Сафиева Р.З., Зиновьева Л.В., Янченко Е.Е., Борисова О.А. Методические указания по дисциплине Химия нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

В фарфоровую чашечку помещают ∼1 мл стирола и добавляют 1÷2 кап-

ли конц. H

. Постепенно вязкость жидкости повышается вследствие по-

лимеризации стирола, на поверхности фарфоровой чашки образуется глянце-

вая пленка полистирола.

CH=CH

стирол

CH-CH

полистирол

Арены

Опыт 5. Бромирование бензола и толуола

В две пробирки наливают по 1 мл бензола, в третью – 1 мл толуола. В

одну из пробирок с бензолом и с толуолом добавляют ∼0,5 г катализатора –

железа. Приливают во все три пробирки ∼ по 0,5 мл р-ра брома в тетрахлор-

метане (CCl

). Нагревают пробирки при встряхивании на водяной бане. На-

блюдают, что в пробирке с бензолом без катализатора изменений не проис-

ходит, реакция не идет. В остальных случаях происходит постепенное исчез-

новение окраски брома.

H Br

орто-бромтолуол

пара-бромтолуол

бензол

бромбензол

толуол

Опыт 6. Окисление толуола.

В две пробирки помещают по несколько капель (3-4 капли) раствора

перманганата калия и разбавленной серной кислоты и затем добавляют в од-

ну пробирку ∼0,5 мл бензола, а в другую – такое же количество толуола.

Сильно встряхивают обе пробирки. Наблюдают, что смесь, содержащая бен-

зол, не изменяет окраски, а в пробирке с толуолом розовая окраска постепен-

но исчезает.

Бензол весьма устойчив к действию окислителей, а гомологи бензола

окисляются сравнительно легко с образованием бензойной кислоты:

KMnO

COOH

разб.

толуол

бензойная кислота

Опыт 7. Нитрование нафталина.

В пробирку с ∼0,5 г нафталина добавляют 2 мл концентрированной

азотной кислоты. При встряхивании смесь начинает желтеть уже при ком-

натной температуре. Смесь нагревают на кипящей водяной бане 5 мин и вы-

ливают в пробирку с холодной водой, α-нитронафталин выделяется в виде

оранжевого масла, быстро твердеющего при встряхивании:

HO-NO

конц.

нафталин

1-нитронафталин

Опыт 8. Сульфирование.

В пробирку наливают 1 мл толуола и добавляют такой же объем (1мл)

концентрированной серной кислоты. Нагревают пробирку на водяной бане,

постепенно встряхивая. Наблюдают увеличение кислотного слоя за счет рас-

творившихся в нем орто- и пара-толуолсульфокислот:

HOSO

орто-

пара-

толуолсульфокислоты

Опыт 9. Конденсация с формалином (формалитовая реакция – качест-

венная проба на присутствие ароматических соединений).

В маленькую фарфоровую чашечку наливают 4 капли чистой концен-

трированной серной кислоты, затем прибавляют 2 капли формалина и 2-3 ка-

пли испытуемого продукта (сначала гексана, затем толуола). При отсутствии

ароматических углеводородов смесь остается бесцветной или слегка желтеет.

Яркое окрашивание, а часто выделение осадков указывает на наличие арома-

тических углеводородов. Если реакция получилась неясной, в конце нужно

добавить еще 2-3 капли серной кислоты:

(n+1)

n H-C

формальдегид

Опыт 10. Контрольная задача.

Получают у лаборанта 3 пробирки с веществами:

- В одной −находится гексан, в другой − гексен, в третьей – толуол.

Учитывая разницу в химических свойствах углеводородов различных

рядов, определяют, какое вещество находится в каждой пробирке. Записы-

вают соответствующие реакции. Результат проверяют у лаборанта.

Контрольные вопросы.

1. Реагируют ли пентан и циклопентан с бромной водой и с раствором перманга-

ната калия?

2. Напишите схемы реакций бромирования: а) этилена; б) пропилена; в) ацетиле-

на; г) метилацетилена; д) стирола.

Нужен ли в данных реакциях катализатор?

3. Напишите схемы реакций гидробромирования: а) этилена; б) пропилена; в) аце-

тилена; г) метилацетилена.

4. Сформулируйте правило Марковникова и правило Зайцева.

5. Напишите схемы реакций дегидратации, протекающих при нагревании с серной

кислотой: а) этанола; б) 2-бутанола; в) 2-метил-2-пропанола.

Назовите образующиеся соединения.

6. Напишите схему получения ацетилена из карбида кальция.

