Исследование условий возникновения колебательного режима в процессе окислительного карбонилирования фенилацетилена..

1. Введение

Колебательные процессы играют существенную роль в жизнедеятельности различных организмов, определяя основной механизм многих явлений биологической подвижности (летательные мышцы насекомых, биение сердца, перистальтика кишечника) и взаимодействие видов в биоценозах [1]. Колебательные процессы в «активных биологических и химических средах» приводят к возникновению автоволновых процессов.
Интересные данные получены в Кардиологическом ценре г. Владивостока при исследованиях биологических ритмов человеческого организма [2]. Судя по этим данным, физиологическое состояние организма меняется в течение суток многократно, а вместе с ним меняется и работоспособность, и сопротивляемость болезням, и даже восприимчивость к тем или иным лекарствам. Гипотеза о существовании в природе биологических часов появилась впервые в начале XVIII века - в связи с наблюдением за движением листьев и цветов некоторых растений. Затем обнаружили биологические часы и у животных, в том числе - высших. Но лишь в последние десятилетия человек стал понимать принцип действия этих часов, он связан с колебательными химическими реакциями внутри клеток.
Колебательные химические реакции - процессы, в ходе которых наблюдаются колебания скорости реакции и концентраций некоторых промежуточных веществ. Периоды большинства колебательных реакций составляют от долей секунды до десятков минут. Колебательные реакции лежат в основе важнейших биологических процессов - генерации нервных импульсов и биоритмов, мышечного сокращения. Химические колебания - частный случай пространственно-временной самоорганизации неравновесных систем [3].
Колебательные реакции представляют собой циклические процессы. На молекулярном уровне цикличность лежит в основе протекания обширного класса химических процессов, в том числе и каталитических.
Подавляющее большинство использующихся в промышленности химических процессов является каталитическими. На сегодняшний день каталитические реакции основной путь получения химических продуктов в промышленном органическом и нефтехимическом синтезе. В течение последних 50 лет особенно интенсивно развивалась область катализа, связанная с использованием комплексов металлов в качестве гомогенных и гетерогенных катализаторов. В промышленности реализовано более 50 процессов на базе металлокомплексных катализаторов. Повышенный интерес к металлокомплексным катализаторам связан с высокой скоростью и селективностью вызываемых ими превращений, а также возможностью осуществлять новые реакции, трудно реализуемые другими методами.
Среди многочисленных реакций, катализируемых комплексами металлов, реакции карбонилирования ненасыщенных соединений занимают важное место. Эти реакции являются многомаршрутными многосубстратными процессами, позволяющими получать из простого сырья ценные продукты с хорошими показателями в мягких условиях при малом числе технологических стадий.
Процессы карбонилирования алкинов представляют практический интерес для получения ряда продуктов основного и тонкого органического синтеза: ненасыщенных моно- и дикислот (акриловой, малеиновой, фумаровой, муконовой, гидромуконовой, метакриловой, цитраконовой, мезаконовой, янтарной), их эфиров, ангидридов и других производных. Достоинством этих процессов является малостадийность синтеза из относительно дешевого и доступного сырья [4].
