formaldehida este produsă de acţiunea luminii solare şi a oxigenului asupra metanului şi a altor hidrocarburi. Cantităţi mici de formaldehiă sunt produse de metabolismul multor organisme, inclusiv de cel al omului.

Germania și Italia sunt țările cu cea mai mare producție anuală de formaldehidă din Uniunea Europeană, asigurând aproximativ 10% din cantitatea produsă anual în lume. Europa de Vest are un consum de 30% din consumul global.

Capacitatea totala de productie in Europa de formaldehida este de 3100 kg / an. Aceasta este comparata cu capacitatea de productie din America de Nord care este de 2000 kg / an. In 1998, tarile din EU au produs 2500 kg . Productia din Europa a crescut cu 3% pe an in ultimii 10 ani si se asteapta sa mai creasca cu repeziciune 2% pe an in anii ce vor urma.

Descrierea procesului tehnologic

Formaldehida se poaste obtine din alcool metilic ( de sinteza sau obtinut prin distilarea uscata a lemnului ) sau din metan.

Analizând metodele generale de obţinere a formaldehidei şi ţinând cont de avantajele acestora, atât din punct de vedere tehnologic cât şi economic, s-a ajuns la concluzia că, cel mai adecvat procedeu pentru obţinerea formaldehidei este cel de fabricarea formaldehidei prin oxidarea metanului cu oxizi metalici. Spre deosebire de celelalte procedee, acesta se obţine la presiune atmosferică şi temperaturi cuprinse între 300-400 0C. Prin intermediul unui control riguros al temperaturii de reacţie se obţin conversii de 99% şi randamente totale de formaldehidă de 88-91%. Produsele secundare sunt formate din: oxid de carbon, dioxid de carbon, dimetil-eter şi acid formic.

Obtinerea aldehidei formice prin oxidarea metanului :

Oxidarea metanului in vederea obtinerii aldehidei formice se realizeaza catalitic utilizand fie fosfati de Al, Cd fie oxizi de Mo, V, Zn sau oxizi de azot s.a.

Procesul este exoterm si se poate reprezenta prin reactiile:

CH4 + ½ O2 CH3OH, Δ H = -29,73 kcal;

CH3OH + ½ O2 CH2O + H2O, ΔH = -20,54 kcal;

In prezanta oxizilor de azot se obtine formaldehida prin reactia:

3CH4+ 3O2 CO2 + CO + 3H2 + 2H2O + HCHO.

Formaldehida se poate obtine si din metanol , in care transformarea metanolului poate avea loc fie prin dehidrogenare endoterma , fie prin oxidare exoterma . Reactia care descrie acest proces este urmatoarea :

CH3OH + ½ O2 CH2O + H2O ; ΔH = -38 Kcal / mol .

Ca metoda de obtinere a formaldehidei, am ales oxidarea catalitica a metanolului la formaldehida,care a fost prezentata pe scurt mai sus.

In general, la obtinerea formaldehidei prin acest procedeu se pot utilize doua tipuri de catalizatori :

a) metale: Ag, Cu ( sub forma de site )

b) oxizi metalici: oxizi de Mo, Fe, V, W, Mn, Cr, de obicei in amestec.

In timp ce procedeul clasic utilizeaza un catalizator de Ag si un amestec bogat de metanol in aer, procedeele modern la aldehida formica in prezenta oxizilor de fier si molibden. In principiu, procesul de oxidare a metanolului poate fi descris printr-un mecanism de oxido-reducere. Studiile efectuate au aratat posibilitatea existentei a doua variante :

a) mecanismul de oxido-reducere cu participarea oxigenului din reteaua catalizatorului;

b) mecanismul de oxido-reducere cu participarea oxigenului in stare adsorbita pe catalizator.

Instalatia de laborator pentru studiul experimental al oxidarii catalitice a metanolului la formaldehida are ca element principal un reactor tubular, 10, confectionat din sticla, prevazut cu un cuptor electric de incalzire, 11, termocuplu, 17 si milivoltmetru indicator, 18. Sistemul de alimentare cu metanol se compune din biureta, 12, pompa dozatoare, 13 si vaporizatorul, 7. Vaporizatorul este confectionat din sticla, umplut cu inele din sticla si este plasat intr-o baie de termostare, 8. Are rolul de a vaporiza metanolul si in acelasi timp de a omogeniza vaporii de metanol cu aerul preincalzit. Reglarea temperaturii se realizeaza cu ajutorul autotransformatorului 19. Controlul circuitului de alimentare cu energie a cuptorului se efectueaza prin intermediul unui voltmetru si a unui ampermetru.

Amestecul de reactie, la iesirea din reactor , este racit in refrigerentul 14; partea care condeanseaza este retinuta in vasul collector 15, racit cu gheata, iar faza gazoasa trece prin vasele spalatoare 16, primele doua cu apa, iar ultimul cu hodroxid de bariu pentru retinerea CO2.

Modul de lucru

Se alimenteaza vaporizatorul, respective reactorul, cu aer ( si / sau azot ) la debitul necesar conform programului experimental. Se incalzeste reactorul pana cand atinge temperatura de regim. Baia de termostare a vaporizatorului se aduce la temperature de 75-800C. In primele doua vase spalatoare se introduce cate 50 ml apa distilata, iar in ultimul vas 50 ml solutie Ba(OH)2.

Se porneste apoi pompa dozatoare pentru alimentarea reactorului cu methanol la debitul calculate. Procesul este condus la parametrii programati atata timp cat necesita introducerea unei cantitati determinate de metanol. Periodic se controleaza parametrii procesului , acestia inregistrandu-se in foaia de operare. Din momentul in care se intrerupe alimentarea cu metanol si se stabileste cu precizie cantitatea introdusa in system, se trece aer peste catalizator timp de 15 min. , dupa care se intrerupe alimentarea cu energie electrica a vaporizatorului si reactorului. Final, produsul de reactie colectat in vasul 15 se amesteca cu apele de spalare, se aduce la semn cu cu apa distilata intr-un flacon cotat si din acest amestec se scot probe pentru dozarea formaldehidei si a aciditatii. Continutul ultimultui vas de absortie permite determinarea bioxidului de carbon.