Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Виробництво оцтової кислоти - Хімія

ЗМІСТ

ВСТУП

1.АНАЛІТІЧЕСКІЙ ОГЛЯД

1.1 Теоретичні відомості про оцтової кислоти

1.2 Застосування оцтової кислоти

1.3 Основні способи отримання оцтової кислоти

1.3.1 Одержання оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду

1.3.2 Одержання оцтової кислоти окисленням н-бутану

1.3.3 Виробництво оцтової кислоти окисленням н-бутен

1.3.4 Виробництво оцтової кислоти окисленням парафінів С4-С8 в кислоти

1.3.5 Виробництво оцтової кислоти з метанолу та оксиду вуглецю

2. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

2.1 Хімізм процесу

2.2 Опис технологічної схеми

2.3 Техніко-технологічні розрахунки

2.3.1 Матеріальний баланс реактора і стадії синтезу оцтової кислоти

ВИСНОВОК

ВСТУП

Оцтова кислота - перша з органічних кислот, яка стала відома людині. Вперше вона була отримана І.Глаубером в 1648 р і в концентрованому вигляді шляхом виморожування її водних розчинів і розкладанням ацетату кальцію сірчаною кислотою Г.Шталем в 1666-1667 рр. Елементний склад оцтової кислоти був встановлений Я.Берцеліусом в 1814 р До початку XIX століття оцтову кислоту виробляли виключно з природної сировини: пірогенетичної обробкою деревини і окислювальним оцтовокислим бродінням харчового етанолу. В даний час виробництво оцтової кислоти з лісохімічного сировини має другорядне значення, хоча масштаби його вимірюються сотнями тисяч тонн. У цьому методі оцтову кислоту виділяють з сконденсованої частини пароподібні продуктів термічної обробки деревини (Жижки), одержуваної в процесі вуглевипалювання. Вихід кислоти становить близько 20 кг на 1 м3 деревини.

Біохімічний метод виробництва оцтової кислоти використовують тільки для виробництва натурального харчового оцту.

Поява синтетичних методів виробництва оцтової кислоти пов'язане з розробкою та промислової реалізацією реакції отримання ацетальдегіду по Кучерову. В1910-1911 рр. патентується спосіб виробництва оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду, а в роки першої світової війни в Німеччині та Канаді за цим методом було організовано промислове виробництво. З деякими технологічними змінами цей метод зберіг своє значення і протягом більше п'ятдесяти років є одним з основних.

Оцтова кислота була єдиною, яку знали древні греки.

Звідси і її назва: «оксос» - кисле, кислий смак. Оцтова кислота це найпростіший вид органічних кислот, які є невід'ємною частиною рослинних і тваринних жирів. У невеликих концентраціях вона присутня в продуктах харчування і напоях і бере участь в метаболічних процесах при дозріванні фруктів. Оцтова кислота часто зустрічається в рослинах, в виділеннях тварин. Солі та ефіри оцтової кислоти називаються ацетатами.

Оцтова кислота - слабка (дисоціюють у водному розчині тільки частково). Тим не менше, оскільки кислотна середу пригнічує життєдіяльність мікроорганізмів, оцтову кислоту використовують при консервуванні харчових продуктів, наприклад, у складі маринадів.

Отримують оцтову кислоту окисленням ацетальдегіду та іншими методами, харчову оцтову кислоту оцтовокислим бродінням етанолу. Застосовують для отримання лікарських і запашних речовин, як розчинник (наприклад, у виробництві ацетату целюлози), у вигляді столового оцту при виготовленні приправ, маринадів, консервів. Оцтова кислота бере участь у багатьох процесах обміну речовин у живих організмах. Це одна з летючих кислот, присутня майже у всіх продуктах харчування, кисла на смак і головна складова оцту. Будова оцтової кислоти зацікавило хіміків з часу відкриття Дюма трихлороцтової кислоти, тому що цим відкриттям було завдано удару панівною тоді електрохімічної теорії Берцеліуса. Останній, розподіляючи елементи на електропозитивні і електронегативний, не визнавав можливості заміщення в органічних речовинах, без глибокого зміни їх хімічних властивостей, водню (елемента електропозитивного) хлором (елементом електронегативний), а між тим за спостереженнями Дюма ("Comptes rendus" Паризької академії, 1839) виявилося, що "введення хлору на місце водню не змінює абсолютно зовнішніх властивостей молекули чому Дюма і задається питанням" покояться чи електрохімічні погляди і уявлення про полярність, приписується молекулам (атомам) простих тіл, на настільки ясних фактах, щоб їх можна було вважати предметами безумовної віри; якщо ж їх має розглядати як гіпотези, то чи підходять ці гіпотези до фактів? Має визнати, продовжує він, що справа йде інакше.

Берцелиусу довелося допустити можливість заміщення водню хлором без зміни хімічної функції початкового тіла, в якому відбуватися заміщення. Не зупиняючись на додатку його поглядів решти сполукам, переходимо до робіт Кольбе, який для оцтової кислоти, а потім і для інших граничних одноосновних кислот знайшов ряд фактів, гармоніювали з поглядами Берцеліуса (Жерара). Вихідною точкою для робіт Кольбе послужило вивчення кристалічної речовини, складу CCl4SO2, отриманого раніше Берцелиусом і Марсе при дії царської горілки на CS2і утворився у Кольбе при дії на CS2влажного хлору. При дії світла і хлору на C2Cl4, що знаходився під водою, Кольбе отримав на ряду з гексахлоретаном і трихлоруксусную кислоту і висловив перетворення таким рівнянням: (Так як С2Сl4может бути отриманий з CCl4прі пропущенні його через напружену) трубку, а ССl4образуется при дії, при нагріванні, Cl2на CS2то реакція Кольбе була перша за часом синтезом оцтової кислоти з елементів.

Роботами Кольбе будова оцтової кислоти, а разом з тим і всіх інших органічних кислот було остаточно з'ясовано і роль наступних хіміків звелася тільки до поділу - в силу теоретичних міркувань і авторитету Жерара, формул Кольбе навпіл і до переведення їх на мову структурних поглядів, завдяки чому формула C2H6.C2O4H2превратілась в CH3CO (OH).

Світове виробництво оцтової кислоти становить нині понад 3,5 млн. Т на рік, в нашій країні в 1980 р було вироблено 250 тис. Т. Основна маса оцтової кислоти виробляється з ацетальдегіду, окисленням бутанової і бензинової фракцій.

Перша установка з виробництва синтетичної оцтової кислоти каталітичним окисленням ацетальдегіду була пущена на Чорноріченському хімічному заводі в 1932 р, а в 1948 р було організовано її промислове виробництво. До 60-м рокам оцтова кислота проводилася також піролізом ацетону через кетен, окисленням вузьких фракцій бензину, а також виділенням з продуктів окислення твердого парафіну. В результаті розвитку синтетичних методів виробництва оцтової кислоти питома вага зросла з 50% в 1963 р до 70% в 1965 р і до 90% в 1970 р За ці ж роки загальний обсяг виробництва оцтової кислоти в країні виріс в три рази.

У 1963 р були введені в дію нові підприємства по спільному виробництву оцтової кислоти і оцтового ангідриду каталітичним окисленням ацетальдегіду в рідкій фазі і до 1965 р виробництво оцтової кислоти цим методом становило вже 17% від загального обсягу її виробництва в країні. У ці ж роки було освоєно в промисловому масштабі виробництво оцтової кислоти карбонілюванням метанолу.

1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД

1.1 Теоретичні відомості про оцтової кислоти

Карбонові кислоти - органічні сполуки, що містять одну або декілька карбоксильних груп -СООН, пов'язаних з вуглеводневим радикалом. Карбоксильная група поєднує в собі дві функціональні групи - карбоніл і гідроксил, взаємно впливають один на одного: кислотні властивості карбонових кислот обумовлені зміщенням електронної щільності до карбонільного кисню і викликаної цим додаткової (порівняно з спиртами) поляризації зв'язку О-Н.

Розчинність у воді і високі температури кипіння кислот обумовлені освітою міжмолекулярних водневих зв'язків.

Зі збільшенням молекулярної маси розчинність кислот у воді зменшується.

Карбонові кислоти проявляють високу реакційну здатність. Вони вступають в реакції з різними речовинами і утворюють різноманітні сполуки, серед яких велике значення мають функціональні похідні, тобто з'єднання, отримані в результаті реакцій по карбоксильної групі.

