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

    Технологическая схема производства акролеина

    Материальный баланс сложной параллельной необратимой реакции

    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:

    конденсация формальдегида с ацетальдегидом

HCOH + CH>3>—CHO → CH>2>=CH—CHO

    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;

    — 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:

приход

расход

кг/ч

кмоль/ч

кг/ч

кмоль/ч

C>3>H>6>

CH>2>CНСОН

(СН>3>)>2>СО

СН>3>СН>2>СНО

О>2>

N>2>

Н>2>О

2507,4

-

-

-

1702,24

26115,32

-

59,7

-

-

-

53,195

932,69

-

25,07

2647,66

514,33

171,33

-

26115,32

851,04

0,6

47,28

8,87

2,95

-

932,69

47,28

Σ>1>=30324,96

Σ>2> = 30324,75

Молярные массы веществ:

Mr(C>3>H>6>)=12*3+1*6=42 кг/кмоль

Mr(CH>2>СНСОН)=12*3=1*4+16=56 кг/кмоль

Mr((CH>3>)>2>СО)=12*3+1*6+16=58кг/кмоль

Mr(CH>3>СН>2>СОН)=12*3+1*6+16 = 58кг/кмоль

Mr(О>2>)=16*2 = 32 кг/кмоль

Mr(N>2>) = 14*2 = 28 кг/кмоль

m(смеси) = 80 *100/24= 3333,33 кг/ч

Состав безводной реакционной смеси:

CH>2>СНСОН – 80 % моль Mr(CH>2>СНСОН) = 56 кг/моль

(CH>3>)>2>СО – 15 % моль Mr((CH>3>)>2>СО) = 58 кг/моль

CH>3>СН>2>СОН – 5 % моль Mr(CH>3>СН>2>СОН) = 58 кг/моль

Найдем массовый процентный состав

w>мас> (CH>2>СНСОН) = 4480/5640 * 100% = 79,43 %

w>мас>((CH>3>)>2>СО) = 870/5640 * 100% = 15,43 %

w>мас> (С>2>Н>5>СОН) = 290/5640 * 100% = 5,14 %

Состав 3333,33 реакционной смеси

CH>2>СНСОН – 79,43 % масс m>1>(CH>2>СНСОН) = 2647,66 кг/ч

CH>3>СН>2>СОН – 15,43 % масс m>2> (CH>3>СН>2>СОН) = 514,33 кг/ч

С>2>Н>5>СОН – 5,14 % масс m>3>(С>2>Н>5>СОН) = 171,33 кг/ч

ν(CH>2>СНСОН) = 2647,66/56 = 47,28 кмоль/ч

ν(CH>3>СН>2>СОН) = 514,33/58 = 8,87 кмоль/ч

ν(С>2>Н>5>СОН) = 171,33/58 = 2,95 кмоль/ч

1 реакция

ν>1>(C>3>Н>6>) = ν(CH>2>СНСОН) = 47,28 кмоль/ч

ν>1>(O>2>) = ν>1>(C>3>Н>6>) = 47,28 кмоль/ч

ν>1>(H>2>O) = ν>1>(C>3>Н>6>) = 47,28 кмоль/ч

m(H>2>O) = 4747,28 * 18 = 851,04 кг/ч

2 реакция

ν>2>(C>3>Н>6>) = ν(CH>3>СН>2>СОН) = 8,87 кмоль/ч

ν>2>(O>2>) = 1/2 ν>2>(C>3>Н>6>) = 4,44 кмоль/ч

3 реакция

ν>3>(C>3>Н>6>) = ν(С>2>Н>5>СОН) = 2,95 кмоль/ч

ν>3>(O>2>) = 1/2 ν(С>2>Н>5>СОН) = 1,475 кмоль/ч

Общее количество затраченного кислорода

ν>0>(O>2>) = ν>1>+ν>2>+ν>3> = 53,195 кмоль/ч

m>0> (O>2>) =53,1995* 32 = 1702,24 кг/ч

Общее количество прореагировавшего пропилена

ν>0>(C>3>Н>6>) = 59,1 кмоль/ч m>0> (C>3>Н>6>) = 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

m>0> (C>3>Н>6>) – (100-1)%

m (C>3>Н>6>) – 100 %

m (C>3>Н>6>) = 2482,2 * 100/99 = 2507,27кг/ч

ν(C>3>Н>6>) = m/Mr = 2507,27/42 59,7 кмоль/ч

Потери пропилена

m (C>3>Н>6>) = 2507,27 – 2482,2 = 25,07 кг/ч

ν(C>3>Н>6>) = 25,07/43 = 0,6 кмоль/ч

Концентрация кислорода в смеси C>3>Н>6>+О>2>+N>2> = 4.8 %

V(O>2>) = ν>0>(O>2>)/22.4 = 1191.56 м3/ч

1191.56 – 4.8 %

V(C>3>Н>6>) – х %

V(C>3>Н>6>) = ν (C>3>Н>6>) * 22.4 = 1337,28 м3/ч

х = 1337,28 * 4.8/1191.56 = 5,38 %

Концентрация C>3>Н>6 >в смеси C>3>Н>6>+О>2>+N>2> = 5,38 %

отсюда концентрация N>2 >= 100 – 5,38 – 4,8 = 89,82 %

Объем азота в смеси всего:

191,56 – 4,8 %

х – 89,82 %

х = V>1>( N>2>) = 1191,56 * 89,82/4,8 = 22297,06 м3/ч

w>1>( N>2>) = V>1>( N>2>)/22,4 = 995,4 кмоль/ч

Количество азота который поступает с техническим кислородом:

V(O>2>) – 95 %

V>2>( N>2>) – 5 %

V>2>( N>2>) = 1191/56 * 5/95 = 62,71 м3/ч

ν>2>( N>2>) = V>2>( N>2>)/22,4 = 62,71 кмоль/ч

Всего технического азота:

ν( N>2>) = ν>1>( N>2>) - ν>2>( N>2>) = 932,69 кмоль/ч

m( N>2>) = 932,69 * 28= 26115,32 кг/ч

Технологические и технико-экономические показатели процесса

    Пропускная способность установки: 30324,96 кг/час.

    Конверсия или степень превращения пропилена: 100%.

    Теоретические расходные коэффициенты:

по С>3>Н>6>:

т>С3Н6 >= Mr(C>3>H>6>) / Mr(CH>2>CНСОН) = 42 / 56 = 0,75 кг/кг;

по О>2>:

т>О2 >= Mr(О>2>) / Mr(CH>2>CНСОН) = 32 / 56 = 0,57 кг/кг.

    Фактические расходные коэффициенты:

по С>3>Н>6>:

ф>С3Н6 >= m(C>3>H>6>) / m(CH>2>CНСОН) = 2507,4 / 2647,66 = 0,95 кг/кг;

по О>2>:

ф>О2 >= m(О>2техн>) /m(CH>2>CНСОН) = 1702,24+26115,32 / 2647,66 = 0,065 кг/кг.

Выход на поданное сырье:

      Фактический выход CH>2>CНСОН:

Q>Ф> = m (CH>2>CНСОН) = 2647,66 кг;

      Теоретический выход CH>2>CНСОН:

Mr(С>3>Н>6>)  Mr(CH>2>CНСОН), 42  56,

m(С>3>Н>6>)  Q>Т>; 2507,4  Q>Т >;

Q>Т> = (2507,4 * 56) / 42 = 3343,2 кг;

Выход CH>2>CНСОН по пропилену:

>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.