Курсовая работа: 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

-Технологическая схема производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха

-Условия задачи

-Материальный баланс процесса

-Технологические и технико-экономические показатели процесса

Реклама

Список литературы

Теоретическая часть

Уксусная кислота СН₃ СООН — 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 – CH₃ COOOH+HCOOH+H₂ O+CO₂

Воздух:

кислород – 23 %

азот – 77 %

Материальный баланс процесса:

СН₃ СОН; Н₂ О; О₂ ; N₂ СН₃ СОН; Н₂ О; СН₃ СООН; НСООН

СО₂ ; О₂ ; N₂

Mr(C₂ H₄ О)=12*2+1*4+16=44 кг/кмоль

Mr(СН₃ СООН)=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(Н₂ О)=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 = (СН₃ СООН) 1708.33 * 92/1001571.66 кг/ч

w(СН₃ СООН) = m(СН₃ СООН)/Mr(СН₃ СООН) = 26.19 кмоль/ч

ацетальдегид:

m_непр (СН₃ СОН) = 1708.33*7/100 = 119.58 кг/ч

w_непр (СН₃ СОН) = m(СН₃ СОН)/ Mr(СН₃ СОН) = 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 СН₃ СОН которое было в исходной смеси:

w_о (СН₃ СОН) = w_непр (СН₃ СОН) + w(СН₃ СООН) + w(НСООН) = 29.28 кмоль/ч

m_о (СН₃ СОН) = w_о (СН₃ СОН) * Mr(СН₃ СОН) = 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 (СН₃ СООН),

где w₁ (СН₃ СООН) – количество уксусной кислоты образовавшейся в 1 реакции

w₁ (СН₃ СООН) = w(СН₃ СООН) – w₂ (СН₃ СООН),

где w₂ (СН₃ СООН) – ко личество уксусной кислоты образовавшейся во 2 реакции

w₂ (СН₃ СООН) = 2 w(НСООН) = 0.74 кмоль/ч

w₁ (СН₃ СООН) = 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 СН₃ СОН, с учетом потерь 2 %

w_всего (СН₃ СОН) = w_о (СН₃ СОН)/0.98 = 29.28/0.98 = 29.88 кмоль/ч

w_всего (СН₃ СОН) = w_всего (СН₃ СОН) * Mr(СН₃ СОН) =

= 29.88 * 44 = 1314.72 кг/ч

m_потери (СН₃ СОН) = w_всего (СН₃ СОН) - w_о (СН₃ СОН) =

=1314.72 – 1288.32 = 26.4 кг/ч

10. Общая масса технологического ацетальдегида:

m_(т.а) = w_всего (СН₃ СОН)/98 *100 = 1341.55 кг/ч

масса воды в тех – м ацетальдегиде:

m_о (Н₂ О) = m_(т.а) - m_всего (СН₃ СОН) = 1341.55 – 1314.72 = 26.83 кг/ч

w(Н₂ О) = m_о (Н₂ О)/Mr(Н₂ О) = 26.83/18 = 1.49 кмоль/ч

11. К- во воды образовавшейся в результате реакции:

по реакции 2 смеси

w₁ (Н₂ О) = w(НСООН) = 0.37 кмоль/ч

общее количество воды в реакции смеси:

w_всего = w(Н₂ О) + w₁ (Н₂ О) = 1.49 + 0.37 = 1.86 кмоль/ч

m(Н₂ О) = w_всего (Н₂ О)/ Mr(Н₂ О) = 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 показателипроцесса

1. Пропускная способность установки: 4037.9 кг/ч

2. Конверсия или степень превращения по ацетальдегиду =

=M(СН₃ СОН) подано – M(СН₃ СОН) не прореагировало / M(СН₃ СОН) подано = 0.889

3. Выход на поданное сырье СН₃ СОН:

1) Фактический выход:

Q_Ф = m(СН₃ СОН) = 1571.66 кг;

2) Теоретический выход:

Mr(СН₃ СОН) ¾Mr(СН₃ СООН), 44 ¾ 60,

m(СН₃ СОН) ¾Q_Т ; 1314.72 ¾Q_Т ;

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

Выход СН₃ СООНпо ацетальднгиду

b_СН3СОН = Q_Ф / Q_Т * 100%= 1571.66/1792.8 * 100% = 87.67 %

4. Теоретический выход на превращенный СН₃ СОН

Mr(СН₃ СОН) ¾Mr(СН₃ СООН), 44 ¾ 60,

m_под (СН₃ СОН)- m_ост (СН₃ СОН) ¾Q_Т ; 1168.74 ¾Q_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 СН₃ СОН:

s^т = Mr(СН₃ СОН) / Mr(СН₃ СООН) = 44 / 60 = 0,73 кг/кг;

по О₂ :

s^т _О2 := Mr(О₂ ) / Mr(СН₃ СООН) = 0.5*32/ 60 = 0.27 кг/кг.

6. Фактические расходные коэффициенты:

по СН₃ СОН:

s^ф _СН3СОН = m_техн (СН₃ СОН) / m(СН₃ СООН)=1341.55/1571.66=0.85 кг/кг;

s^ф _О2 = m_техн (О₂ ) / m(СН₃ СООН) =(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.