Оцтова кислота (метанова кислота) являє безбарвну рідина з різким запахом, з температурою кипіння 118,1 ° С, температурою плавлення 16,75 ° С і щільністю 1,05 т / м3. Безводна, так звана «крижана» оцтова кислота утворює за рахунок водневих зв'язків димер циклічного будови.

Критична температура становить 321,6 ° С. Оцтова кислота змішується в усіх відношеннях з етанолом, діетиловим ефіром, бензолом та іншими органічними розчинниками і з водою. Розчиняє деякі неорганічні і органічні речовини, наприклад, сірку, фосфор, ацетати целюлози. З повітрям оцтова кислота утворює вибухові суміші з межами займання від 3,3 до 22,0% об. Температура спалаху дорівнює 34 ° С, температура самозаймання 354 ° С.

Оцтова кислота слабка. Константа її дисоціації 1,75 * 10-5. Утворює численні розчинні у воді солі (ацетати) і етерифікування спиртами з отриманням складних ефірів. Оцтова кислота має високу корозійну активність по відношенню до багатьох металам, особливо в парах і при температурі кипіння, що необхідно враховувати при виборі матеріалів для апаратури. У крижаній кислоті стійки як на холоду, так і при температурі кипіння, алюміній, кремнистий і хромистий чавуни, деякі сорти нержавіючої сталі, але руйнується мідь. Технічна оцтова кислота має більшу корозійної активністю, яка посилюється в контакті з повітрям. З неметалічних матеріалів стійки по відношенню до оцтової кислоти спеціальні сорти кераміки та емалі, кислототривкі цементи та бетони і деякі види полімерних матеріалів (поліхлорвінілові і фенолальдегідних пластмаси). Інгібітор корозії в розчинах оцтової кислоти - перманганат калію.

У парах оцтова кислота володіє дратівливою дією на дихальні шляхи, ГДК для неї становить 5 мг / м3.

Синтетична харчова оцтова кислота - легкозаймиста рідина, за ступенем впливу на організм відноситься до речовин 3-го класу небезпеки. При роботі з оцтовою кислотою слід застосовувати індивідуальні засоби захисту (фільтруючі протигази). Перша допомога при опіках - рясне промивання водою.

Синтетичну харчову оцтову кислоту заливають у чисті залізничні цистерни, автоцистерни з внутрішньою поверхнею з нержавіючої сталі, в контейнери, ємності й бочки з нержавіючої сталі місткістю до 275 дм3, а також в скляні бутлі і поліетиленові бочки місткістю до 50 дм3. Полімерна тара придатна для затоки і зберігання оцтової кислоти протягом одного місяця. Синтетичну харчову оцтову кислоту зберігають у герметичних резервуарах з нержавіючої сталі. Контейнери, ємності, бочки, бутлі і поліетиленові фляги зберігають у складських приміщеннях або під навісом.

Недопускается спільне зберігання з сильними окислювачами (азотна кислота, сірчана кислота, перманганат калію та ін.).

Транспортується в ж / д цистернах, виготовлених з нержавіючої сталі марки 12Х18H10Т або 10Х17H13М2Т, з верхнім зливом.

Фізичні властивості оцтової кислоти Таблиця 1

 1. Зовнішній вигляд Безбарвна, прозора рідина без механічних домішок

 2. Розчинність у воді Повна, розчин прозорий

 3. Масова частка оцтової кислоти,%, не менше 99,5

 4. Масова частка оцтового альдегіду,%, не більше 0,004

 5. Масова частка мурашиної кислоти,%, не більше 0,05

 6. Масова частка сульфатів (SO4),%, не більше 0,0003

 7. Масова частка хлоридів (Cl),%, не більше 0,0004

 8. Масова частка важких металів загрожених сірководнем (Pb),%, не більше 0,0004

 9. Масова частка заліза (Fe),%, не більше 0,0004

 10. Масова частка нелеткого залишку,%, не більше 0,004

 11. Стійкість забарвлення розчину марганцевокислого калію, хв, не менше 60

 12. Масова частка речовин, що окисляються двохромовокислим калієм, cm3 розчину тіосульфату натрію, концентрація з (Na 2 SO 3 * 5H 2 O) = 0,1 моль / дм3 (0,1H), не більше 5,0

1.2 Застосування оцтової кислоти

Оцтову кислоту застосовують для одержання лікарських і запашних речовин, як розчинник (наприклад, у виробництві ацетату целюлози), у вигляді столового оцту при виготовленні приправ, маринадів, консервів.

Водний розчин оцтової кислоти використовують як смакового і консервирующего засоби (приправа до їжі, маринування грибів, овочів).

До складу оцту входять такі кислоти, як яблучна, молочна, аскорбінова, оцтова.

Яблучний оцет (4% оцтової кислоти)

Яблучний оцет містить 20 найважливіших мінеральних речовин і мікроелементів, а також оцтову, пропіонова, молочну та лимонну кислоти, цілий ряд ферментів і амінокислот, цінні баластні речовини, такі, як поташ, пектин. Яблучний оцет широко застосовується при приготуванні різних страв і консервуванні. Він чудово поєднується зі всілякими салатами, як зі свіжих овочів, так і м'ясними та рибними. У ньому можна маринувати м'ясо, огірки, капусту, каперси, портулак, а також трюфелі. Однак, на Заході яблучний оцет відомий більше своїми лікувальними властивостями. Він застосовується при підвищеному кров'яному тиску, мігрені, астмі, головного болю, алкоголізмі, запаморочення, артриті, хворобах нирок, високій температурі, опіках, пролежнях і ін.

Здоровим людям рекомендується щодня вживати корисний і освіжаючий напій: у склянці води розмішати ложку меду і додати 1 ложку яблучного оцту. Бажаючим схуднути, рекомендуємо кожного разу під час їжі випивати склянку несолодкої води з двома ложками яблучного оцту.

Оцет широко використовується в домашньому консервуванні для приготування маринадів різної міцності. У народній медицині оцет використовується як неспецифічне жарознижуючий засіб (шляхом протирання шкіри розчином води та оцту в пропорції 3: 1), а також при головних болях методом примочок. Поширене застосування оцту при укусах комах за допомогою компресів.

Відомо застосування спиртового оцту в косметології. А саме для надання м'якості і блиску волоссю після хімічної завивки і перманентної забарвлення. Для цього волосся рекомендується обполіскувати теплою водою з додаванням спиртового оцту (на 1 літр води - 3-4 ложки оцту).

Оцет виноградний (4% оцтової кислоти)

Виноградний оцет широко використовується провідними кухарями не тільки Словенії, а й усього світу. У Словенії його традиційно використовують при приготуванні різних овочевих і сезонних салатів (2-3 ст. Ложки на салатницю), т.к. він надає неповторний і вишуканий смак страви. Також виноградний оцет чудово поєднується з різними рибними салатами і стравами з морських продуктів. При приготуванні шашликів з різних сортів м'яса, але особливо зі свинини, виноградний оцет просто незамінний.

Оцтова кислота застосовується також для виробництва лікарських засобів. Таблетки Аспірину (ЕС) містять активний інгредієнт ацетилсаліцилову кислоту, яка являє собою оцтовий ефір саліцилової кислоти. Ацетилсаліцилова кислота виробляється шляхом нагрівання саліцилової кислоти з безводній оцтової кислотою в присутності невеликої кількості сірчаної кислоти (як каталізатор) .При нагріванні з гідроксидом натрію (NaOH) у водному розчині ацетилсаліцилова кислота гідролізується до саліцилату натрію і ацетату натрію. При закислення середовища саліцилова кислота випадає в осад і може бути ідентифікована по температурі плавлення (156-1600С). Іншим методом ідентифікації саліцилової кислоти, що утворюється при гідролізі, є фарбування її розчину в темно-фіолетовий колір при додаванні хлориду заліза (FeCl3). Оцтова кислота, присутня у фільтраті, перетворюється при нагріванні з етанолом і сірчаною кислотою в етоксіетанол, який можна легко розпізнати по його характерного запаху. Крім того, ацетилсаліцилова кислота може бути ідентифікована за допомогою різних хроматографічних методів. Ацетилсаліцилова кислота кристалізується з утворенням безбарвних моноклінних багатогранників або голок, трохи кислих на смак. Вони стабільні в сухому повітрі, проте у вологому середовищі поступово гідролізуються до саліцилової кислоти і оцтової кислоти (Leeson і Mattocks, 1958; Stempel, 1961). Чиста речовина являє собою білий кристалічний порошок, майже не володіє запахом. Запах оцтової кислоти свідчить про те, що речовина початок гидролизоваться. Ацетилсаліцилова кислота піддається естеріфікаціі під дією лужних гідроксидів, лужних бікарбонатів, а також в киплячій воді.

