Surowce odtwarzalne, roślinne i zwierzęce.

103. Wymienic surowce odnawialne i omówić na wybranym przykładzie sposób ich wykorzystania.

Celuloza - przemysł włokienniczy oraz papierniczy (proces wiskozowy)

Skrobia - przemysł tekstylny, papierniczy, spozywczy, chemia gospodarcza

Sacharoza - powszechny środek słodzacy - przemysł spożywczy i farmaceutyczny

Tłuszcze - produkcja mydeł, przemysł spozywczy, srodki powierzchniowo czynne, przemysł chemiczny, przemysł farb i lakierów, paliwa alternatywne, biopaliwa

Białka - przemysł tekstylny (wełna), spożywczy (kolagen, żelatyna), obówniczy, chemiczny (katalizatory), przemysł farmaceutyczny

104. Oceń zagrożenie dla środowik\ska w procesie produkcji surowców odtwarzalnych.

Zagrożenie jest bardzo małe bądż nawet go nie ma - surowce odtwarzalne sa w pełni biodegradowalne.

105. Określ warunki magazynowania i dystrybucji surowców odtwarzalnych.

Musza być chronione przed wpływami atmosferycznymi, a zwłaszcza przed woda i działaniem podwyzszonej temperatury. Są w pełni biodegradowalne.

106. Omów technologie przetwarznia surowców odtwarzalnych pod kątem ich wpływu na środowisko.

CELULOZA podstawowy surowiec dla przemysłu włókienniczego oraz papierniczego. W procesie pozyskiwania celulozy dla tych celów zachowana zostaje pierwotna struktura polisacharydu, następuje tylko zmniejszenie jego masy cząsteczkowej.

Przetwarzanie celulozy na włókna - proces wiskozowy (meceryzacja, usunięcie nadmiaru ługu przez prasowanie rozdrabnianie alkalicelulozy i dojrzewanie, utworzenie ksantogenianu celulozy, rozpuszczenie w 4%ługu sodowym - wiskoza, regeneracja celulozy - wytwarzanie włókien); proces miedziowo - amonowy; proces octanowy.

SKROBIA produkty modyfikacji znajdują zastosowanie w przemyśle: tekstylnym, papierniczym, spożywczym, chemii gospodarczej, wiertniczym odlewniczym.

SACHAROZA jest powszechnie stosowanym środkiem słodzącym w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym.

TŁUSZCZE produkcja mydeł, przemysł spożywczy, surowiec do produkcji środków powierzchniowo czynnych, przemysł chemiczny, przemysł farb i lakierów, produkcja ekologicznych olejów napędowych, biopaliwa, paliwa alternatywne

BIAŁKA przemysł tekstylny (wełna, jedwab), spożywczy (kolagen, żelatyna, gluten), obuwniczy (skóra), chemiczny (katalizatory), medycyna (enzymy), przemysł farmaceutyczny.

107. Podaj źródła tłuszczów surowców odtwarzalnych.

rośliny oleiste (głównie)

tłuszcze zwierzęca - zwierzęta hodowlane

tłuszcze zwierzęce - zwierzeta morskie

108. Podaj kierunki zastosowania tłuszczów.

alkohole tłuszczowe sa stosowane do wytwarzania anionowych i niejonowych substancji powierzchniowo czynnych.

Aminy tłuszczowe sa stosowane do produkcji kationowych i amfoterycznych typów środków powierzchniowo czynnych

Kwasy tłuszczowe stosowane są do produkcji mydła (sole sodowe, potasowe) oraz w syntezie estrów cukrów

Gliceryna półprodukt do wytwarzania zywic alkilowych stosowanych w przemyśle lakierniczym i do produkcji klejów

Oleje roślinne zawierające glicerydy kwasów nienasyconych sa cenione w przemyśle farb i lakierów jako środki tworzące powłoki malarskie.

109. Omów zastosowanie olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych.

Jak w 108.

110. Wymień sposoby wykorzystania olejów jako surowców.

- Prowadząc proces uwodornienia olejów (glicerydów) otrzymuje się wyższe alkohole - ważny surowiec do produkcji środków powierzchniowo czynnych.

- Oleje roślinne są też szeroko wykorzystywane w przemyśle farb i lakierów ze względu na zdolność tworzenia na ich powierzchni (na powietrzu) trwałych i mocnych błon.

Były dawniej wykorzystywane jako środki smarowe. Później zostały wyparte przez bardziej stabilne smary mineralne. Obecnie jednak wraca się do olejów roślinnych ze względu na ich podatność na rozkład w środowisku naturalnym.

