اسیدی که می تواند آلدهید نیز باشد !

اسید فرمیک چیست؟

اسید فرمیک (CHOOH) با نام های متانوئیک اسید ، فرمیلیک اسید ، جوهر مورچه و یا هیدروژن کربوکسیلیک اسید شناخته می شود. این ماده نه تنها جز اسیدهای کربوکسیلیک به شمار می رود بلکه به عنوان یک آلدهید نیز محسوب می شود ، لذا در نقش اسید با الکل ها واکنش داده و استر تشکیل می دهد و در نقش آلدهید به راحتی اکسید می گردد.

اسید فرمیک مایعی بی رنگ ، سمی و خورنده با بویی تند و جرم مولکولی 46/03 می باشد ، کاملا در آب محلول بوده و در اتر و الکل نیز حل می شود. از آن به عنوان یک ترکیب واسطه شیمیایی ، حلال و ضدعفونی کننده استفاده می شود.

نقطه جرقه فرمیک اسید 50 درجه سانتی گراد می باشد. ( هنگامی که یک ماده ، مانند سوخت ، به تدریج تا نقطه اشتعال گرم شود ، احتراق بدون منبع جرقه می تواند انجام گیرد . بنا به تعریف نقطه احتراق به پایین ترین دمایی گفته می شود که در آن عمل احتراق به خودی خود انجام می شود )

اسید فرمیک ( جوهر مورچه )

در قرن پانزدهم میلادی شیمیدانان می‌ دانستند که از تجمع مورچه‌ ها بخار های اسیدی متصاعد می‌ شود. اولین بار جان ری طبیعت شناس انگلیسی در سال 1671 این اسید را از تقطیر توده‌ای از مورچه‌های مرده ، جدا کرد. اما سنتز شیمیایی آن ، اولین بار توسط شیمیدان فرانسوی ژوزف گیلوساک از اسید هیدروسیانیک انجام گرفت.

در سال 1855 شیمیدان فرانسوی دیگری به نام مارسلین برتلوت ، اسید فرمیک را با استفاده از منوکسید کربن سنتز کرد ، شبیه روشی که امروزه مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

کاربردهای اسید فرمیک

فرمیک اسید در صنایع مختلفی کاربرد دارد که مهم ترین آن ها به شرح ذیل می باشد :

1. صنایع شیمیایی و دارویی

استفاده از فرمیک اسید در سنتز مواد شیمیایی عمده ترین کاربرد آن به شمار می رود . از اسید فرمیک در صنایع غذایی ، صنایع دارویی ( ازجمله در تولید انسولین و کافئین ) ، و همچنین سنتز ترکیباتی همچون پنتا اریتریتول و روغن سویای اپوکسی شده استفاده می شود .  در تولید حشره کش ها ، سموم نباتی و رنگ های نساجی نیز استفاده می کنند.

2. تولید چرم

در صنعت چرم ( دباغی ) اسید فرمیک به منظور گندزدا و عامل حنثی نمودن آهک در هنگام موزدایی خام مصرف می شود و در رنگرزی چرم نیز به عنوان عامل یکنواخت کننده مورد استفاده قرار می گیرد.

3. خوراک دام

از اسید فرمیک به منظور تسهیل در هضم علوفه دام استفاده می شود.

4. صنایع نساجی

در صنایع نساجی به عنوان پایدار کننده رنگ بر روی الیاف و رنگ آمیزی الیاف طبیعی و مصنوعی همچون پشم و نایلون و عامل خنثی کننده محلول قلیایی در هنگام شستشوی پارچه استفاده می شود.

5. مصارف دیگر

عمدتاً به عنوان عامل خنثی کننده PH محیط های قلیایی مورد استفاده قرار می گیرد.

روش های تولید اسید فرمیک

1. تولید اسید فرمیک از متانول و مونوکسید کربن

در این روش فرمیک اسید طی دو مرحله کربونیلاسیون متانول و تولید متیل فرمات و هیدرولیز متیل فرمات تولید می شود . حدود 65 درصد تولید کنندگان فرمیک اسید در جهان از این روش بهره می برند.