Ацетилсаліцилова кислота має протизапальну, жарознижувальну, а також болезаспокійливу дію, і її широко застосовують при гарячкових станах, головного болю, невралгіях та ін. І в якості противоревматического кошти.

Оцтова кислота використовується в та хімічної промисловості (виробництво ацетилцелюлози, з якої отримують ацетатне волокно, органічне скло, кіноплівку; для синтезу барвників, медикаментів і складних ефірів), у виробництві негорючих плівок, парфумерних продуктів, розчинників, при синтезі барвників, лікарських речовин, наприклад , аспірину. Солі оцтової кислоти використовують для боротьби з шкідниками рослин.

1.3 Основні способи отримання оцтової кислоти

1.3.1 Одержання оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду

Процес отримання оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду розроблений фірмою Shawinigan (США). Окислення проводиться киснем в колонах, футерованих алюмінієм, при 50-70 ° С і тиску до 0,7 МПа. Як розчинник використовується оцтова кислота або її водний розчин. Підвищений тиск сприяє підтримці необхідної концентрації альдегіду в рідкій фазі н збільшенню надійності роботи конденсаційної системи. В якості каталізатора використовується ацетат марганцю. Окислювальна колона в нижній частині забезпечена перфорованої перегородкою для рівномірного розподілу кисню по її перетину. Процес окислення протікає через стадію утворення надоцтової кислоти, і каталізатор відіграє активну роль у запобіганні її накопичення в значних кількостях.

Основними побічними продуктами окислення ацетальдегіду є ме-тілацетат, формальдегід, мурашина кислота, ацетон, діацетил, етіліденді-ацетат. Це вимагає ретельного очищення товарного продукту від домішок.

У разі окислення ацетальдегіду з використанням складних каталізаторів Со-Сu, Мn-Сu і в присутності водовідвідних агентів (диізопропіловий ефір, етилацетат і т. Д.) Одночасно з оцтовою кислотою утворюється оцтовий ангідрид.

Окислення ацетальдегіду молекулярним киснем представляє гомогенну каталітичну реакцію, яка в рідкій фазі і відображену загальним рівнянням:

СН3СНО + 0,5О2 = СНзСООН -?Н (1)

Реакція протікає по ланцюговому механізму через стадію утворення надоцтової кислоти (НУК):

СНЗ-СНТ + О2 > СНЗ-С-ООН (2)

II

O

Яка, будучи сильним окислювачем, окисляє ацетальдегід до оцтового ангідриду:

СНЗ-СНТ + СНЗ-С-ООН > (СН3СО) 2О + Н2О (3)

II

O

Оцтовий ангідрид при достатній кількості води гідролізується до оцтової кислоти:

(СН3СО) 2O + Н2О > 2СН3СНО

Таким чином, у системі завжди співіснують оцтова кислота, оцтовий ангідрид і вода.

Технологічна схема виробництва оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду

На рис. 1.1 представлена технологічна схема виробництва оцтової кислоти з ацетальдегіду на марганцевому каталізаторі.

1-змішувач каталізаторного розчину, 2-змішувач розчину ацетальдегіду, 3-окислювальна колона (реактор), 4-бризгоулавітель, 5 ропні конденсатор, 6-сепаратор рідини і газу, 7-колона ректифікації

Малюнок 1.1 Технологічна схема виробництва оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду

Технологічний процес виробництва оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду складається з трьох послідовних стадій:

1) окислення ацетальдегіду,

2) виділення непрореагировавшего ацетальдегіду з паро-газу,

3) виділення оцтової кислоти з реакційної суміші та її очищення.

Розчини каталізатора і ацетальдегіду в циркуляційної оцтової кислоти подаються з змішувачів 1 і 2 в нижню частину окисної колони - реактора барботажного типу 3. Температурний режим в колоні підтримується за допомогою розміщених в ній охолоджуючих змійовиків, по яких циркулює вода. По всій висоті в колону через кілька труб подається під тиском 4 * 105Па кисень, який барботують через рідину, що заповнює колону. Парогазова суміш, що містить продукти окислення, виводиться з колони 3 через бризгоуловітель 4 і надходить у конденсатор 5, охолоджуваний розсолом, і з нього в сепаратор 6. З сепаратора конденсат, що складається з оцтової кислоти і ацетальдегіду, повертається в окислительную колону, а Несконденсировавшиеся гази промиваються водою і випускаються в атмосферу. Для запобігання можливості вибуху НУК парогазова суміш, що виходить з колони, розбавляється азотом, який подається в бризгоуловітель 4. Рідка оцтова кислота, що виходить з бризгоуловітеля колони 3, ділиться на два потоки. Менший з них (циркуляційна кислота) направляється в змішувачі 1 і 2 для приготування розчинів каталізатора і ацетальдегіду, а більший надходить на ректифікацію в колону 7 для отримання товарного продукту. З нижньої частини колони 7 виводиться у вигляді кубового залишку розчин каталізатора, що надходить на регенерацію.

Основний апарат технологічної схеми - окислювальна колона. Вона являє циліндр з розширеною верхньою частиною, що грає роль бризгоуловітеля, висотою 12 і діаметром 1 м. Колона виготовлена з алюмінію або хромонікелевої сталі, мало схильних до корозії в оцтовокислої середовищі. Всередині колона має полки, між якими розміщені змієвикові холодильники для відводу реакційного тепла і кілька труб для подачі кисню.

Товарним продуктом в цьому методі є оцтова кислота концентрацією після двократної ректифікації 97,5- 98,5% мас. Вихід оцтової кислоти становить 92% при ступені перетворення ацетальдегіду 0,98.

1.3.2 Одержання оцтової кислоти окисленням н-бутану

Промислові установки по отриманню оцтової кислоти є в США, Англії, ФРН та інших країнах.

У Радянському Союзі процес жндкофазного окислення н-бутану розроблений Н. М. Емануелем з співр., Дослідженнями яких було встановлено, що Жидкофазное окислення н-бутану є автокаталитической ланцюговою реакцією з виродженим розгалуженням ланцюга. Під впливом кисню відбувається зародження ланцюга з утворенням спочатку втор-бутилового, а потім втор-бутілпер-оксидного радикалів

Продовження ланцюга йде в двох напрямках. Перший напрямок - це взаємодія вгору-бутілпероксіда з н-бутаном

Утворений гідропероксид може розпадатися, причому получающийся метилетилкетон при подальшому окислюванні дає ?-кетогідропероксід:

?-Кетогідропероксід, в свою чергу розпадається з утворенням оцтової кислоти і ацетальдегіду

З метою скорочення індукційного періоду окислення спочатку процес проводився в присутності солей металів змінної валентності (СО, Ni та ін.), Останнім часом частіше це досягається за рахунок часткового повернення продуктів окислення.

Енергія активації при гомогеннокаталптіческом окислюванні вуглеводнів в рідкій фазі становить 50-81 кДж / моль проти 105-147 кДж / моль при термічному пли ініційованому окислюванні.

Зниження періоду індукції при додаванні в сировині незначних кількостей продуктів окислення відбувається за рахунок більшої їх швидкості окислення і розкладання утворюються гидропероксидов по реакціях, розглянутим вище.

Критичні температура і тиск для н-бутану відповідно рівні 152 ° С і 3,5 МПа. Жидкофазное окислення н-бутану при температурі, близькій до критичної, малоефективно через невеликій швидкості реакції. Крім того, дуже важко керувати процесом, оскільки потрібно підтримувати температуру у всьому обсязі реактора в дуже вузьких межах. У зв'язку з цим окислення н-бутану проводять у розчині. Найбільш відповідними розчинниками виявилися оцтова кислота, одержувана в самому процесі, і продукти реакції, що повертаються в реактор разом з непрореагировавшего н-бутаном. Розчин н-бутану в такій суміші має критичну температуру близько 195 ° С. Застосування інших розчинників, наприклад бензолу, менш ефективно.

Технологія процесу

Сировиною для отримання оцтової кислоти є що виділяється з бутан-бутеновой фракції 96% -ний н-бутан. Зміст пропану, ізобутану і вуглеводнів С5і вище допускається не більше 0,5, 2 і 1% відповідно, вміст сірчистих сполук не більше 0,0005%, повна відсутність 2-метил-пропена.

