合成过程中的化学反应

摘 要：在当今科学水平不断提高的社会生活中,无时无刻不在体验着化学带来的新发现与创造,而合成过程所产生的化学反应也是多种多样.本文主要探讨合成过程中主要的化学反应类型及注意事项,旨在提高原料的利用率,减少环境污染,并降低危险事故的发生率.

关 键 词：合成化学反应氧化还原催化化工

一、合成过程介绍

合成过程是指两种或两种以上比较简单的物质,以化学反应原理为基础,通过发生质的变化而产生所需新物质的过程.合成过程必须注意原材料发生反应的比例关系及发生化学反应所需的条件,从而减少资源浪费、节约成本.

合成过程所发生的化学反应主要包括氧化、还原、催化、聚合、氯化、硝化、重氮化、酸化、碱化等,在一些石油化工生产过程中,会产生一些热气、危害气体、易燃易爆等危险物质,因此在不同的合成生产过程应该采取不同的防护措施,以确保合成过程顺利、安全的进行,提高化学试验、生产的高效性和安全性.

二、合成过程中常见的化学反应及要求

不同的合成过程,其生产工艺也不一样,因此在进行合成反应中,还要注意成本的节约和过程的安全、合理.

1.氧化还原

氧化还原反应是物质间电子数目的等量传递,氧化与还原是两种同时发生且不可分开的化学反应,氧化的同时进行着还原反应,而还原的同时也伴随着氧化的发生.氧化过程需要加热,而还原过程需要放热,因此在氧化还原过程,需要注意环境的温度补给与降温.

工厂生产常见的问题,对于危害气体SO2的回收利用,通常采用石灰浆Ca（OH）2进行吸收,反应方程式：SO2+Ca（OH）2等于CaSO3+H2O.在反应设备中,SO22氧化反应过程释放出大量的热量,为未发生反应的SO2提供所需的温度,减少外界供给,降低生产成本,同时又可以平衡设备中的温度,减少因还原反应释放温度而损坏反应设备.

2.催化反应

催化反应是指在催化剂的作用下发生的化学反应,例如氮气和氢气合成氨、二氧化硫和氧气合成三氧化硫、乙烯和氧气合成环氧乙烷等都属于催化反应.石油化工产常见的化学合成过程――汽油馏分的催化重整,是在催化剂及一定的温度、压力条件下使汽油中烃分子重新排列重组的过程,不仅可以产生优质的汽油,还可以生产出具有芳香性的碳氢化合物芳烃.

催化剂是催化反应过程不可或缺的一种物质,其在化学反应前后不变,且具有选择性.有的催化剂本身无害、无危险性,但在反应过程可能因温度的变化产生危险,例如因二氧化锰加快催化反应过程而引起的温度迅速上升、冲料等危险情况,甚至产生火灾等危险,因此在使用催化剂的化学生产、试验中要全面考虑反应过程中出现的问题,确保用量适中,反应设备散热良好,以降低危险和损害.

从安全角度考虑,催化反应过程还要注意生成物的属性,如产生氯化氢、硫化氢等危险物质时,生产人员应注意戴好防护措施、禁止明火,防止中毒或由高温高压引起爆炸等危险造成的人员安全事故；同时注意反应容器的选择,以防止因容器腐蚀、损坏造成的事故.

3.聚合反应

聚合反应是指低分子单体合成聚合物的反应,按聚合物和单体元素组成结构不同可将聚合反应分为加聚反应和缩聚反应.加聚反应是指单体加成而聚合的反应,元素组成不变,与加聚反应不同的是,缩聚反应同时还产生水、醇、氨等低分子副产物,例如氯乙烯聚合成聚氯乙烯属于加聚反应,已二胺和已二酸反应生成尼隆―66属于缩聚反应.

聚合反应中的单体大多数属于易燃易爆的物质,而聚合反应发生的条件则是高压,反应过程易发生燃烧、爆炸等危险,由于反映本身会释放热量,所以对于反应条件的控制要求相当严格,引发剂的配比要求科学合理、反应容器设备要求优材优质、反应过程必须保证温度低于危险系数等.

4.氯化反应

氯化反应是指以氯原子取代有机化合物中氢原子的过程,其主要原料是含有氯原子的氯化剂.在石油化工提取及生产中,氯化反应尤为重要,其产物主要有甲烷、乙烷、戊烷、天然气、苯、甲苯及荼等.

在氯化反应过程中,氯化剂除了与原料进行反应外,与生成的衍生物也发生作用,例如CeO2+2NH4Cl等于CeOCl+1/2Cl2+2NH3+H2O,反应生成的CeOCl与NH4Cl继续发生化学反应CeOCl+2NH4Cl等于CeCl+2NH3+H2O.由此可见,在氯化反应过程中不仅会产生一氯取代物,甚至可能产生二氯取代物甚至三氯取代物,所以氯化反应产物也是各种不同浓度的氯化物的混合物.

氯化过程往往会伴有氯气的产生,如工业生产常见反应2NaCl+2H2O等于等于2NaOH+H2+Cl2.氯气是一种易燃易爆的有毒气体,因此对于产生氯气的氯化反应过程要做好尾气收集或尾气处理,以防化学反应造成的爆炸或中毒.另外一个注意事项是,对于氯化反应有氯化氢气产生的反应设备,要求严密不漏气且要具有防腐蚀性；氯化氢气体产生后可采用冷却法、水洗涤吸收法、蒸馏分离法等将气体回收,同时在排气管上安装自动信号分析仪,借以检测是否有残留危害气体被排除,减少环境污染,降低化学反应产生的危害.

5.烷基化反应

烷基化反应是指有机化合物中的碳、氧和氮等原子被烷基（R-）所取代的化学反应,主要的烷基团有（-CH3）、乙基（-C2H5）、丙基（-C3H7）、丁基（-H9）等.C-烷基化反应是在催化剂的作用下向芳环碳上引入烷基生成烷基苯的过程,N-烷基化是向氨或铵中得氮原子上引入烷基生成各种类型的铵盐的过程,O-烷基化反应是向醇、酚中得氧原子上引入烷基生成醚类化合物.

烷基化反应过程存在的主要危险有：首先,烷基化的原料、烷基化剂及烷基化反应产物均属于易燃易爆的物质,例如苯的闪点为-11℃,爆炸极限为1.5%～9.5%；丙烯的爆炸极限是1.3%～4.2%；其次,烷基化过程所使用的催化剂活性较强,遇水易放出危险有害气体,极易发生爆炸；然后,烷基化反应条件要求严格控制,对于原料、催化剂、烷基化剂的添加顺序要科学掌控,不允许颠倒顺序、加快添加速度或者是搅拌,否则会引起反应加速,从而导致的冲料、着火,甚至爆炸.