7. Напишите схему реакций окисления раствором перманганата калия:

а) этилена (на холоду); б) пропилена (на холоду); в) 2-пентена (при добавлении

конц. серной кислоты и нагревании); г) ацетилена; д) толуола (при нагревании);

е) этилбензола (при нагревании).

9. Какие заместители активируют бензольное кольцо, а какие дезактивируют?

10. Напишите схемы реакций бромирования:

а) толуола; б) анилина; в) фенола; г) нитробензола.

Укажите, в каких случаях необходимо использовать катализатор. Назовите об-

разующиеся соединения.

11. Напишите схемы реакций сульфирования:

а) бензола; б) толуола; в) фенола.

Назовите образующиеся соединения.

12. Напишите схемы реакций нитрования:

а) бензола; б) толуола; в) нафталина.

Назовите образующиеся соединения.

13. В чем суть «формалитовой реакции»? Напишите схему этой реакции.

Тема: Методы разделения и определения состава углеводородных

смесей

Лабораторная работа № 2

Определение фракционного состава нефти

Введение.

Наиболее важными источниками углеводородов являются нефть и го-

рючие (природные и попутные) газы.

Природными называются газы, образующие самостоятельное месторож-

дение. Главным компонентом их является метан (до 96-98%).

Попутными называются газы, сопровождающие нефть при её добыче.

Наряду с метаном (содержание до 70 %) в них содержатся также этан, про-

пан, бутан и пары низкомолекулярных жидких углеводородов.

Следует отметить, что в состав и природных, и попутных газов входят,

наряду с углеводородами, некоторые неорганические газы – например, азот,

сероводород, гелий, углекислый газ и др.

Все нефти содержат алканы, циклоалканы и арены. Количественное со-

держание этих углеводородов в различных нефтях неодинаково и также за-

висит от месторождения. Кроме того, в нефтях имеются гетероатомные со-

единения, содержащие кислород, серу, азот. В нефти также содержатся ми-

неральные вещества в виде различных солей.

Перегонка нефти – процесс разделения ее на фракции по температурам

кипения (отсюда термин «фракционирование») – лежит в основе переработки

нефти и получения при этом моторного топлива, смазочных масел и различ-

ных других ценных химических продуктов. Первичная перегонка нефти яв-

ляется первой стадией изучения ее химического состава.

Основные фракции, выделяемые при первичной перегонке нефти:

Бензиновая фракция – нефтяной погон с температурой кипения от н.к.

(начала кипения, индивидуального для каждой нефти) до 150-205

С (в зави-

симости от технологической цели получения авто, -авиа-, или другого спе-

циального бензина).

Эта фракция представляет собой смесь алканов, нафтенов и ароматиче-

ских углеводородов. Во всех этих углеводородах содержится от 5 до 10 ато-

мов С.

Керосиновая фракция – нефтяной погон с температурой н.к. от 150-

180

С до 270-280

С. В этой фракции содержатся углеводороды С

-С

Используются в качестве моторного топлива (тракторный керосин, ком-

понент дизельного топлива), для бытовых нужд (осветительный керосин) и

др.

Газойлевая фракция – температура кипения от 270-280

С до 320-350

С. В этой фракции содержатся углеводороды С

-С

. Используется в качест-

ве дизельного топлива.

Мазут – остаток после отгона вышеперечисленных фракций с темпе-

ратурой кипения более 320-350

С.

Мазут может использоваться как котельное топливо, или подвергаться

дальнейшей переработке либо крекингу, либо перегонке при пониженном

давлении (в вакууме) с отбором масляных фракций или широкой фракции

вакуумного газойля (в свою очередь, служащего сырьем для каталитического

крекинга с целью получения высокооктанового компонента бензина).

Гудрон - почти твердый остаток после отгона от мазута масляных

фракций. Из него получают так называемые остаточные масла и битум, из

которого путем окисления получают асфальт, используемый при строитель-

стве дорог и т.п. Из гудрона и других остатков вторичного происхождения

может быть получен путем коксования кокс, применяемый в металлургиче-

ской промышленности.

Порядок выполнения работы.

В колбу Вюрца объемом 100 мл наливают 50 мл сырой нефти и кидают в

нее кипелку. Колбу закрывают пробкой с термометром и соединяют через

прямой холодильник и алонж с приемником (как показано на рис. 1).

Массу взятой нефти вычисляют по формуле m=V⋅ρ, где V-объем нефти,

а ρ - ее плотность. Приемниками (сменными) служат 3 небольшие колбочки,

предварительно взвешенные.

Колбу Вюрца с нефтью осторожно нагревают на песчаной бане, или на

асбестовой сетке, или на воронке Бобо.