Домішка изобутана сприяє збільшенню виходу малоцінних продуктів - ацетону і метилацетату; при наявності ненасичених вуглеводнів значно знижується вихід оцтової кислоти за рахунок утворення глікольдіацетатов і зростання кількості продуктів повного окислення.

Окислення н-бутану проводиться при 140-170 ° С і 5,1 МПа, масовому співвідношенні свіжий н-бутан: поворотний к-бутан: повітря 1: 1,5-2: 10-12 і подачі зі зворотним н-бутаном продуктів окислення в кількості близько 10% (мас.) від сумарної кількості н-бутану.

Технологічна схема жидкофазного окислення н-бутану представлена на рис.1.2.

1,3-змішувачі; 2,4-підігрівачі; 5-реактор окислення; 6,8 холодильники; 7-насос для перегрітої води; 9-збірник перегрітої води; 10,19-газосепаратори; 11-збірник циркуляційного н-бутана;12,13,14,16,17-холодильники-конденсаторы;15,20,22-скрубберы;18-дебутанизатор;21-отпарная Калонна

Малюнок 1.2. Технологічна схема жидкофазного окислення н-бутану

Свіжий рідкий н-бутан подається в змішувач 1, куди надходять циркулює к-бутан з ємності 11 і так званий кислий н-бутан з ємності 19. Суміш свіжого і циркулюючого н-бутану і кислих продуктів, пройшовши теплообмінник 2, де вона нагрівається до 140 -150 ° С, надходить у нижню частину реактора окислення 5. Свіже повітря і кисневмісний газ з скрубера 20 змішуються в апараті 3, нагріваються в підігрівачі 4 і трьома потоками подаються в реактор окислення 5. Реактор являє собою апарат колонного типу, в який вмонтовані змеевики для знімання тепла і розподільний пристрій для повітря.

Реакція окислення супроводжується виділенням значної кількості тепла - 20900 кДж на 1 кг н-бутану. Знімання тепла здійснюється перегрітої водою, що циркулює по замкнутому циклу - збірка 9, насос 7, змійовики реактора окислення, холодильник 6 і знову збірник 9.

Відходить з верхньої частини реактора парогазова суміш направляється на конденсацію в системі водяних і ропних холодильників-конденсаторів 12, 13, 14, з яких конденсат самопливом зливається в ємність 11. Суміш парів і газів, що не сконденсованих в конденсаторі 14, надходить на нейтралізацію кислих продуктів в скруббер 15, зрошувану 2-5% -ним розчином лугу, а потім на промивку водою в скрубер 20. Промита паровоздушная суміш частково йде на змішування зі свіжим повітрям, частково на отдувка. Промивна рідина з скрубберов 15 і 20 надходить в отпарную колону 21, де отпаривают органічні домішки, що скидаються на факел, скидна вода спускається в каналізацію.

Оксідат (містить до 43% оцтової кислоти, 10% метил-етілкетона, 8-9% етилацетату та інших продуктів), що виходить з низу реактора окислення 5, через холодильник 8 поступає в сепаратор 10. Що виділяються в сепараторі 10 газоподібні продукти реакції приєднуються до парогазової суміші, що відходить з верхньої частини реактора окислення. Рідина з сепаратора 10 після зниження тиску до 0,2 МПа шляхом дроселювання поступає в дебутанізатор 18 (температура верху 35-60 ° С, низу 120-160 ° С, тиск 0,4 МПа), де відганяється н-бутан, розчинений у продуктах окислення. Пари н-бутану конденсуються і частина конденсату повертається на зрошення дебутанізатора 18, а решта (так званий кислий н-бутан) через сепаратор 19 подається в змішувач 1. Несконденсировавшиеся гази з сепаратора 19 нейтралізуються лугом в скрубері 22, після чого скидаються на факел.

Кубова рідина колони-дебутанізатора 18 направляється на ректифікацію в систему колон, де відбувається виділення концентрованої (99-100% -ної) і технічної (85% - ної) оцтової кислоти, мурашиної кислоти (86,5% -ної) і двох фракцій: ацетоно метілацетатной фракції (23% ацетону, 68% метилацетату), википає до 56 ° С і Метилетилкетон-етілацетатной фракції (45,8% метилетилкетону, 38,3% етилацетату), википає в межах 57-88 ° С.

З 1 т н-бутану при окислюванні утворюється понад 1,6 т корисних кисневмісних продуктів, у тому числі 872 кг оцтової кислоти і 190 кг метилетилкетону.

Основними перевагами процесу є одностадійна і безперервність, дешевизна вуглеводневої сировини та окислювача. До недоліків слід віднести високу коррозионность середовища і утворення побічних продуктів.

1.3.3 Виробництво оцтової кислоти окисленням н-бутен

В останні роки в промисловості здійснено окислення н-бутен в оцтову кислоту. Процес розроблений фірмою Вауег і відрізняється високою селективністю. Селективність окислення досягається шляхом ослаблення центральної зв'язку бутеновой ланцюжка при перетворенні суміші н-бутен у втор-бутилацетат. При окислювальному крекінгу втор-бутилацетата утворюється три молекули оцтової кислоти, одна з яких повертається в цикл для освіти ацетату:

[CH2 = CHCH2CH3]

+ CH3COOH > CH3CH2CHCH3 + 2O2 > 3CH3COOH

[CH3CH = CHCH3] I

OCOCH3

Сировиною для такого процесу служить суміш н-бутен.

З фракції С4газов піролізу витягують (зазвичай екстракцією) бутадієн і 2-метилпропіл. Залишок складається з н-бутен (~ 80%) і н-бутану (20%). При безпосередньому окислюванні цієї фракції виходить складна суміш продуктів, що містить багато смолистих речовин. Перетворення ж н-бутен у втор-бутилацетат створює умови для переважного освіти оцтової кислоти.

Бутен-1 реагує з оцтовою кислотою швидше, ніж бутен-2, тому останній становить основну масу н-бутен, що повертаються в цикл. Для прискорення процесу приєднання до олефину оцтової кислоти її беруть у полуторному надлишку.

Схема виробництва оцтової кислоти через втор-бутилацетат показана на рис. 1.1.

Процес складається з трьох стадій: утворення втор-бутилацетата, окисного крекінгу втор-бутилацетата, дистиляції продуктів реакції.

Перша стадія - приєднання оцтової кислоти до н-бу-тенам проводиться в рідкій фазі в реакторі 1 з мішалкою при 110 ° С і 1,5 - 2 МПа. Каталізатор (аніонообмінна смола).

1-реактор; 2, 8 ',, 14,, 20- газосепаратори; 3 - центрифуга; 4 - колона з фільтруючою насадкою; 5 - колона ректифікації; 6 - циркуляційний насос; 6 '- сировинної насос стадії окислення; 7,, 12 - теплообмінники; 8 - реактор окисного крекінгу; 8 '- сепаратор реактора; 9 - котел-утилізатор; 10 - скрубер; 11 - піч; 13 - компресор; 15 - колона азеотропной дистиляції; 16,, 17 - відстійники; 18 - випарник; 19 - колона виділення мурашиної кислоти; 21 - колона товарної оцтової кислоти.

Малюнок 1.3 Схема виробництва оцтової кислоти окисленням н-бутен вводиться в реактор у вигляді 20% -ної суспензії в продуктах реакції цій стадії

Концентрація каталізатора підтримується на рівні 10% (мас.), Що досягається рециркуляцією з додаванням свіжого каталізатора. Продукти реакції після зниження тиску до 0,7 МПа і поділу в газосепараторе 2 надходять на центрифугу 3, де відбувається відділення каталізатора, і, пройшовши через колону з фільтруючою насадкою 4, надходять в колону ректифікації 5 (тиск 0,5 МПа). У колоні 5 отгоняются прореагували вуглеводні С4, а знизу відбирається суміш втор-бутилацетата і оцтової кислоти, що спрямовується на окислювальний крекінг.

Сировиною для окислювального крекінгу є: суміш втор-бутилацетата і оцтової кислоти з першої стадії, суміш Непревращенний втор-бутилацетата і проміжних продуктів (верхній погон після азеотропной дистиляції) (див. Нижче). Ця суміш разом з рециркулюючим потоком через теплообмінник 7 подається в реактор 8 окисного крекінгу, що представляє собою безнасадочную колону, що має у верхній частині сепаратор 8 '. Повітря нагнітається компресором 13 через сопла в нижню частину реактора 8. Окисний крекінг проводять без каталізатора при 200 ° С і 6 МПа. Так як відношення циркулирующее сировина: свіже сировину вище 100: 1, температура в реакторі підвищується за рахунок тепла реакції не більше ніж на 10 ° С.