111. Krótko opisz przemysłowe zastosowanie białek.

BIAŁKA przemysł tekstylny (wełna, jedwab), spożywczy (kolagen, żelatyna, gluten), obuwniczy (skóra), chemiczny (katalizatory), medycyna (enzymy), przemysł farmaceutyczny.

112. wymień zasadnicze sposoby wykorzystania olejów róślinnych jako surowców.

Jak w 110

Cukry

113. Wskazkierunki zastosowania celulocy w różnych gałęziach przemysłu.

Głównym produktem z celulozy z jakim styka się człowiek jest papier. W wyniku otrzymywania włókien wiskozowych celuloza wykorzystywana jest szeroko w przemyśle włókienniczym. Inne kierunki przetwarzania celulozy związane są z funkcjonalizacją grup wodorotlenowych polimeru. Właściwości produktów procesów przeróbki celulozy wyznaczają jej zastosowanie:

- estry celulozy znajdują zastosowanie w produkcji tworzyw sztucznych.

- Azotan celulozy stosuje się w produkcji lakierów nitrocelulozowych.

- Octan celulozy stosuje się do produkcji włókien i tkanin.

- Etery celulozy stosowane są jako środki pomocnicze w wielu gałęziach gospodarki

114. Omów strukturę celulozy.

Celuloza (C 6H10O5)n, strukturalny polisacharyd, zbud. z ok. 7000 reszt celobiozy powiązanej wiązaniami β-1,4 w pofałdowane, nierozgałęzione łańcuchy dł. ok. 7 µm; czysta celuloza jest białą, nierozp. w wodzie substancją odporną na działanie czynników chem.; występuje powszechnie w roślinach, tworząc podstawowy zrąb ściany komórkowej, nadaje tkankom roślinnym wytrzymałość mech. i elastyczność; w komórce występuje z innymi substancjami podporowymi, np. ligniną, pektyną, hemicelulozą; najwięcej celulozy zawierają włókna bawełny (ok. 92-95%).

115. Wymień główne kierunki utylizacji biomasy zawierajacej : cukry, celulozę, pentozany.

wykorzystanie biomasy odpadowej do produkcji metanu w procesach fermentacji anaerobowej.

Procesy pirokatalitycznego (bez powietrza) rozkładu ligninowcelulozy(drewno i odpady drzewne) służą do otrzymywania węgla drzewnego, oleju pirolitycznego i produktów gazowych.

Procesy katalitycznego reformowania cukrów wodą w obecności katalizatora (Pd lub Pt na stałym nośniku kwasowym SiO₂ - Al₂O₃) w kierunku n-alkanów C₁ - C₆

Otrzymywanie wodoru z reakcji autotermicznego utleniania (bio)etanolu.

116. Omówić właściwości skrobii. Budowa i kierunki zastosowań.

Skrobia jest mieszaniną polimerów liniowych (amyloza) i polimerów rozgałęzionych (amylopektyna). Tworzą one granulki, w których amyloza i amylopektyna są tak związane poprzez wiązania wodorowe, wewnątrz i międzycząsteczkowe, że skrobia jest prawie nierozpuszczalna w zimnej wodzie. Zbudowany z jednostek glikopiranozowych połączonych wiązaniem α-D-glikozydowym.

Zastosowanie

zagęszczacze produktów spożywczych, farb, tuszów

w produkcji środków adhezyjnych i apertur dla przemysłu tekstylnego i papierniczego

produkcje biodegradowalnych opakowań

kolektory metali ciężkich w ściekach

dodatek do zapraw hydraulicznych

biodegradowalne detergenty

sorbenty i supersorbenty

117. Wymienić podstawowe procesy z udziałem polisacharydów.

redukcja grupy karbonylowej prowadzi do utworzenia zwiazków wielowodorotlenowych - alditoli.

Aldozy ulegają łatwo reakcjom utlenienia pod działaniem szeregu utleniaczy

Grupy wodorotlenowe cukrów ulegaja redukcjom typowym dla alkoholi:

Reakcje alkilowania do estrów

Reakcje estryfikacji bezwodnikami kwasowymi z utworzeniem estrów kwasów karboksylowych

Estryfikacji kwasem azotowym prowadzace do azotanów cukrów

118. Jakie znasz rodzaje surowców odtwarzalnych z grupy węglowodanów.

Skrobia- biała subst. niekrystaliczna, bez smaku i zapachu. Nie rozpuszcza się w wodzie. Jest bardzo rozpowszechniona w przyrodzie: znajduje się w komórkach liści, łodyg, pni, a zwłaszcza bulw, kłączy i nasion roślin. Reakcję z jodem: zarówno ziarna skrobi jak i jej koloidowy roztwór barwią się od jodu na kolor niebieski. Skrobia nie posiada właściwości redukcyjnych. Na skalę techniczną otrzymuje się skrobię z ziemniaków lub zbóż.