Начало кипения (н.к.) первой фракции фиксируют по температуре по-

ступления первой капли бензина в приемник, после чего отбирают фракцию,

выкипающую до 180

С. При отборе этой фракции по достижении темпера-

туры ∼135

С прекращают подачу воды в холодильник. При достижении тем-

пературы 180

С меняют колбу - приемник и отбирают керосиновую фрак-

цию с температурой кипения 180-270

С, а затем, вновь сменив приемник,

отбирают газойлевую фракцию (270-320

С, или 270-350

С).

Приемники с отобранными фракциями взвешивают и по разности масс

колбы с продуктом и пустой колбы вычисляют массу каждой фракции. С по-

мощью цилиндров определяют объем каждой фракции и вычисляют их плот-

ность. Убеждаются, что плотность фракции растет с увеличением температу-

ры их кипения.

Затем бензиновые фракции со всех установок сливают в один мерный

цилиндр, керосиновые - в другой, газойлевые – в третий, и определяют экс-

периментально плотность каждой фракции с помощью ареометров. Эти дан-

ные сравнивают с вычисленными. Рассчитывают объемный и весовой выход

каждой фракции, в соответствии с количеством исходной нефти, равной

100%. Все полученные результаты вносят в табл.1.

Рис. 1. Установка для перегонки нефти.

Таблица 1.

Материальный баланс фракционной перегонки нефти

Плотность Выход фракцииНазвание

Продукта

Пределы кипения

фракции,

Объем,

см

Масса,

вычис. эксп. объемн. весов.

Всего взято:

Нефть

50,0 100,0 100,0

Получено:

1. Бензин н.к. - 180

2. Керосин 180 - 270

3. Газойль 270 - 320

4. Мазут + потери

(по разности)

> 320

Всего получено: 50,0 100,0 100,0

Контрольные вопросы

1. В каких пределах может изменяться плотность нефти?

2. Как изменяется плотность фракции в зависимости от температуры кипения?

3. Какими двумя методами можно определить плотность нефтепродукта?

4. Какие соединения входят в состав бензиновой фракции, керосиновой фракции,

газойлевой фракции и мазута?

5. В какой из фракций содержатся углеводороды С

? С

-С

6. Как определяют температуру кипения фракции?

7. Расскажите об использовании:

а) бензиновой фракции; б) керосиновой фракции; в) газойлевой фракции;

г) мазута; д) гудрона; е) битума.

8. Как вычисляют объемный (или массовый) выход любой фракции при перегон-

ке?

9. Почему мазут перегоняют при пониженном давлении ?

10. Как вы представляете себе работу ректификационной колонны?

11. Что такое крекинг?

12. По каким основным параметрам качества оценивают товарную нефть?

13. Дайте определение понятию "глубина переработки нефти".

14. Охарактеризуйте основные направления переработки нефти (топливный, мас-

ляный и нефтехимический).

Лабораторная работа № 3

Хроматографические методы анализа и разделения углеводородов

Введение.

Целью данной работы является ознакомление студентов с хроматогра-

фическими методами анализа и разделения углеводородов нефти.

Хроматография – это физический метод разделения и анализа веществ в

динамических условиях, основанный на явлении сорбции. Сорбция (лат.

sorbtio – поглощаю) – поглощение газов, паров или твердых веществ из рас-

творов твердыми телами или жидкостями. В процессе хроматографии разде-

ляемые вещества распределены между двумя фазами, одной из которых яв-

ляется неподвижный слой с большой поверхностью, другая фаза −подвиж-

ная. В зависимости от характера неподвижной и подвижной фаз хроматогра-

фия подразделяется на следующие виды:

1. Жидкостно-адсорбционная хроматография (неподвижная фаза – твер-

дое тело, подвижная фаза – газ).

2. Газо-адсорбционная хроматография (неподвижная фаза – твердое те-

ло, подвижная фаза – газ).

3. Жидкостно-распределительная хроматография (неподвижная фаза –

жидкость на твердом носителе, подвижная фаза – жидкость).

4. Газо-жидкостная хроматография (неподвижная фаза – жидкость на

твердом носителе, подвижная фаза – газ или пар).

В данной лабораторной работе студенты знакомятся с жидкостно-

адсорбционной и газо-жидкостной хроматографией, наиболее часто исполь-

зуемыми при анализе и разделении нефтяных фракций.

Разделение бензиновой фракции

методом жидкостно-адсорбционной хроматографии (ЖАХ).

Определение химического состава нефтяных фракций имеет большое

значение, так как их эксплуатационные свойства определяются химическим

строением. Определение индивидуального химического состава даже бензи-