Продукти реакції з реактора 5 надходять в сепаратор. 8 '. Несконденсировавшиеся газ з сепаратора 8 'проходить котел-утилізатор 9 і після зниження тиску надходить в скрубер 10, зрошуваний оцтовою кислотою для вилучення продуктів реакції. Відходить газ з скруббера- 10 спалюється в печі 11 (температура 400 ° С), а гарячі топкові гази використовуються для нагріву в теплообміннику 12 відпрацьованого газу і для приводу повітряного компресора 13 (за рахунок енергії, одержуваної при розширенні відпрацьованого газу).

Рідкі продукти реакції з сепаратора 8 ', інжектіруемие повітрям, що подається в реактор 8, частково повертаються в цикл. Основний потік продуктів реакції охолоджується в теплообміннику 7 і після дроселювання поступає в сепаратор 14 для відділення розчинених газів.

Сира оцтова кислота по виході з сепаратора 14 змішується з оцтовою кислотою з скрубера 10 і надходить у колону азеотропной перегонки 15. Зверху з колони 15 відводиться азео-тропного суміш вгору-бутилацетата - вода спільно з летючими продуктами, що надходить після конденсації у відстійники 16 і 17 . Непрореагіровавшій втор-бутилацетат і летючі продукти з відстійника 17 повертаються в реактор 8, а водна фаза в колону 15. Вихідна знизу з колони 15 оцтова кислота відганяється в випарнику 18 від присутніх в невеликій кількості висококиплячих домішок і надходить для видалення мурашиної кислоти в колону ректифікації 19. Мурашина кислота по можливості використовується або спалюється в печі 11.

Остаточна очищення оцтової кислоти проводиться в ректифікаційної колоні 21, кубовий залишок якій повертають у випарник 18. Частина оцтової кислоти з колони 19 без остаточного очищення направляють в скрубер 10 для промивання реакційних газів і в реактор 1 для зв'язування н-бутен у втор-бутилацетат.

Товарна оцтова кислота містить 99,7% основного продукту і дуже мало домішок (0,01% мурашиної кислоти, 0,0003% ацетальдегіду 0,0001% заліза і сірки). На 1 т товарної оцтової кислоти витрачається 1,260 т бутан-бутеновой фракції з вмістом 84,4% н-бутен. Вихід оцтової кислоти за прохід становить 44% від пропущених н-бутен.

Окисленням н-бутепов в останні роки в промисловості стали отримувати малеїновий ангідрид, який раніше виходив виключно окисленням бензолу. Малеїновий ангідрид широко використовується у виробництві полімерів, фармацевтичних препаратів, присадок, сільськогосподарських хімікатів і т. Д.

Окислення здійснюють у газовій фазі на твердому ванадій-фосфоровмісних каталізаторі, промотувати, добавками міді, літію та ін.

Вихід малеїнового ангідриду становить 55% (мол.).

1.3.4 Виробництво оцтової кислоти окисленням парафінів С4-С8в кислоти

Одним з промислових методів синтезу низькомолекулярних монокарбонових кислот з переважним виходом оцтової кислоти є метод жидкофазного окислення індивідуальних вуглеводнів С4-С8ілі їх технічних сумішей під тиском. Вперше промислове окислення н-бутану в розчині оцтової кислоти здійснено в США фірмою Celanese.

Окислення проводиться в реакторі з нержавіючої сталі О2воздуха в присутності солей кобальту або марганцю. Основний продукт реакції - оцтова кислота, побічні продукти - мурашина і пропіонова кислоти, метиловий і етиловий спирти, метілетіленкетон, етилацетат, ацетон. На 1 тону оцтової кислоти витрачається 752-875 кг бутану, причому оцтова кислота становить 80-90% від усіх кисневмісних продуктів реакції.

Очевидно, що при використанні бензинових фракцій продукти окислення будуть представлені ще більш широкою гамою речовин.

Повне розділення продуктів окислення бензинових фракцій являє собою складну задачу через наявність ряду бінарних і потрійних азеотроп. Однак переважна більшість нейтральних кисневмісних продуктів утворите водою азеотроли, киплячі ніжеТкіпнаіболее низкокипящей мурашиної кислоти. Тому відділення цієї частини оксідата від водного розчину кислот реалізується порівняно легко. Нейтральні кислородсодержащие продукти повертаються на повторне окислення і перетворюються на низькомолекулярні кислоти. За цим принципом в Англії в 1961 р був реалізований процес отримання оцтової кислоти жидкофазного окисленням бензинової фракції С5-С8 (малюнок 1.4.).

Окислення проводиться в реакторі 1 з нержавіючої сталі в інтервалі температур 160-190 ° С і при тиску 4,8 МПа без каталізатора або в присутності солей кобальту, міді, магнію, ванадію. Повітря подається в нижню частину реактора в такій кількості, щоб вміст кисню в отдувочном газі складало не більше 4% (об.). Пари продуктів реакції і не прореагували вуглеводні надходять спільно з відпрацьованим повітрям в конденсаційну систему 2-4, пристосовану для утилізації теплоти. Звідси рідкий конденсат повертається в зону реакції. Відпрацьоване повітря надходить в турбодетандер 5, де охолоджується до - 60 ° С. Отриманий холод використовують на установці. Оксідат з реактора надходить в колону ректифікації 7, в якій відокремлюються нейтральні кислородсодержащие продукти, які повертаються на доокисление в реактор 1. На колоні 8 відбувається відділення води і кислот С1-С4, а важкий кубовий залишок, пройшовши блок виділення янтарної кислоти 9, надходить на повторне окислення. Вода від кислот відганяється за допомогою азеотропной перегонки (блок 10). Товарні мурашина, оцтова і пропіоновля кислоти виділяються із застосуванням азеотропной і звичайною ректифікації (блоки 11-13). Сумарний вихід кислот С1-С3і янтарної кислоти в розрахунку па перетворений бензин знаходиться на рівні 100-110%, причому вихід оцтової кислоти становить 60-75% від товарної продукції і залежить від технології проведення процесу і використовуваного для окислення сировини.

1 - реактор окислення; 2 - котел-утилізатор, 3 - водяний холодильник конденсатор; 4-повітряний холодильник-конденсатор; 5 турбодетандер; 6 - сепаратори; 7-колона відгону легких продуктів; 8 - колона відділення водно-кислотної фракції; 9 - блок виділення янтарної кислоти; 10-ректифікації блок осушки; 11 - 13 - ректифікаційні блоки виділення мурашиної, оцтової та пропіонової кислот; I - фракція вуглеводнів С5-С8; II- повітря; III - вода; IV - вторинний пар; V - відпрацьоване повітря на спалювання; VI - поворотний конденсат; VII - поворотний кубовий продукт; VIII - бурштинова кислота; IX-мурашина кислота; X - оцтова кислота; XI - пропіонова кислота.

Малюнок 1.4. Схема окислення бензину в рідкій фазі в кислоти С1-С3

1.3.5 Виробництво оцтової кислоти з метанолу та оксиду вуглецю

Виробництво оцтової кислоти жидкофазного карбонілюванням метанолу здійснюється при 250 ° С і 63,7 МПа у присутності як каталізатора карбонила і йодиду кобальту:

CH3OH + CO > CH3COOH

Побічними продуктами є пропіонова кислота і більше висококиплячі продукти, а також оксид і діоксид вуглецю. На 1 т оцтової кислоти витрачається 0,6 т метанолу та 620 м3оксіда вуглецю. Одночасно виходить 20 кг пропіонової кислоти і 20 кг висококиплячих продуктів.

Синтез оцтової кислоти з метанолу вперше був розроблений і здійснений в промисловому масштабі фірмою ВАSF.

1 - колона синтезу; 2 - сепаратор високого тиску; 3 - сепаратор низького тиску; 4, 5 і 6-ректифікаційні колони;

I - метанол + каталізатор; II - окис вуглецю; II - продукти синтезу; IV - відпрацьований газ; V - розчин каталізатора; VI - метанол; VII - кислота-сирець; VIII - товарна оцтова кислота; IX - кубовий залишок на спалювання.