مرحله اول : کربونیلاسیون متانول و تولید متیل فرمات

CH3OH + CO → HCOOCH3

در این مرحله ابتدا به منظور خالص سازی و رطوبت گیری خوراک ، گاز مونوکسید کربن را از روی یک بستر جاذب عبور می دهند و رطوبت موجود در آن به طور کامل جذب می شود. سپس با استفاده از یک کمپرسور به فشار 65 اتمسفر می رسد و در ادامه به رآکتور همزن دار کربونیلاسیون انتقال داده می شود.

متانول پس از مخلوط شدن با کاتالیست سدیم همراه با جریان متانول برگشتی به رآکتور ارسال می گردد ، این جریان برگشتی توسط یک مبدل خنک می شود. جریان خروجی از رآکتور حاوی ترکیباتی همچون متیل فرمات، متانول و مونوکسید کربن می باشد که به منظور جداسازی محصول متیل فرمات به ستون تقطیر ارسال می گردد.

لازم به ذکر است جریان برگشتی از بخش هیدرولیز متیل فرمات نیز به برج مذکور انتقال داده می شود.

فشار عملیاتی برج ، اتمسفریک بوده و از قسمت بالای برج ترکیبات سبک متیل فرمات و مونوکسید کربن خارج می شود و پس از خنک شدن طی دو مرحله توسط مبدل و کندانسور جزئی گاز غیر قابل کندانس مونوکسید کربن از سیستم خارج شده و قسمتی از مایع متیل فرمات به صورت جریان رفلاکس با نسبت مشخص به برج برگردانده می شود و باقیمانده آن به مرحله بعد انتقال می یابد.

متانول به صورت مایع و همراه با کاتالیست از قسمت پایین برج خارج می شود و به رآکتور کربونیلاسیون برگردانده می شود.

مرحله دوم : هیدرولیز متیل فرمات و تولید فرمیک اسید

HCOOCH3 + H2O → HCOOH + CH3OH

تیل فرمات خروجی از بالای برج پس از گرم شدن در مبدل به همراه جریان برگشتی آب برگشتی از فرآیند وارد رآکتور هیدرولیز می گردد. جریان مایع خروجی از رآکتور عمدتاً شامل فرمیک اسید ، متیل فرمات و آب می باشد که جهت خالص سازی محصول به برج تقطیر انتقال داده می شود.

فشار عملیاتی برج ، اتمسفریک بوده و ترکیبات سبکی مانند متیل فرمات و متانول مرطوب از بالای برج خارج می شوند و پس از عبور از کندانسور قسمتی از آن به صورت جریان رفلاکس به ستون برگردانده می شود و باقی مانده آن به ستون خشک کن ارسال می گردد.

در ستون خشک کن مخلوط متانول و متیل فرمات از بالای ستون خارج شده و پس از کندانس شدن توسط مبدل جهت جداسازی به ستون تقطیر ارسال می شود. مایع خروجی از پایین ستون محلول آزئوتروپ 77 درصد فرمیک اسید و آب می باشد که به منظور تغلیظ به ستون تغلیظ ارسال می گردد . در این ستون تحت فشار عملیاتی 2/6 اتمسفر محلول 85 درصد فرمیک اسید از پایین برج خارج می شود و آب خروجی از بالای برج به رآکتور هیدرولیز ارسالی می گردد.

2. تولید اسید فرمیک از نرمال بوتان یا نفتا به روش اکسیداسیون

در این روش فرمیک اسید به عنوان محصول جانبی در تولید اسید استیک طی فرآیند اکسیداسیون نرمال بوتان تولید می شود.

3. تولید اسید فرمیک با استفاده از هیدرولیز اسیدی نمک سدیم فرمات

در این روش از هیدرولیز اسیدی سدیم فرمات ، فرمیک اسید حاصل می گردد . در اینجا ابتدا از احتراق ناقص کک ، مونوکسید کربن به همراه دی اکسید کربن تولید می شود و در ادامه پس از جدا نمودن مونوکسید کربن از مخلوط و واکنش دادن آن با سدیم هیدروکسید ، فرمات سدیم حاصل می شود. پس از هیدرولیز اسیدی سدیم فرمات توسط سولفوریک اسید ، اسید فرمیک و سدیم فسفات تولید می شود که با استفاده از فرآیند تقطیر ، جداسازی فرمیک اسید صورت می پذیرد.

یکی از معایب این روش تولید مقدار زیادی نمک سولفات سدیم به عنوان محصول جانبی می باشد. این روش تولید اسید فرمیک قدیمی ترین روش تولید این محصول به شمار می رود.