Цель инженерной работы: выяснение влияния роли компонентов каталитической системы на характер колебательного режима реакции окислительного карбонилирования фенилацетилена, выявление общих черт и различий колебательных

1. ВВЕДЕНИЕ 4
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
2.1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ 6
2.1.1. Открытие химических осцилляций 6
2.1.2. Реакция Белоусова-Жаботинского 9
2.1.3. Реакции Брея Либавского и Бриггса-Раушера 11
2.2. НЕЛИНЕЙНЫЕ И НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 13
2.2.1. Нелинейные процессы 13
2.2.2. Химические нестационарные процессы в технике 16
2.3. СУЩНОСТЬ ФЕНОМЕНА КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ 19
2.3.1 Способы нахождения механизма колебательного процесса 19
2.3.2. Математическая модель 21
2.3.3. Современный этап изучения колебательных режимов 22
2.3.4. Окислительное карбонилирование алкинов в растворах комплексов палладия 25
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 27
3.1.ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА И МЕТОДЫ ИХ ОЧИСТКИ 27
3.1.МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ МОНООКСИДА УГЛЕРОДА 28
3.1.МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 28
3.3.1. Описание экспериментальной установки 28
3.3.2. Методика проведения опытов 29
3.4.РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 31
4.ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 34
4.1.ЗАМЕНА АНИОНА В СОЕДИНЕНИИ ПАЛЛАДИЯ 34
4.2.ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ, СОДЕРЖАЩИХ 37
БРОМИДЫ КАЛИЯ И ЛИТИЯ 37
4.3.ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ C БРОМИДАМИ ПАЛЛАДИЯ 39
4.4 ВЫВОДЫ 42
5. ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК 43
5.1. ВВЕДЕНИЕ 43
5.2.ПЕРЕЧЕНЬ ПАТЕНТОВ И АВТОРСКИХ СВИДЕТЕЛЬСТВ. 44
5.3.КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ И АНАЛИЗ ПАТЕНТОВ 46
5.3.1. Палладиевые каталитические системы 46
5.3.2. Примеры реакций карбонилирования 47
5.3.3. Способы получения реагентов 48
5.4. ВЫВОДЫ: 49
6.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 50
6.1. ВВЕДЕНИЕ 50
6.2. СЕТЕВОЙ ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ 50
6.2.1. Условные обозначения 50
6.3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНЫХ ЗАТРАТ НА ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 54
6.3.1. Затраты на сырье, материалы и реактивы 54
6.5.РАСЧЕТ АМОРТИЗАЦИОННЫХ ОТЧИСЛЕНИЙ 56
6.6. ЗАТРАТЫ НА ЗАРАБОТНУЮ ПЛАТУ 57
6.7. СУММАРНЫЕ ЗАТРАТЫ НА ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 58
6.8. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ 58
6.9. ВЫВОДЫ 61
7.ОХРАНА ТРУДА 62
7.1.ВВЕДЕНИЕ 62
7.2. ПОЖАРООПАСНЫЕ СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ И МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С НИМИ 62
7.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ И МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ 64
7.4. ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ В СООТВЕТСТВИИ С «ПРАВИЛАМИ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК» (ПЭУ) 66
7.5. АНАЛИЗ ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ОПАСНОСТЕЙ И ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 68
7.6. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОПЕРАЦИЙ 70
7.7.САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ В РАБОЧЕМ ПОМЕЩЕНИИ 71
7.8. ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И СРЕДСТВА ПОЖАРОТУШЕНИЯ 73
7.9. ВЫВОДЫ 74
7.10. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ 74
7.10.1. Предлагаемые методы очистки отходов: 75
8.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 76

1. Корзухин М.Д. // Колебательные процессы в биол. и химич. системах / Ред. Г.М.Франк. М., 1967. C. 231.
2. Назаренко В. Г., Сельков Е. Е. Автоколебания в открытой биохимической реакции с субстратным угнетением. Биофизика, 1981, т. 26, с. 428 434.
3. Полак М.С., Михайлов А.С. Самоорганизация в неравновесных физико-химических системах. - М.: Наука, 1986
4. Справочник химика. М.:изд. «Химия», 1965, т.3, 1005 с.
5. Гарел Д., Гарел О. Колебательные химические реакции. М., Мир, 1986, -148.
6. Б.В. Вольтер. Легенда и быль о химических колебаниях. Журн. «Знание и сила». №4, 1988
7. Lotka A.J. // J. Phys. Chem. 1910. V. 14. P. 271
8. Bray W.C. // J. Am. Chem. Soc. 1921. V. 43. P. 1262.
9. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. М., 1960.
