化学工艺学：水解和水合.pptx

第四节水解和水合

一、概述

1.水解

（1）定义水解系指无机或有机化合物与水作用起分解反应的过程。

例如

由于产物之一引入羟基（-OH），故水解有时又称为羟基化。

水解分为纯粹水解、酸水解、碱水解、碱熔融水解和酶水解常用的水解剂有酸、碱、酶。

;（2）应用

规模较大者有天然油脂水解制脂肪酸（全世界生产能力达2.9Mt/a），淀粉、薯类等水解制溶剂（乙醇、丙酮、丁醇等），生产量也达数十万吨/a。

此外，利用水解制精细化学品等产量也不小。;（3）水解机理

酯类水解机理

a在碱（通常用NaOH）催化下

b在酸的催化下，酯类的水解机理

;卤代烃的水解机理

a.总反应式

b.双分子反应机理

c.单分子反应机理;2.水合

（1）定义系指将水分子加入到反应物分子内的过程。

（2）加入方法

a.形成水化物

例如

b.H+和OH-加入不饱和键的两侧

例如

;在烯烃中，由于双键上的仲碳原子和叔碳原子比伯碳原子活泼，可优先接上OH-生成仲醇和叔醇，例如

;

二、油脂水解制甘油和脂肪酸

1.工艺原理

（1）油脂简介油脂（天然油脂的简称）是各种脂肪酸甘油酯的总称。

（2）水解反应常用酸或碱作水解剂

;（3）反应条件

反应温度油脂的水解速率取决于温度。

低温时要用催化剂来加速水解速度，高温（200℃以上）时反应物碰撞机会增大，而且油脂在水中溶解度增大，水的解离（生成H+）速率也明显增加。此时无催化剂也能进行水解反应。但超过260℃，除主反应外，还会发生油脂或甘油的裂解、聚合等副反应。使脂肪酸得率下降，产品色泽加深，气味加重。

压力加压时水解反应影响不大。即在设定温度下，压

力要求保证系统是液态。

;2.生产过程和工艺流程

（1）生产方法

已工业化的有酸化法、分解剂法、皂化-酸化法、分批热压触媒法、热压无触媒法、高温无触媒水解法和酶分解法。

目前较先进的方法是热压无触媒法和高温无触媒法。;（2）热压无触媒法（又称中压法）

热压无触媒间歇??工艺流程见图5-4-01

;热压无触媒连续水解法工艺流程见;（3）高温无触媒法又称高压无触媒水解法，是目前世界上最先进的是单塔式高压无触媒连续水解法。工艺流程示于图5-4-03。;单塔逆流水解工艺技术经济指标示于表5-4-01。;三、乙烯水合制乙醇

1.生产方法评述

（1）硫酸水合法

酯化

水解

（2）直接水合法有气相法和液相法两种。已工业化的只是气相法。

;工艺条件：t=250℃，p=7.0MPa，n(H2O)/n(C2H4)=0.6:1，以磷酸/硅藻土为催化剂。乙烯单程转化率5%左右。选择性94%~95%。

优点是没有废酸产生，环境污染比硫酸法小得多。

缺点是转化率低，乙烯需循环使用。;2.气相直接水合法工艺原理

（1）化学反应

主反应：

副反应：

化学平衡：

平衡常数lgKp=2100/t-6.195

平衡转化率与温度和压力的关

系示于图5-4-04。;(2)反应机理在磷酸/硅藻土催化剂上,乙烯气相水合机理为:

;(3)催化剂有无机酸及其盐类、酸性氧化物、杂多酸类以及强酸性离子交换树脂等。但目前几乎全部采用磷酸/硅藻土催化剂。;3.气相直接水合法工艺条件的选择

（1）反应温度受使用催化剂限制，对磷酸/硅藻土催化剂而言，适宜的反应温度为250~300℃。

（2）反应压力提高反应压力对热力学平衡和加快反应速率都有利。当反应温度为280℃，n（水）/n（乙烯）=0.6:1时，为保持酸膜中w（磷酸）≥75%，系统总压力应保持在7.0MPa左右。

（3）n（水）/n（乙烯）比如图5-4-05所示为乙烯转化为乙醇的量与n（水）/n（乙烯）比的关系，如图5-4-06所示为副反应与n（水）/n（乙烯）比的关系;图5-4-05n（水）/n（乙烯）比对乙烯水合过程的影响曲线;图5-4-06n（水）/n（乙烯）比对生成副反应的影响曲线;

（4）循环气中乙烯浓度

循环气中乙烯的适宜浓度为ψ（乙烯）

=85%~90%。

（5）乙烯空速一般选择2000h-1；

4．乙烯气相直接水合法工艺流程分成合成、精制和脱水三个部分。