Celuloza jest węglowodanem budującym błony komórkowe roślin. Jest ona związkiem najbardziej rozpowszechnionym ze wszystkich substancji organicznych, np. lnu, bawełny, są prawie czystą celulozą. Szczególnie dużo błonnika posiadają włókna lnu, konopi, juty - dlatego rośliny te są uprawiane dla celów przemysłowych. Ze względu na dużą sprężystość i wytrzymałość włókna te służą do wyrobu nici i tkanin. Celuloza jest substancją bezbarwną, nierozpuszczalną w wodzie i innych rozpuszczalnikach jak eter, benzyna, alkohol. Rozpuszcza się tylko w amoniakalnym roztworze wodorotlenku miedziowego, tzw. odczynniku Schweitzera. Cząsteczka celulozy ma budowę nitkowatą i jest znacznie większa niż cząsteczka skrobi. Celuloza w postaci naturalnych włókien roślinnych jest przerabiana na nici oraz tkaniny. Bardzo duże ilości celulozy drzewnej zużywane są do wyrobu papieru. Celulozę poddaje się także przeróbce chemicznej. Po jej scukrzeniu stosuje się ją jako surowiec do produkcji alkoholu etylowego, a także do produkcji sztucznego jedwabiu.
Sacharoza posiada wzór sumaryczny C₁₂H₂₂O₁₁ . Występuje w dużych ilościach w łodygach trzciny cukrowej i korzeniach buraka cukrowego. Sacharoza jest bezbarwną substancją krystaliczną, dobrze rozpuszczalną w wodzie, w smaku słodsza od glukozy. Ogrzewana przechodzi przez cały szereg przemian. Początkowo topi się, następnie ciemnieje, zamieniając się w substancję o charakterystycznym zapachu, zwaną karmelem, i w końcu ulega zwęgleniu. Sacharozę zaliczamy do disacharydów, ponieważ podczas jej hydrolizy powstają dwa cukry proste - glukoza oraz fruktoza.

Maltoza zbudowana jest z dwóch cząsteczek D-glukozy połączonych wiązaniami alfa-l,4-glikozydowymi. Można ja otrzymać z glikogenu lub ze skrobi w wyniku hydrolizy enzymatycznej. Jest cukrem redukującym. Występuje w trawach. Maltoza jest to biały proszek, rozpuszczalny w wodzie, ulegający fermentacji. Otrzymywany przez hydrolizę skrobi, stosowany jako środek słodzący.
Laktoza posiada wzór sumaryczny C₁₂H₂₂O₁₁, jest dwucukrem zbudowanym z D-galaktozy i D-glukozy, bezbarwnym lub białym, nieco słodkim, rozpuszczalnym w wodzie. Występuje w mleku ssaków w stężeniu kilku procent. Bakterie w kwaśnym mleku przemieniają ją w kwas mlekowy. Stosowana w przemyśle farmaceutycznym (jako wypełniacz), spożywczym (jako składnik mleka i żywności dla niemowląt) i w pirotechnice.

Surowce wtórne

119. Wymień i krótko scharakteryzuj metody produkcji gazu syntezowego z metanu.

Gaz syntezowy jest to mieszanina wodoru oraz CO. W zależności od przeznaczenia gaz syntezowy powinien mieć różny stosunek molowy. Jego produkcja polega na reformingu metanu. Wyróżniamy 3 główne warianty procesu reformingu:

Reforming parowy (endotermiczny, ≥850^oC, ok. 3MPa, katalizator Ni, konieczność doprowadzenia ciepła) oparty na reakcjach: CH₄ + H₂O CO + 3H₂ ΔH=+206 kJ/mol
i: CO + H₂O CO₂ + H₂ ΔH=-42 kJ/mol

Reforming dwustopniowy, wykorzystujący ciepło egzotermicznego etapu II do ogrzewania konwertora (reformera) parowego w endotermicznym etapie I:
Etap I: jak wyżej
Etap II: dopalanie nieskonwertowanego metanu (ok. 3MPa, katalizator Ni):

CH₄ + 0,5O₂ → CO + 2H₂ ΔH=-35 kJ/mol
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O ΔH=-798 kJ/mol

Reforming auto termiczny (samowystarczalny cieplnie), znany również jako półspalanie parowo tlenowe, realizujący równocześnie wszystkie powyższe reakcje dzięki użyciu mieszaniny pary wodnej i tlenu jako czynnika konwertującego.