Малюнок 1.5 Технологічна схема синтезу оцтової кислоти карбонілюванням метанолу

На рисунку 5 наведена технологічна схема синтезу оцтової кислоти з метанолу, освоєна у промисловому масштабі фірмою ВАSF в Людвігс-хафене. Процес проводять із застосуванням каталітичної системи кобальт + йод. Розчин каталізатора в метанолі надходить в верх колони синтезу 1, а знизу подається окис вуглецю.

Синтез здійснюється при 250 ° С і 70-75 МПа. Реакційна суміш з колони синтезу надходить спочатку в сепаратор високого тиску 2, а потім - у сепаратор низького тиску 3. непрореагировавшего окис вуглецю з сепаратора 3 знову повертається в процес. Рідкі продукти далі відокремлюються на колоні 4 від каталізатора і подаються на колону ректифікації 5. Розчин каталізатора повертається в колону синтезу. З верху колони 5 відбирається непрореагіровавшій метанол, а кислота-сирець подасться в колону б, де виділяється товарна оцтова кислота. Кубовий залишок колони 6 періодично відводиться на спалювання.

Вихід оцтової кислоти становить 90% у розрахунку на метанол

2. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

2.1 Хімізм процесу

Синтез оцтової кислоти з метанолу вперше був розроблений і здійснений в промисловому масштабі фірмою ВАSF. Передбачається, що при синтезі кислот зі спиртів спочатку відбувається розщеплення зв'язку вуглець - кисень з утворенням галогеналкіл:

RСН2ОН + НХ > RСН2Х + Н2О

Галогеналкіл далі взаємодіє з гпдрокарбоннлом металу з утворенням алкілкарбонілов, ацілкарбоннлов і кислот

RCН2Х + НМе (СО) 4RCН2Ме (СО) 4 + НХ

RCН2Ме (СО) 4 > RCН2СОМе (СО) 3 + СО (СО) > RCН2СОМе (СО) 4

RCН2СОМе (СО) 3,4 + Н2О > RCН2СООН + НМе (СО) 3,4

Гідрокарбон металу виходить з рівняння:

Ме2 (СО) 8 + СО + Н2О > 2НМе (СО) 4 + СО2

Мабуть, промотірующес вплив галогеноводородних кислот пояснюється утворенням в їх присутності галогензамещенних гідрокарбоннлов металу

НХ + Ме (СО) 4НМе (СО) 2Х + 2СО

які володіють більшою кислотністю п каталітичної активністю в порівнянні з незаміщеними гідрокарбоніламн.

Реакцію карбонилирования спиртів можуть каталізувати як кислі (фосфорна та сірчана кислоти, суміш трехфтористого бору з водою), так і лужні (алкоголяти лужних металів) агенти.

Однак найбільш ефективними каталізаторами є сполуки нікелю, кобальту, заліза, родію, рутенію і паладію. Ці елементи вводяться в реакційну зону у вигляді карбонилов, галогенідів або комплексних солей.

В якості промоторів використовуються йод, йодистий метил, іодістоводородной кислота.

Особливо ефективні каталізатори на основі родію, промотованого йодом. У їхній присутності синтез оцтової кислоти з метанолу успішно протікає при порівняно низьких тисках (3 МПа і нижче), причому досягається практично кількісний вихід оцтової кислоти (~ 99%). Каталізатор може бути використаний багаторазово.

2.2 Опис технологічної схеми

Процес отримання оцтової кислоти включає наступні основні стадії: синтез оцтової кислоти; уловлювання легких фракцій; очистку оцтової кислоти; приготування і регенерацію каталізатора. Схема потоків стадій синтезу і відгону легких фракцій наведена на малюнку 2.2.

1 - оксид вуглецю; 2 - метанол; 3 - дистилят, 4 - кубові залишки; 5, 7, 9 - отдувочние гази; 6, 8, 10 - рідка фаза;

РТ1 - реактор; АТ1, АТ2 - підігрівачі; АТ3 - холодильник конденсатор; С1, С2, СЗ - сепаратори; КЛ1 - колона відгону легких фракцій

Рисунок 2.1 Схема потоків стадія синтезу оцтової кислоти

У реактор синтезу барботажного типу РТ1, забезпечений пристроєм,, насосом зі збірки подають метанол, який попередньо нагрівають водяною парою від 40 до 140-180 ° С в підігрівачі АТ1. Оксид вуглецю надходить в реактор через барботаж кільце, в результаті чого утворюється дисперсна фаза, що сприяє швидкому розчиненню газу в реакційній суміші. Час перебування речовин в реакційній зоні (0,25-0,30 год) регулюють рівнем рідини в реакторі (75-80% від його місткості), а повноту процесу синтезу при тиску 2,8 МПа і температурі 185 ° С - ретельним перемішуванням всіх потоків, що надходять в реактор, за допомогою мішалки.

Реакційна рідина (оцтова кислота і розчин каталізатора з промотором) з реактора РТ1 надходить в сепаратор С2, де за рахунок зниження тиску до 62 кПа відбувається часткове випаровування рідини і зниження температури до 116 ° С. Тут же відбувається відділення пари від рідини. Рідину, що містить каталізатор, з нижньої частини сепаратора С2 повертають в реактор РТ1, а пари, що виходять з верхньої частини сепаратора, надходять у колонку відгону легких фракцій КЛ1. Ці пари містять оцтову кислоту, метилйодид, иодоводорода, воду і незначні кількості метанолу, метилацетату, Несконденсировавшиеся газів.

З верхньої частини колони КЛ1 відбирають метилйодид з парами води і оцтової кислоти, конденсируют в холодильнику-конденсаторі і розділяють в сепараторі СЗ на дві фази: важку і легку. Важку фазу, яка містить в основному метилйодид, повертають в реактор РТ1; частина легкої фази використовують як флегми для зрошення колони КЛ1, а частина повертають в реактор синтезу.

З куба колони КЛ1 виводять важку фазу, що складається з метилйодиду і оцтової кислоти; цей потік самопливом надходить в сепаратор С2 і таким чином иодоводорода і родій повертають у цикл.

Сиру оцтову кислоту відбирають із середньої частини колони легких фракцій КЛ1 і направляють на стадію очищення.

З верхньої частини реактора синтезу РТ1 виводять отдувочние гази, що містять пари метилйодиду, оцтової кислоти і води. Після охолодження в холодильнику-конденсаторі АТЗ газову фазу відокремлюють від рідкої в сепараторі С1, після чого рідина повертають в реактор синтезу, а газ направляють на очищення.

2.3 Техніко-технологічні розрахунки

2.3.1 Матеріальний баланс реактора і стадії синтезу оцтової кислоти

Вихідні дані:

річна продуктивність агрегату в розрахунку на 100% -ю. оцтову кислоту 120000 т; річний фонд робочого часу 8450 год; складу матеріальних потоків:

технічний оксид вуглецю - потік 1 (т,%): Н2- 1; N2- 2,0; СО - 97,0;

метанол - потік 2 (ф,%): СН3ОН - 99,9; Н2О -0,1;

дистилят колони відгону легких фракцій - потік 3 (w,%): СН3I -48,9; СН3СООН - 22,4; СН3СООСН3- 4,0; Н2О - 24,7;

кубові залишки колони відгону легких фракцій - потік 4 (w,%); СН3СООН - 90,3; С2Н5СООН -0,1; Н2О - 7,7; НI - 1,9;

отдувочние гази реактора - потік 5 (?,%): Н2- 5,2; N2- 4,2; СО -30,1; СО2- 2,7; СН3I - 26,0; СН3СООН - 11,2; СН3СООСН3- 1,1; Н2О - 19,5;

рідка фаза з реактора - потік 6 (w,%): СН3I - 9,7; СНзСООН - 70,0; СН3СООСН3- 0,9; С2Н5СООН - 0,1; Н2О- 16,3; HI - 3,0;

отдувочние гази сепаратора СI - потік 7 (?,%): Н2- 12,0; N2 -9,7; СО -68,8; СО2- 4,9; СН3I - 4,1; СН3СООН -0,1; СН3СООСН3-0,1; Н2О 0,3;

кількість пропіонової кислоти, що утворюється в процесі, 1 кг на 1 т оцтової кислоти;

надлишок оксиду вуглецю від стехіометричного витрати 16,4%.

