Технология производства акролеина

Министерство Образования и Науки РФ

Казанский Государственный Технологический Университет

Кафедра: "Общей химической технологии"

Курсовая работа

На тему: "Технология производства акролеина"

КАЗАНЬ

2008

ПЛАН

1. Технологическая схема производства акролеина

2. Материальный баланс сложной параллельной необратимой реакции

3. Технологические и технико-экономические показатели

Реклама

Список литературы

1. Технологическая схема производства акролеина

Из ненасыщенных алифатических альдегидов широкое применение в промышленности получил акролеин.

Физические свойства: акролеин - бесцветная жидкость с острым запахом. Температура кипения = С, а температура плавления = С. Плотность акролеина составляет 0,841 г/см. Акролеин частично растворим в воде. Так же он токсичен (пары его сильно раздражают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей), но опасность отравления им сравнительно невелика вследствие легкости его обнаружения.

Акролеин является сырьем для промышленного синтеза аллилового спирта, акрилонитрила и его производных. Значительное количество акролеина расходуется на производство метионина (аминокислота, добавка которой в корм домашней птицы ускоряет ее рост). Акролеин и его производные применяются в синтезе полиуретанов, полиэфиров, различных пластификаторов и химикатов для текстильной промышленности. Из способов получения акролеина практическое значение имеют два:

1) конденсация формальдегида с ацетальдегидом

HCOH + CH₃—CHO → CH₂=CH—CHO

2) прямое окисление пропилена.

Метод прямого окисления пропилена является более перспективным ввиду большей доступности и дешевизны сырья. Формально кинетическую схему этого процесса можно представить следующим образом:

Технологическая схема одностадийного окисления пропилена в реакторе с восходящим потоком катализатора представлена на рисунке 1. Реактор 2 изготовлен в виде трубы (высота 25 м, диаметр 0,75 м), соединенной непосредственно с дозатором 1, где находится катализатор — молибдат висмута на силикагеле. Температура в дозаторе около 420 °С, в реакторе 435 °С; давление 0,7—3 МПа. Температуру регулируют, охлаждая стенки реактора испаряющейся водой и подавая воду с паром в дозатор 1. Кислород подают в нижнюю часть реактора и дополнительно в несколько точек по его высоте. Пропилен вместе с рециркулирующим газом тоже поступает в нижнюю часть реактора 2 и проходит снизу вверх вместе с паром, кислородом и суспензированным катализатором. Реакционная смесь, поступающая в реактор, имеет следующий состав [в % (мол.)]: кислорода—7,5, пропилена — 21,5, водяного пара — 38; остальное — азот и незначительное количество оксидов углерода. Скорость движения смеси в реакторе составляет 6,1—7,6 м/с.

Парогазовый поток из реактора поступает в сепаратор 3 циклонного типа, куда подают воду для "закалки" продуктов реакции (их температура снижается до 290 °С). Катализатор в сепараторе 3 отделяют от продуктов реакции и в горячем состоянии возвращают в дозатор 1. Часть пара, образующегося за счет отвода выделяющегося тепла, по мере необходимости подают из паросборника 4 в сепаратор 3, а основное количество пара вводят в нижнюю часть дозатора 1. Газовый поток из сепаратора 3 после охлаждения в холодильнике (на схеме не показан) поступает в сепаратор 5, где отделяются сконденсировавшиеся вода и высококипящие продукты, а также катализатор, возвращаемый на окисление. Несконденсировавшиеся продукты реакции из сепаратора 5 после холодильника 6 поступают в газосепаратор 7, из которого парогазовый поток направляется в орошаемый водой абсорбер 8. Газ из абсорбера возвращают на окисление (часть его периодически сбрасывают в атмосферу во избежание накопления инертных примесей). Жидкие продукты из сепаратора 7 и раствор из абсорбера 8 смешивают и подают в отпарную колонну 9, с верха которой отбирают акролеин-сырец, направляемый на ректификацию, а снизу — воду, подаваемую в дозатор 1 или сбрасываемую из системы.

