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:
| приход | расход | |||
| кг/ч | кмоль/ч | кг/ч | кмоль/ч | |
C3
CH2
(СН3
СН3
О2
N2
Н2
|
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 |
| Σ1
=30324,96 |
Σ2
= 30324,75 |
|||
Молярные массы веществ:
Mr(C3
H6
)=12*3+1*6=42 кг/кмоль
Mr(CH2
СНСОН)=12*3=1*4+16=56 кг/кмоль
Mr((CH3
)2
СО)=12*3+1*6+16=58кг/кмоль
Mr(CH3
СН2
СОН)=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:
CH2
СНСОН – 80 % моль Mr(CH2
СНСОН) = 56 кг/моль
(CH3
)2
СО – 15 % моль Mr((CH3
)2
СО) = 58 кг/моль
CH3
СН2
СОН – 5 % моль Mr(CH3
СН2
СОН) = 58 кг/моль
Найдем массовый процентный состав
w
мас
(CH2
СНСОН) = 4480/5640 * 100% = 79,43 %
w
мас
((CH3
)2
СО) = 870/5640 * 100% = 15,43 %
w
мас
(С2
Н5
СОН) = 290/5640 * 100% = 5,14 %
Состав 3333,33 реакционной смеси
CH2
СНСОН – 79,43 % масс m1
(CH2
СНСОН) = 2647,66 кг/ч
CH3
СН2
СОН – 15,43 % масс m2
(CH3
СН2
СОН) = 514,33 кг/ч
С2
Н5
СОН – 5,14 % масс m3
(С2
Н5
СОН) = 171,33 кг/ч
ν(CH2
СНСОН) = 2647,66/56 = 47,28 кмоль/ч
ν(CH3
СН2
СОН) = 514,33/58 = 8,87 кмоль/ч
ν(С2
Н5
СОН) = 171,33/58 = 2,95 кмоль/ч
1 реакция
ν1
(C3
Н6
) = ν(CH2
СНСОН) = 47,28 кмоль/ч
ν1
(O2
) = ν1
(C3
Н6
) = 47,28 кмоль/ч
ν1
(H2
O) = ν1
(C3
Н6
) = 47,28 кмоль/ч
m(H2
O) = 4747,28 * 18 = 851,04 кг/ч
2 реакция
ν2
(C3
Н6
) = ν(CH3
СН2
СОН) = 8,87 кмоль/ч
ν2
(O2
) = 1/2 ν2
(C3
Н6
) = 4,44 кмоль/ч
3 реакция
ν3
(C3
Н6
) = ν(С2
Н5
СОН) = 2,95 кмоль/ч
ν3
(O2
) = 1/2 ν(С2
Н5
СОН) = 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
(C3
Н6
) = 59,1 кмоль/ч m0
(C3
Н6
) = 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
(C3
Н6
) – (100-1)%
m (C3
Н6
) – 100 %
m (C3
Н6
) = 2482,2 * 100/99 = 2507,27кг/ч
ν(C3
Н6
) = m/Mr = 2507,27/42 59,7 кмоль/ч
Потери пропилена
m (C3
Н6
) = 2507,27 – 2482,2 = 25,07 кг/ч
ν(C3
Н6
) = 25,07/43 = 0,6 кмоль/ч
Концентрация кислорода в смеси C3
Н6
+О2
+N2
= 4.8 %
V(O2
) = ν0
(O2
)/22.4 = 1191.56 м3
/ч
1191.56 – 4.8 %
V(C3
Н6
) – х %
V(C3
Н6
) = ν(C3
Н6
) * 22.4 = 1337,28 м3
/ч
х = 1337,28 * 4.8/1191.56 = 5,38 %
Концентрация C3
Н6
в смеси C3
Н6
+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 С3
Н6
:
sт
С3Н6
= Mr(C3
H6
) / Mr(CH2
CНСОН) = 42 / 56 = 0,75 кг/кг;
по О2
:
sт
О2
= Mr(О2
) / Mr(CH2
CНСОН) = 32 / 56 = 0,57 кг/кг.
4. Фактические расходные коэффициенты:
по С3
Н6
:
sф
С3Н6
= m(C3
H6
) / m(CH2
CНСОН) = 2507,4 / 2647,66 = 0,95 кг/кг;
по О2
:
sф
О2
= m(О2техн
) /m(CH2
CНСОН) = 1702,24+26115,32 / 2647,66 = 0,065 кг/кг.
Выход на поданное сырье:
1) Фактический выход CH2
CНСОН:
QФ
= m(CH2
CНСОН) = 2647,66кг;
2) Теоретический выход CH2
CНСОН:
Mr(С3
Н6
) ¾Mr(CH2
CНСОН), 42 ¾ 56,
m(С3
Н6
) ¾QТ
; 2507,4 ¾QТ
;
QТ
= (2507,4 * 56) / 42 = 3343,2 кг;
Выход CH2
CНСОН по пропилену:
bС3Н6
= QФ
/ QТ
* 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.