Послідовність розрахунку:

а) розраховують витрату сировини і кількість продуктів по реакціях одержання оцтової кислоти і побічних продуктів;

б) визначають склад матеріальних потоків 1 - 4 і склад реакційної маси;

в) розраховують склад отдувочних газів реактора синтезу, газової і рідкої фаз сепаратора C1;

г) визначають склад рідкої фази з реактора, газової і рідкої фаз сепаратора C2;

д) складають матеріальний баланс реактора і стадії синтезу оцтової кислоти.

Годинна продуктивність реактора по 100% -й оцтової кислоти:

120000 * 1000/8450 = 14201,2 кг / год або 236,687 кмоль / год

У відповідності з вихідними даними утворюється пропіонової кислоти:

1 * 14,2 = 14,2 кг / год або 0,192 кмоль / год

По реакціях

СН3ВІН + СО = СН3СООН, (1)

СН3ВІН + 2СО + 2Н2 = С2Н5СООН + Н20 (2)

витрачається:

метанолу: 236,687 + 0,192 = 236,879 кмоль / год або 7580,1 кг / год;

оксиду вуглецю: 236,687+ 0,192 * 2 = 237,071 кмоль / год або 6638,0 кг / год;

водню: 0,192 * 2 = 0,384 кмоль / год або 0,8 кг / год;

утворюється водяної пари 0,192 кмоль / год або 3,5 кг / год.

По реакції

СО + Н2О = СО2 + Н2 (3)

витрачається 1,85% від загальної витрати оксиду вуглецю, що становить:

237,071 * 1,85 / (100,00 - 1,85) = 4,468 кмоль / год або 125,1 кг / год.

Витрачається водяної пари: 4,468 кмоль / год або 80,4 кг / год;

утворюється

діоксиду вуглецю: 4,468 кмоль / год або 196,6 кг / год;

водню: 4,468 кмоль / год або 8,9 кг / год.

Всього витрачається по реакціях (1) - (3)

оксиду вуглецю: 237,071 + 4,468 = 241,539 кмоль / год або 6763,1 кг / год;

водяної пари: 4,468-0,192 = 4,276 кмоль / год або 77,0 кг / год;

утворюється водню: 4,468-0,384 = 4,084 кмоль / год або 8,2 кг / год.

Фактично подають сировини:

технічного метанолу: 7580,1 * 100,0 / 99,9 = 7587,7 кг / год, у тому числі води:

7587,7-7580,1 = 7,6 кг / год;

оксиду вуглецю:

241,539 * (100 + 16,4) / 100 = 281,151 кмоль / год або 7872,2 кг / год,

де 16,4 - надлишок оксиду вуглецю від стехіометричного витрати,%.

Розраховують склад технічного оксиду вуглецю (потік 1):

H2N2CO Сума

?i (xi),% 1,0 2,0 97,0 100,0

n?, кмоль / год 2,898 5,797 281,151 289,846

М, кг / кмоль 28 лютого 28 -

m?, кг / год 5,796 162,316 7872,2 8040,312

Залишається оксиду вуглецю в реакційній масі:

281,151-241,539 = 39,612 кмоль / год або 1109,1 кг / год.

Витрачається:

дистиляту колони відгону легких фракцій:

14201,2 * 1,8 = = 25562,2 кг / год;

кубових залишків

14201,2 * 0,0665 = 944, 4 кг / год;

де 1,8 і 0,0665 - масові відносини подаються на синтез продуктів очищення оцтової кислоти і 100% -і оцтової кислоти.

Визначають витрата і склад потоків 3 і 4.

Наявність метилацетату в дистилляте колони відгону легких фракцій пояснюється тим, що, хоча на стадії синтезу він практично не утворюється, на наступних стадіях внаслідок протікання реакцій

СН3ВІН + СН3СООН = СН3СООСН3 + Н2О (4)

СН3СООСН3 + HI = СН3СООН + СН3I (5)

метилацетат накопичується в системі, так як реакція 5 протікає повільніше реакції 4.

Розраховують склад дистиляту (потік 3):

CH3I CH3COOH CH3COOCH3H2O Сума

wi,% 48,09 22,4 4,0 24,7 100,0

m?, кг / год 12499,9 5725,9 1022,5 6313,9 25562,2

Розраховують склад кубових залишків (потік 4):

CH3COOH C2H5C00H H2O HI Сума

wi,% 90,3 0,1 7,7 1,9 100,0

m?, кг / год 852,8 0,9 72,7 17,9 944,4

Складу реакційної маси Таблиця 4

 m?, кг / год

 H 2 5,796 + 8,2 = 13,996

 N 2 162,316

 CO 1109,1

 CO 2 196,6

 CH 3 I 12499,9

 CH 3 COOH 14201,2 + 5725,9 + 852,8 = 20779,9

 CH 3 COOCH 3 1022,5

 C 2 H 5 COOH 0,9 + 14,2 = 15,1

 H 2 O 7,6 + 6313,9 + 72,7-77,0 = 6317,2

 HI 17,9

 Сума 42134,512

Молярний потік отдувочних газів реактора синтезу:

39,612 * 89,0 / 30,1 = 117,125 кмоль / год,

Где39,612 - кількість оксиду вуглецю в реакційній масі, кмоль / год; 89,0 - ступінь отдувкн оксиду вуглецю,%; 30,1-об'ємна частка оксиду вуглецю в отдувочних газах%.

Склад отдувочних газів реактора (потік 5) Таблиця 5

 ?i,% n?, кмоль / год Мi, кг / кмоль m?, кг / год

 H 2 5,2 6,091 2 12,2

 N 2 4,2 4,919 28 137,7

 CO 30,1 35,255 28 987,1

 CO 2 2,7 3,162 44 139,1

 CH 3 I 26,0 30,453 142 4324,3

 CH 3 COOH 11,2 13,118 60 787,1

 CH 3 COOCH 3 1,1 1,288 74 95,3

 H 2 O 19,5 22,839 18 411,1

 Сума 100,0 117,125 - 6893,9

Визначають молярний потік отдувочних газів з сепаратора С1:

35,255 * 98,5 / 68,8 = 50,474 кмоль / год,

де 98,5 - ступінь отдувки оксиду вуглецю,%;

68,8 - об'ємна частка оксиду вуглецю в отдувочних газах з сепаратора С1,%.

Склад отдувочних газів сепаратора С1 (потік 7) Таблиця 6

 ?i,% n?, кмоль / год m?, кг / год

 H 2 12,0 6,057 12,1

 N 2 9,7 4,896 137,1

 CO 68,8 34,726 972,3

 CO 2 4,9 2,473 108,8

 CH 3 I 4,1 2,069 293,8

 CH 3 COOH 0,1 0,050 3,0

 CH 3 COOCH 3 0,1 0,050 3,7

 H 2 O 0,3 0,151 2,7

 Сума 100,0 50,474 1533,5

Враховуючи склади потоків 5 і 7, розраховують склад рідкої фази сепаратора С1 (потік 10), m?, кг / год:

H2- 0,1; N2- 0,6; СО - 14,8; С02- 30,3; СН3I -4030,5; CH3COOH - 784,1; СН3СООСН3-91,6; Н2О - 408,4; що в сумі складає 5360,4 кг / год.

У реактор подають:

7587,7 кг / год метанолу (потік 2), 8040,312 кг / год технічного оксиду вуглецю (потік 1), 25562,2 кг / год дистиляту (потік 3). Всього надходить в реактор 41190,212 кг / год.

Йде з сепаратора С1: 1533,5 кг / год отдувочного газу (потік 7), 41190,212-1533,5 = 39656,712 кг / год рідкої фази.

Час перебування речовин в реакторі складає 15- 18 хв, отже, кількість рідкої фази, відібраної з реактора з метою забезпечення максимального ступеня конверсії метанолу (з розчиненими в ній газами), становить:

39656,712 * 60/18 = 132189,04 кг / год.

Враховуючи кількість газів в реакційній масі і в отдувочних газах сепаратора С1 (потік 7), розраховують кількість газів, розчинених в рідкій фазі, m?, кг / год:

Н2- 1,896; N2-25,216; СО-136,8; СО2- 87,8; що в сумі становить - 251,712 кг / год

Відбирають з реактора рідкої фази:

132189,04 - 251,712 = 131937,328 кг / год

Розраховують склад рідкої фази з реактора (потік 6) Таблиця 7

 CH 3 I

 CH 3 COOH

 CH 3 C00CH3

 C 2 H 5 COOH

 H 2 0 HI Сума

 wi,% 9,7 70,0 0,9 0,1 16,3 3,0 100,0

 m?, кг / год 12797,9 92356,1 1187,4 131,9 21505,8 3958,1 131937,328

У сепаратор С2 подають також кубові залишки (потік 4) у кількості 944,4 кг / год. Рідку фазу з реактора дросселирующего і розділяють в сепараторі С2. У отдувочние гази на виході з сепаратора переходить 251,712 кг / год всіх розчинених газів, 17,9 кг / год иодоводорода з кубових залишків (див. Склад потоку 4), 15,1 кг / год прошюповой кислоти (див. Склад реакційної маси), що в сумі становить 284,712 кг / год.