Выход акролеина составляет 71% в расчете на пропилен, при 50%-ной степени конверсии пропилена и 91%-ной степени конверсии кислорода.

При двухстадийном окислении пропилена выход акролеина составляет 69—70%; степень превращения пропилена — 95%.

Рисунок 1. Технологическая схема одностадийного окисления пропилена:

1 —дозатор;

2 — реактор;

3, 5 — сепараторы циклонного типа;

4— паросборник;

6 — холодильник;

7 — газосепаратор;

9 — абсорбер;

9 — отпарная колонна.

2. Материальный баланс сложной параллельной необратимой реакции

Задача:

Исходные данные:

1. Производительность установки 80 т/сутки.

2. Состав безводной реакционной смеси (% мольных):

Акролеин 80

Ацетон 15

Масляный альдегид 5

3. Молярное соотношение "" 5:1

4. Концентрация в смеси "" (% об) 4,8

5. Потери пропилена % масс. От производительности установки 1,0

6. Концентрация технического (% об.) 100

7. Концентрация технического (%об.) (примесь-азот) 95

8. Конверсия пропилена (%) 100

Решение:

Материальный баланс:

Молярные массы веществ:

Mr(C₃H₆)=12*3+1*6=42 кг/кмоль

Mr(CH₂СНСОН)=12*3=1*4+16=56 кг/кмоль

Mr((CH₃)₂СО)=12*3+1*6+16=58кг/кмоль

Mr(CH₃СН₂СОН)=12*3+1*6+16 = 58кг/кмоль

Mr(О₂)=16*2 = 32 кг/кмоль

Mr(N₂) = 14*2 = 28 кг/кмоль

m(смеси) = 80 *100/24= 3333,33 кг/ч

Составбезводнойреакционнойсмеси:

CH₂СНСОН – 80 % моль Mr(CH₂СНСОН) = 56 кг/моль

(CH₃)₂СО – 15 % моль Mr((CH₃)₂СО) = 58 кг/моль

CH₃СН₂СОН – 5 % моль Mr(CH₃СН₂СОН) = 58 кг/моль

Найдем массовый процентный состав

w_мас (CH₂СНСОН) = 4480/5640 * 100% = 79,43 %

w_мас((CH₃)₂СО) = 870/5640 * 100% = 15,43 %

w_мас (С₂Н₅СОН) = 290/5640 * 100% = 5,14 %

Состав 3333,33 реакционной смеси

CH₂СНСОН – 79,43 % масс m₁(CH₂СНСОН) = 2647,66 кг/ч

CH₃СН₂СОН – 15,43 % масс m₂ (CH₃СН₂СОН) = 514,33 кг/ч

С₂Н₅СОН – 5,14 % масс m₃(С₂Н₅СОН) = 171,33 кг/ч

ν(CH₂СНСОН) = 2647,66/56 = 47,28 кмоль/ч

ν(CH₃СН₂СОН) = 514,33/58 = 8,87 кмоль/ч

ν(С₂Н₅СОН) = 171,33/58 = 2,95 кмоль/ч

1 реакция

ν₁(C₃Н₆) = ν(CH₂СНСОН) = 47,28 кмоль/ч

ν₁(O₂) = ν₁(C₃Н₆) = 47,28 кмоль/ч

ν₁(H₂O) = ν₁(C₃Н₆) = 47,28 кмоль/ч

m(H₂O) = 4747,28 * 18 = 851,04 кг/ч

2 реакция

ν₂(C₃Н₆) = ν(CH₃СН₂СОН) = 8,87 кмоль/ч

ν₂(O₂) = 1/2 ν₂(C₃Н₆) = 4,44 кмоль/ч

3 реакция

ν₃(C₃Н₆) = ν(С₂Н₅СОН) = 2,95 кмоль/ч

ν₃(O₂) = 1/2 ν(С₂Н₅СОН) = 1,475 кмоль/ч

Общее количество затраченного кислорода

ν₀(O₂) = ν₁+ν₂+ν₃ = 53,195 кмоль/ч

m₀ (O₂) =53,1995* 32 = 1702,24 кг/ч

Общее количество прореагировавшего пропилена

ν₀(C₃Н₆) = 59,1 кмоль/ч m₀ (C₃Н₆) = 59,1*42 = 2482,2 кг/ч

Конверсия пропилена 100 % поэтому весь пропилен реагирует и его не остается. Количество пропилена с учетом потерь 1 % масс