Znane jest również bezkatalityczne oraz (w opracowaniu) katalityczne półspalanie. Prowadzone są też prace na reformingiem metanu działaniem CO₂, w myśl reakcji:
CH₄ + CO₂ → 2CO + 2H₂ ΔH=+248 kJ/mol

Otrzymywać gaz syntezowy można również poprzez zgazowanie wyższych węglowodorów i węgla. Procesy te oparte są na analogicznych zasadach choć realizacja ich jest różna w dostosowaniu do charakteru użytego surowca.

120. Co to jest gaz syntezowy. Krótko opisz sposoby jego otrzymywania i kierunki przerobu.

Jak wyżej w 119

Kierunki przerobu: Paliwa (alkohole, olefiny) - synteza Fishera Tropscha, Metanol, Bezwodnik octowy (kwas octowy), Produkcja H₂

121. Przedstaw najważniejsze zastosowania acetylenu i krótko uzasadnij przyczyny zmniejszania jego roli w syntezie chemicznej.

do produkcji aldehydu octowego (z H₂O)

otrzymywanie akrylonitrylu (z HCN)

otrzymywanie chlorku winylu (z HCl)

otrzymywanie ocyanu winylu ( z CH₃COOH)

otrzymywanie acetylenu jest za drogie i cięższe od innych alternatywnych węglowodorów (bardzije opłacalne etylen). Konieczność odpowiedniego przechowywania, żeby się potem nie rozłożył.

122. Przedstaw metody otrzymywania i najważniejsze zastosowania propylenu.

Źródła:

piroliza olefinowa

wydzielanie z gazów rafineryjnych (zwłaszcza z krakingu katalitycznego)

katalityczne odwodornienie propanu (raczej nie stosowane)

zastosowanie:

tlenek propylenu, aldehydy, alkohole ( CO + H₂), polipropylen (polimeryzacja), benzyny (oligomeryzacja lub alkilacja), akroleina, akrylonitryl (NH₃ + O₂), fenol i aceton (traktowanie banzenem do kumenu i potem O₂, niektórych typów kauczuków

123. Przedstaw główne metody produkcji acetylenu.

rozkład karbidu (węglik wapnia)

CaO + 3C_(koks) → CaC₂ + CO

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂

procesy oparte na termicznym rozkładzie metanu temp. powyżej 1000^oC

piroliza metanu

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂

półspalanie metanu (proces autotermiczny)

2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (r. endo.)

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (r. egzo. w celu dostarczenie ciepła)

124. Przedstaw główne metody produkcji wodoru.

- gaz syntezowy -> konwersja CO [ CO + H₂O → CO₂ + H₂O ] -> absorpcja CO₂ -> metanizacja CO [ CO + 3H₂ → CH₄ + H₂O] -> Wodór

NaCl - przez elektrolize

Gazy rafineryjne i petrochemiczne (wydzielanie)

Gudron (konwersja CO)

125. Wymień zastosowanie tlenu (w porównaniu z powietrzem i innymi utleniaczami) jako czynnika utleniającego.

konieczność zmniejszenia ilości powstającego NO_x i uproszczenie węzłów oczyszczanie emitowanych gazów odlotowych.

Proces wytopu stali metodą iniekcji sproszkowanego węgla z tlenem

Powietrze zastepowane przez tlen w przemyśle szklarskim i innych branżach dla zmniejszenia emisji NOx

zastepowanie chloru przez tlen w przemyśle papierniczym do procesów bielenia

tlen do uzdatniania wody

spalanie neibezpiecznych odpadów w tlenie

zwiększenie odzysku siarki w instalacjac Clausa

126. Przedstaw główne zastosowanie etylenu w przemyśle chemicznym.

polietylen (polimeryzacja)

chlorek winylu

styren (etylen + benzen do ETB i odwodornienie do styrenu)

aldehyd octowy ( O₂)

glikol etylenowy ( etylen + O₂ do tlenek etylenu a potem H₂O do glikolu etylenowego)

127. Wymień sposoby otrzymywania benzenu z surowców pierwotnych.

KOKSOWANIE WEGLA -> produkty ciekłe -> destylacja -> Benzol surowy -> oczyszczanie i rozdział -> benzen i toluen i ksylen

REFORMING BENZYNY ->benzyna z reformingu -> wydzielanie aromatów (ekstrakcja) -> reformat -> destylacja -> benzen i toluen i ksylen

PIROLIZA OLEFINOWA -> benzyna pirolityczna -> uwodornienie dienów - > benzyna -> katalityczna hydroobróbka -> benzen i gaz opałowy

128. Ekologiczny aspekt przetwarzania surowców odtwarzalnych.

Tak jak 104 i 106.

129. Zdefiniuj znaczenie określenia - „chemiczne surowce wtórne” i wymień najważniejsze surowce wtórne.

---