Враховуючи склад реакційної маси і отдувочних газів сепаратора С1 (потік 7), розраховують кількість інших компонентів отдувочних газів (потік 9), m?, кг / год:

Н2-1,896; N2- 25,216; СО - 136,8; СО2- 87,8; СН3I - 12206,1;

СH3СООН - 20776,9; СН3СООСН3- 1018,8; С2Н5СООН - 15,1; Н20 - 6314,5; HI - 17,9; що в сумі становить 40601,012 кг / год.

Враховуючи склади потоків 4, 6 і 9, розраховують склад рідкої фази сепаратора С2 (потік 8) кг / год:

CH3I - 591,8; СН3СООН - 72432,0; СН3СООСН3- 168,6; С2Н5СООН - 117,7; Н2О - 15264,0; НI - 3958,1; що в сумі складає 92532,2 кг / год.

Матеріальний баланс реактора Таблиця 8

 Входить кг / год кг / с% Виходить кг / год кг / с%

 Метанол Отдувочние гази:

 CH 3 OH 7587,7 99,9

 H 2 12,2 0,19

 H 2 O 7,6 0,1

 N 2 137,7 2,12

 Разом ... 7595,3 2,110 100,0 CO 987,1 15,23

 Техн.оксід вуглецю

 CO 2 139,1 2,15

 CO 7872,2 97,91

 CH 3 I 4324,3 66,70

 H 2 5,796 0,07

 CH 3 COOH 787,1 12,14

 N 2 162,316 2,02

 CH 3 COOCH 3 95,3 1,47

 Разом ... 8040,312 2,233 100,0

 H 2 O 411,1 Див. *

 Дистилят: Разом ... 6893,9 1,915 100,00

 CH 3 I 12499,9 48,9 Рідка фаза:

 CH 3 COOH 5725,9 22,4

 H 2 1,896 -

 CH 3 COOCH 3 1022,5 4,0

 N 2 25,216 0,02

 H 2 O 613,9 24,7 CO 136,8 0,10

 Разом ... 25562,2 7,101 100,0

 CO 2 87,8 0,07

 Ж.ф. з сепаратора С1:

 CH 3 I 12797,9 9,68

 N 2 0,6 -

 CH 3 COOH 92356,1 69,87

 CO 14,8 0,28

 CH 3 COOCH 3 1187,4 0,90

 CO 2 30,3 0,57

 C 2 H 5 COOH 131,9 0,10

 CH 3 I 4030,5 75,19

 H 2 O 21505,8 16,27

 CH 3 COOH 784,1 14,63 HI 3958,1 2,99

 CH 3 COOCH 3 91,6 1,71 Разом ... 132189,04 34,721 100,00

 H 2 O 408,4 7,62

 Разом ... 5360,4 1,489 100,00

 Ж.ф. з сепаратора С2:

 CH 3 I 591,8 0,64

 CH 3 COOH 72432,0 78,28

 CH 3 COOCH 3 168,6 0,18

 C 2 H 5 COOH 117,7 0,13

 H 2 O 15264,0 16,49

 HI 3958,1 4,28

 Разом ... 92532,2 25,703 100,00

 Всього ... 139090,412 36,636 - Всього ... 139090,412 36,636

Матеріальний баланс стадії синтезу Таблиця 9

 Входить кг / год Виходить кг / год

 Метанол: Отдувочние гази з сепаратора С1:

 CH 3 OH 7587,7

 H 2 12,1

 H 2 O 7,6

 N 2 137,1

 Разом ... 7595,3 CO 972,3

 Технічний оксид вуглецю:

 CO 2 108,8

 CO 7872,2

 CH 3 I 293,8

 H 2 5,796

 CH 3 COOH 3,0

 N 2 162,316

 CH 3 COOCH 3 3,7

 Разом ... 8040,312

 H 2 O 2,7

 Дистилят: Разом ... 1533,5

 CH 3 I 12499,9 Отдувочние гази з сепаратора С2:

 CH 3 COOH 5725,9

 H 2 1,896

 CH 3 COOCH 3 1022,5

 N 2 25,216

 H 2 O 613,9 CO 136,8

 Разом ... 25562,2

 CO 2 87,8

 Кубові залишки: HI 17,9

 CH 3 COOH 852,8

 CH 3 I 12206,1

 C 2 H 5 COOH 0,9

 CH 3 COOH 20776,9

 H 2 O 72,7

 CH 3 COOCH 3 1018,8

 HI 17,9

 C 2 H 5 COOH 15,1

 Разом ... 944,4

 H 2 O 6314,5

 Всього ... 42134,512 Разом ... 40601,012

 Всього ... 42134,512

Розрахунок основних видаткових коефіцієнтів

Витратні коефіцієнти:

по метанолу технічного: 7595,3 / 14201,2 = 0,535 кг / кг

по оксиду вуглецю: 8040,312 / 14201,2 = 0,566 кг / кг

ВИСНОВОК

В роботі розроблена технологія виробництва оцтової кислоти з метанолу та оксиду вуглецю. Проведено огляд типового і сучасного технологічного обладнання, який був підібраний за стандартами, проведені перевірочні, точні розрахунки. Розрахований та складено матеріальний баланс реактора і стадії синтезу оцтової кислоти.
Нетрадиційні засоби і методи попередження захворювань при фізичних навантаженнях
Курсова робота на тему: «Нетрадиційні засоби і методи попередження захворювань при фізичних навантаженнях» Науковий керівник: доцент, кандидат біологічних наук Зміст Введення ... .. ... ... Глава I. Опис методів, можливість їх застосування в практиці оздоровлення ... ... ... 1.1 Аутогенне тренування

Неспецифічний виразковий коліт
Історія хвороби Хворий: ПІБ, 48 років 2010 Паспортна частина 1. ПІБ: 2. Вік - 48 років 3. Стать - чоловіча 4. Постійне місце проживання - м Соснівка Вятско-полянського району Кіровської області 5. Професія, посада: Судновий столяр 6. Ким направлений - Сосновська ЦРЛ 7. Дата і час надходження

Всеволод-Дмитро Юрійович
(1154-1212) Син Юрія Долгорукого, який носив прізвисько Велике Гніздо (тобто батько численного сімейства). У 1162 р вигнаний Андрієм Боголюбським із Суздальської землі разом зі старшими братами, він з матір'ю (мачухою Андрія) виїхав до Константинополь. У 1169 р ми бачимо його в величезної

Методика ізометричної гімнастики та осьового навантаження при переломах кісток гомілки
Зміст Введення Глава 1. Стан проблеми 1.1 Сучасні методи, використовувані у відновленні працездатності після переломів трубчастих кісток нижніх кінцівок 1.2 Характеристика функціонального стану організму після переломів трубчастих кісток нижніх кінцівок 1.3 Лікувальна фізична культура після

Приріст маси тіла при вагітності
Приріст маси тіла під час вагітності - дуже важливий показник її благополуччя або неблагополуччя. Не випадково при спостереженні вагітної в жіночій консультації регулярне зважування є невід'ємною частиною лікарського прийому. Приріст маси відображає темпи росту плода, формування плаценти,

Імунодефіцитні стани
Імунодефіцитні стани. У людини виявлені численні імунодефіцитні стани. Їх класифікація наведена в таблиці. У людей, які страждають імунодефіцитом, відзначається висока частота утворення злоякісних пухлин і аутоантитіл (останнє може супроводжуватися аутоімунними захворюваннями). Це обумовлено

Дизентерія і сальмонеллез
ГАОУ ВПО "Північно-Східний Федеральний Університет ім. М. К.Аммосова". Медичний інститут. Кафедра дитячих хвороб і дитячої хірургії. Курс інфекційних хвороб дитячого віку. РЕФЕРАТ на тему: Дизентерія і сальмонеллез Виконав: студент VI курсу гр.ПФ-603/1 Апросимов М.Н. Перевірив: к.м.н.,

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати