Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха

Министерство Образования и Науки РФ

Казанский Государственный Технологический Университет

Кафедра Общей Химической Технологии

Курсовая работа

на тему:

Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха

Казань 2010

Содержание:

Теоретическая часть

v Технологическая схема производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха

v Условия задачи

v Материальный баланс процесса

v Технологические и технико-экономические показатели процесса

Реклама

Список литературы

Теоретическая часть

Уксусная кислота СН₃СООН — бесцветная жидкость со специфическим резким запахом (т. кип. 118,1 °С; плотность 1,05 г/см³). Смешивается во всех отношениях с водой, эфиром, хорошо растворяет серу, фосфор, галоидоводороды. Безводная уксусная кислота (так называемая ледяная уксусная кислот; т. затв. 16,6°С) является хорошим растворителем многих органических веществ. Уксусная кислота — весьма стабильное соединение: пары ее не разлагаются при нагревании до 400° С (и даже несколько выше); теплота сгорания 3490 ккал/кг.

Пары уксусной кислоты действуют раздражающе па слизистые оболочки, особенно на слизистые оболочки глаз. Концентрированная уксусная кислота вызывает ожоги.

На рисунке 1 показана технологическая схема производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида. Раствор катализатора, приготовленный в аппарате 1 путем растворения ацетата марганца, в уксусной кислоте, вместе с охлажденным ацетальдегидом подают в нижнюю часть окислительной колонны 4. Кислород вводят в 3-4 нижние царги колонны. Для разбавления паро-газовой смеси (чтобы не допустить накопления надуксусной кислоты) в верхнюю часть колонны непрерывно подают азот. В процессе окисления в нижней части колонны поддерживают температуру 60° С и избыточное давление 3,8—4,0 ат, в верхней— соответственно 75° С и 2,8-3,0 ат. Тщательное регулирование температуры имеет очень большое значение, так как уменьшение ее ниже 60—70° С приводит к накоплению надуксусной кислоты, а повышение — к усилению побочных реакций, в частности реакции полного окисления ацетальдегпда.

Паро-газовая смесь из окислительной колонны поступает в конденсатор 5, где при 20—30° С конденсируются пары уксусной кислоты и воды; конденсат, в котором растворена большая часть непрореагировавшего ацетальдегпда, после отделения от газов в сепараторе 6 возвращается в нижнюю часть окислительной колонны. Газы после отмывки в скруббере 7 от остатков альдегида и кислоты выводят в атмосферу.

Уксусная кислота (сырец), непрерывно отбираемая из расширенной части окислительной колонны 4, поступает в ректификационную колонну 8, в которой из сырца отгоняются низкокипящне соединения. Освобожденная от низкокипящих примесей уксусная кислота непрерывно поступает в кипятильник 13 ректификационной колонны 14, где при 125° С уксусная кислота испаряется, отделяясь от катализатора, паральдегида, кротоновой кислоты и продуктов осмоления. Пары уксусной кислоты конденсируются в дефлегматоре 15, откуда часть кислоты возвращается на орошение колонны 14, некоторое количество направляется в аппарат 1 для приготовления катализаторного раствора, а большая часть поступает для очистки от примесей в реактор 16. Здесь уксусную кислоту обрабатывают перманганатом калия для окисления содержащихся в ней примесей.

Для отделения образовавшегося ацетата марганца кислоту вновь испаряют при 120 — 125° С в испарителе 17, откуда пары ее поступают в насадочную колонну 18. Очищенная кислота (ректификат) является товарным продуктом.

Рисунок 1. Схема производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида: 1 — аппарат для приготовления раствора катализатора; 2—промежуточный бак; 3— хранилище ацетальдегида; 4 — окислительная колонна; 5, 11 — конденсаторы; 6 - сепараторы; 7 – скруббер; 14 —тарельчатые ректификационные колонны; 9, 13 — кипятильники; 10, 15, 19 —дефлегматоры; 12 — сборник кислоты; 16 - реактор; 17— испаритель; 18 -насадочная ректификационная колонна.

Условия задачи:

1.  Составить и описать технологическую схему производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха.

2.  Составить материальный баланс процесса.

3.  Рассчитать технологические и технико-экономические показатели.