m₀ (C₃Н₆) – (100-1)%

m (C₃Н₆) – 100 %

m (C₃Н₆) = 2482,2 * 100/99 = 2507,27кг/ч

ν(C₃Н₆) = m/Mr = 2507,27/42 59,7 кмоль/ч

Потери пропилена

m (C₃Н₆) = 2507,27 – 2482,2 = 25,07 кг/ч

ν(C₃Н₆) = 25,07/43 = 0,6 кмоль/ч

Концентрация кислорода в смеси C₃Н₆+О₂+N₂ = 4.8 %

V(O₂) = ν₀(O₂)/22.4 = 1191.56 м³/ч

1191.56 – 4.8 %

V(C₃Н₆) – х %

V(C₃Н₆) = ν(C₃Н₆) * 22.4 = 1337,28 м³/ч

х = 1337,28 * 4.8/1191.56 = 5,38 %

Концентрация C₃Н₆ в смеси C₃Н₆+О₂+N₂ = 5,38 %

отсюда концентрация N₂ = 100 – 5,38 – 4,8 = 89,82 %

Объем азота в смеси всего:

191,56 – 4,8 %

х – 89,82 %

х = V₁(N₂) = 1191,56 * 89,82/4,8 = 22297,06 м³/ч

w₁(N₂) = V₁(N₂)/22,4 = 995,4 кмоль/ч

Количество азота который поступает с техническим кислородом:

V(O₂) – 95 %

V₂(N₂) – 5 %

V₂(N₂) = 1191/56 * 5/95 = 62,71 м³/ч

ν₂(N₂) = V₂(N₂)/22,4 = 62,71 кмоль/ч

Всего технического азота:

ν(N₂) = ν₁(N₂) -ν₂(N₂) = 932,69 кмоль/ч

m(N₂) = 932,69 * 28= 26115,32 кг/ч

Технологические и технико-экономические показатели процесса

1. Пропускная способность установки: 30324,96 кг/час.

2. Конверсия или степень превращения пропилена: 100%.

3. Теоретические расходные коэффициенты:

по С₃Н₆:

s^т_С3Н6 = Mr(C₃H₆) / Mr(CH₂CНСОН) = 42 / 56 = 0,75 кг/кг;

по О₂:

s^т_О2 = Mr(О₂) / Mr(CH₂CНСОН) = 32 / 56 = 0,57 кг/кг.

4. Фактические расходные коэффициенты:

по С₃Н₆:

s^ф_С3Н6 = m(C₃H₆) / m(CH₂CНСОН) = 2507,4 / 2647,66 = 0,95 кг/кг;

по О₂:

s^ф_О2 = m(О_2техн) /m(CH₂CНСОН) = 1702,24+26115,32 / 2647,66 = 0,065 кг/кг.

Выход на поданное сырье:

1) Фактический выход CH₂CНСОН:

Q_Ф = m(CH₂CНСОН) = 2647,66кг;

2) Теоретический выход CH₂CНСОН:

Mr(С₃Н₆) ¾Mr(CH₂CНСОН), 42 ¾ 56,

m(С₃Н₆) ¾Q_Т; 2507,4 ¾Q_Т ;

Q_Т = (2507,4 * 56) / 42 = 3343,2 кг;

Выход CH₂CНСОН по пропилену:

b_С3Н6 = Q_Ф / Q_Т * 100%= 2647,66 / 3343,2 * 100% = 79 %

РЕКЛАМА

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2-е, пер. М., "Химия", 2005, 736 с.

2. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. М.: "Химия", 2008, 846 с.

3. Общая химическая технология /Под ред. А.Г.Амелина. М.: "Химия", 2007, 400 с.

4. Расчеты химико-технологических процессов /Под ред. И.П.Мухленова. Л.:Химия, 2006, 300 с.