10. Кольцов Н. К. Организация клетки. М,; Л.: Биомедгиз, 1936. 652 с.
11. Франк-Каменецкий Д.А. // ДАН СССР. 1939. Т. 25. С. 672.
12. Жаботинский А.М. Концентрационные колебания. М: Наука, 1974, 178с.
13. Фарроу С.В. кн. Колебания и бегущие волны в химических системах. Под редакцией Р. Филда, М. Бургера. Мир, 1988.
14. Богдашкин Н.Н., Дубровский С.А. Режимы протекания модельной колебательной химической реакции. //Вестник ЛГТУ-ЛЭГИ. 1999. - № 1. С. 139-144.
15. Боресков В.В., Слинько М.Г., Филиппова А.Г. Каталитическая активность никеля, палладия, платины в отношении реакции окисления водорода. М: Наука, 1975, 123с.
16. Барелко В.В., Мержанов А.Г. Новые явления в нестационарном катализе. В сб. Проблемы кинетики и катализа., т.17, Нестационарные и неравновесные процессы в гетерогенном катализе. М.Наука, 1973, с.182-186
17. Матрос Ю.Ш. Нестационарные процессы в каталитических реакторах. -Новосибирск: Наука, 1982.
18. Брук Л.Г. Исследование кинетики и механизма синтеза эфиров насыщенных и α,β- насыщенных моно- и дикислот карбонилированием ацетилена в растворах комплексов палладия. Дисс. на соскание уч.степ. к.х.н. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 1980, 208с.
19. Алиев Р. , Шноль С. Э. Колебательные химические реакции. Кинетика и катализ. 1998. № 3. С. 130-133
20. Масао Тсукада. Органические субстраты, производящие двойную частоту колебаний реакции Белоусова Жаботинского. Химическая лит-ра с.1537-1540, 1987.
21. Вавилин В.А., Гулак П.В., Жаботинский А.М., Заикин А.Н. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1969. Т. 11. С. 2618.
22. Яцимирский К.Б. Колебательные химические реакции и их значение для аналитической химии. Журнал аналитической химии, 1987,т.XLII, вып.10, с. 1743-1752.
23. Шуляковский Г.М., Тёмкин О.Н., Быканова Н.В., Ныркова А.Н. Гомогенная каталитическая реакция карбалкоксилирования ацетилена в спиртово-диметилсульфоксидных растворах комплексов палладия. В сб. Химическая кинетика в катализе. Кинетические модели жидкофазных реакций. Черноголовка, 1985, с. 112-119
24. Malashkevich А.V.,Bruk L.G., Tiomkin O.N. J.Phys.Chem., A.1997, V.101 № 51, p.9825
25. С.Н. Городский., А.Н. Захаров, А.В. Кулик, Л.Г. Брук, О.Н. Тёмкин. Окислительное карбонилирование алкинов в режиме автоколебаний. // Кинетика и катализ. 2001. Т.42. С. 280-293.
26. С.Н. Городский, Е.С. Калёнова, Л.Г. Брук, О.Н. Тёмкин. Окислительное карбонилирование алкинов в режиме автоколебаний. Влияние природы субстратов на динамическое поведение реакционной системы. Журн. Изв.Академия наук. Серия химическая. 2003, №7
27. Л.А. Фёдоров. Экономика и организация производства. М.; МИСиС, 1988. 70 С.
28. «Alfa-Aesar» Johnson Matthey. Research Chemicals Metals and Materials. 2002-03 catalogue
29. Н.В. Делекторский. Технико-экономическое обоснование научно-исследовательских работ, - М.; МИТХТ, 1977. 72С
30. А.С. Бобков, А.А. Блинов, И.А. Роздин, Е.И. Хабарова. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности .-М. : Химия, 1998.
31. Н. В. Лазарева, Э.И. Левина. Вредные вещества в промышленности. -Л.: Химия, Т.1. 590 С; T.3. 608 C.