4.  Реклама

В основу расчета принять следующие реакции:

CH3-CHO+0.5O2 – CH3COOH

3CH₃-CHO+3O₂ – CH₃COOOH+HCOOH+H₂O+CO₂

Исходные данные:

Количество реакционной смеси т/сут 41 Состав реакционной смеси ( без учета воды ) % масс 1.  уксусная кислота 2.  ацетальдегид 3.  муравьиная кислота 92 7 1 Состав технического ацетальдегида % масс: 1.  ацетальдегид 2.  вода 98 2 Избыток воздуха по сравнению со стехиометрией 1.4 Потери ацетальдегида (% масс) от массы технического ацетальдегида 2

Воздух:

кислород – 23 %

азот – 77 %

Материальный баланс процесса:

СН₃СОН; Н₂О; О₂; N₂ СН₃СОН; Н₂О; СН₃СООН; НСООН

СО₂; О₂; N₂

 

 

	Приход		Расход
	кг/час	кмоль/час	кг/час	кмоль/час
H2O	26.83	1.49	33.48	1.86
СН3СОН	1314.72	28.88	119.58+26.4потери	2.72
СН3СООН	0	0	1571.66	26.19
НСООН	0	0	17.08	0.37
CО2	0	0	16.28	0.37
О2	620.16	19.38	177.28	5.54
N2	2076.19	74.15	2076ю19	74.15
	å1=4037.9		å2=4037.95

Mr(C₂H₄О)=12*2+1*4+16=44 кг/кмоль

Mr(СН₃СООН)=12*2+1*4+16*2=60 кг/кмоль

Mr(НСООН)=12*1+1*2+16*2=46 кг/кмоль

Mr(О₂)=16*2=32 кг/кмоль

Mr(Н₂О)=1*2=16 кг/кмоль

Mr(СО₂)12+16*2=44 кг/кмоль

Mr(N₂)=14*2=28 кг/кмоль

1. Производительность установки по реакционной смеси:

m_смеси= = 41т/сут = 41*1000/24 = 1708.33 кг/ч

2. Состав реакционной смеси:

уксусная кислота: 1708.33 – 100 %

х – 92 %

х = (СН₃СООН) 1708.33 * 92/1001571.66 кг/ч

w(СН₃СООН) = m(СН₃СООН)/Mr(СН₃СООН) = 26.19 кмоль/ч

ацетальдегид:

 

m_непр(СН₃СОН) = 1708.33*7/100 = 119.58 кг/ч

w_непр (СН₃СОН) = m(СН₃СОН)/ Mr(СН₃СОН) = 2.72 кмоль/ч

муравьиная кислота:

 

m(НСООН) = 1708.33*1/100 = 17.08 кг/ч

w(НСООН) = m(НСООН)/ Mr(НСООН) = 0.37 кмоль/ч

3. Найдем количество СН₃СОН которое было в исходной смеси:

w_о (СН₃СОН) = w_непр (СН₃СОН) + w(СН₃СООН) + w(НСООН) = 29.28 кмоль/ч

m_о(СН₃СОН) = w_о (СН₃СОН) * Mr(СН₃СОН) = 1288.32 кг/ч

4. Найдем количество кислорода вступившего в реакцию:

w_о(О₂)= w₁(О₂) + w₂(О₂)

по ур – ю первой реакции: w₁(О₂) = 1/2 w₁(СН₃СООН),

где w₁(СН₃СООН) – количество уксусной кислоты образовавшейся в 1 реакции

w₁(СН₃СООН) = w(СН₃СООН) – w₂(СН₃СООН),

где w₂(СН₃СООН) – ко личество уксусной кислоты образовавшейся во 2 реакции

 

 w₂(СН₃СООН) = 2 w(НСООН) = 0.74 кмоль/ч

 w₁(СН₃СООН) = 26.19 – 0.74 = 25.45 кмоль/ч

 w₁(О₂) = 1/2 * 25.45 = 12.73 кмоль/ч

по ур – ю второй реакции: w₂(О₂) = 3 * w(НСООН) = 3*0.37=1.11 кмоль/ч

w_о(О₂)= w₁(О₂) + w₂(О₂) = 12.73 + 1.11 = 13.84 кмоль/ч

5. Найдем общее количество О₂ , вступившего в реакцию с учетом избытка 1.4:

w_всего(О₂)= w_о(О₂) * 1.4 = 13.84 * 1.4 = 19.38 кмоль/ч

w_всего(О₂) * Mr(О₂) = w_всего(О₂) * Mr(О₂) = 19.38 * 32 = 620.16 кг/ч

6. остаток кислорода после реакции:

w_ост(О₂) = w_всего(О₂) – w_прор(О₂) = 19.38 – 13.84 = 5.54 кмоль /ч

m_ост(О₂) = w_ост(О₂) * Mr(О₂) = 177.28 кг/ч

7. Найдем общую массу воздуха, которая была в исходной смеси:

m_возд = m_всего(О₂)/23 * 100 = 620.16/23 * 100 = 2696.35 кг/ч

8. Масса азота:

m(N₂) = m_возд - m_всего(О₂) = 2696.35 – 620.16 = 2076.19 кг/ч

w(N₂) = m(N₂)/ Mr(N₂) = 74.15 кмоль/ч

9. Найдем общее количество СН₃СОН, с учетом потерь 2 %

w_всего(СН₃СОН) = w_о(СН₃СОН)/0.98 = 29.28/0.98 = 29.88 кмоль/ч

w_всего(СН₃СОН) = w_всего(СН₃СОН) * Mr(СН₃СОН) =

= 29.88 * 44 = 1314.72 кг/ч

m_потери(СН₃СОН) = w_всего(СН₃СОН) - w_о(СН₃СОН) =

=1314.72 – 1288.32 = 26.4 кг/ч

10. Общая масса технологического ацетальдегида:

m_(т.а) = w_всего(СН₃СОН)/98 *100 = 1341.55 кг/ч

масса воды в тех – м ацетальдегиде:

m_о(Н₂О) = m_(т.а) - m_всего(СН₃СОН) = 1341.55 – 1314.72 = 26.83 кг/ч

w(Н₂О) = m_о(Н₂О)/Mr(Н₂О) = 26.83/18 = 1.49 кмоль/ч

11. К- во воды образовавшейся в результате реакции:

по реакции 2 смеси

w₁(Н₂О) = w(НСООН) = 0.37 кмоль/ч

общее количество воды в реакции смеси:

w_всего = w(Н₂О) + w₁(Н₂О) = 1.49 + 0.37 = 1.86 кмоль/ч

m(Н₂О) = w_всего(Н₂О)/ Mr(Н₂О) = 33.48 кг/ч

12. Количество СО₂ полученного во второй реакции:

w(СО₂) = w(НСООН) = 0.37 кмоль/ч

m(СО₂) = w(СО₂) * Mr(СО₂) = 0.37 * 44 = 16.28 кг/ч

 

Технологические и технико-экономические показатели процесса

1.  Пропускная способность установки: 4037.9 кг/ч

2.  Конверсия или степень превращения по ацетальдегиду =

=M(СН₃СОН) подано – M(СН₃СОН) не прореагировало / M(СН₃СОН) подано = 0.889

3. Выход на поданное сырье СН₃СОН:

1)  Фактический выход:

Q_Ф = m(СН₃СОН) = 1571.66 кг;

2)  Теоретический выход:

Mr(СН₃СОН) ¾ Mr(СН₃СООН), 44 ¾ 60,

m(СН₃СОН) ¾ Q_Т; 1314.72 ¾ Q_Т ;

Q_Т = (1314.72 * 60) / 44 = 1792.8 кг;

Выход СН₃СООНпо ацетальднгиду

b _СН3СОН = Q_Ф / Q_Т * 100%= 1571.66/1792.8 * 100% = 87.67 %

4. Теоретический выход на превращенный СН₃СОН

Mr(СН₃СОН) ¾ Mr(СН₃СООН), 44 ¾ 60,

m_под(СН₃СОН)- m_ост(СН₃СОН) ¾ Q_Т; 1168.74 ¾ Q_Т ;

Q_Т = (1168.74 * 60) / 44 = 1593.74 кг;

b' _СН3СОН = Q_Ф / Q_Т * 100%= 1571.66/1593.74 * 100% = 98.62 %

5. Теоретические расходные коэффициенты:

по СН₃СОН:

s^т= Mr(СН₃СОН) / Mr(СН₃СООН) = 44 / 60 = 0,73 кг/кг;

по О₂:

s^т_О2:= Mr(О₂) / Mr(СН₃СООН) = 0.5*32/ 60 = 0.27 кг/кг.

6. Фактические расходные коэффициенты:

по СН₃СОН:

s^ф_СН3СОН = m_техн(СН₃СОН) / m(СН₃СООН)=1341.55/1571.66=0.85 кг/кг;

s^ф _О2 = m_техн(О₂) / m(СН₃СООН) =(620.16+2076.19)/1571.66 = 1.72 кг/кг.

Реклама

Для засолки и консервирования.

Экономным хозяйкам и химическим предприятиям!

Доставка бесплатно!

Оптовикам скидки!

Обращаться по адресу: г. Казань, ул. Гладилова ОАО «Казанский уксусный завод».

тел. 234-56-78

Список литературы

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2-е, пер. М., «Химия», 1975, 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, 2009, 300 с.