Сучасний стан виробництва формальдегіду. Технологія його виробництва на окисних каталізаторах. Механізм, хімізм та термодінамікка процесів окислювального дегідрування. Норми технологічного режиму. Матеріальні розрахунки стадій виробництва формальдегіду.
Аннотация к работе
ВВЕДЕННЯ формальдегід дегідрування окислювальний Серед багатьох сотень тисяч органічних сполук формальдегіду, безперечно, належить особлива роль. Поряд з метаном, метанолом, циановоднем і мурашиною кислотою формальдегід ставиться до числа найбільш простих, можна сказати елементарних органічних сполук. Так, зареєстроване утворення формальдегіду при фотохімічному окислюванні метану або метанолу при атмосферному тиску й під час відсутності каталізатора. [1] При взаємодії формальдегіду з такими розповсюдженими реагентами, як аміак, кисень, хлор, пероксид водню й водень виходять досить фундаментальні для органічного синтезу продукти - уротропін, карбамід, мурашина й надмурашина кислоти, метанол, фосген і т.д. Майже всі ці реакції також протікають спонтанно, при низьких температурах, або вимагають самих примітивних каталізаторів, наприклад солей або кислот. Розвитку виробництва формаліну сприяли розробка й початок промислового випуску фенольно-формальдегідних смол Смітом у 1906 р. і Бакеландом у 1909р. у США, Петровим, Тарасовим і Лосєвим - у Росії у 1912р. і подальше збільшення їхнього виробництва й асортиментів; розробка й промисловий випуск карбаміду (сечовини) і меламіну й синтез із їхнім застосуванням великих асортиментів карбамідно-формальдегідних смол; розробка й промисловий випуск изопренового каучуку з ізобутілену й формальдегіду. Розрізняють процеси, у яких формальдегід використовується у вигляді мономера (сомономера) і у вигляді сировини для наступного синтезу того або іншого мономера. Серед мономерів, синтезованих на основі формальдегіду, крім ізопрену, виділяються багатоатомні спирти й 1,4-бутандіол, 4,4-дифенілметандиізоцианат, алкилпиридиний т.д. Високий вихід нестійких продуктів неповного окиснення парафінів при газофазному процесі окиснення досягається головним чином завдяки проведенню реакції при недоліку кисню й малому часі контакту, що становить 0,5 - 1,5 с. Крім того, відіграють роль вибір температури й тиску, швидке «загартовування» продуктів водою, розведення реакційних газів водяною парою, застосування гомогенних ініціаторів (НNO3, NO2) і в деяких випадках - гетерогенних каталізаторів [1]. У трубчастий реактор подається свіжий метан [1] і повітря у співвідношенні 3,7:1 і додатково розбавляється суміш десятикратним обсягом циркулюючого газу. При 400 - 600 °С з окисами азоту як ініціатор, вихід формальдегіду становить близько 35% за прореагувавшим метаном, але загальним недоліком окиснення метану є значні витрати на рециркуляцію неперетвореного газу, а також великий обсяг апаратури й трубопроводів [1]. Кількість кисню в газовій суміші, що надходить на окиснення, становить 4 - 6 объємн. %. Найчастіше працюють при 0,9 МПа, іноді при 2 МПа, але не вище, тому що стиск газу повязан з додатковими енергетичними витратами [1]. Так, н-бутан при 450 - 500 °С лише в невеликому ступені піддається власно окисненню, а головним чином дегідрується: Ця реакція окисного дегідрування парафінів, що обмежує вибір температури окиснення, представляє, однак, самостійний інтерес як метод синтезу олефинів і диєнів. Залишковий газ містить неперетворений парафін, N2 і нижчі вуглеводні (метан, этан, этилен), що утворилися в результаті крекінгу. Нагріта до 180 0С спиртоповітряна суміш, яка має у своєму складі 6-7% метанолу, поступає у верхню частину реактора, (температура всередині трубок із каталізатором складає 360-380 0С, а у міжтрубном просторі 250-290 0С). Із нижньої частини абсорбера виводиться 37% формалін [3]. 1.1.3 Виробництво формальдегіду на срібному каталізаторі Технологічний процес заснований на каталітичній взаємодії метанолу з киснем повітря в парогазовій фазі на гетерогенному срібному каталізаторі проводиться під тиском не більше 0,06 МПа при температурі від 650 до 750 °С із максимально можливою конверсією метанолу. Безперервність потоку здійснюється нагнітанням повітря в спиртовипарювач повітродувкою. Склад робочої суміші залежить від декількох факторів: - температури повітря; - концентрації вступника в спиртовипарювач метанольно-водної суміші; - температури метанольно-водної суміші в спиртовипарювачі; - висоти барботажного шару; - лінійної швидкості повітря; - тиску в спиртовипарювачі. При сталості перерахованих параметрів регулювання складу робочої суміші виробляється шляхом зміни температури метанольно-водної суміші в спиртовипарювачі, тобто зміною температури теплоносія (циркуляційного конденсату), поданого в теплообмінник спиртовипарювача, або співвідношення повітря : метанол. Швидке охолодження продуктів реакції здійснюється у підконтактному холодильнику, на трубній дошці якого поміщений контактний апарат. При заглибленному вивченні хімізма реакцій, протікаючих на каталізаторі по окислювально-дегідрруючому механізму утворення формальдегіду із метанолу, за проведення реакціїокиснення відповідальність несе кисень, адсорбований на срібло у формі Ag(O-)адс., за реакцію дегідрування - зв язаний атомарний двухзарядний Ag(O2-)адс., а слабо зв я-заний молекулярний кисень у формі Ag(O-2)адс., забезпечує реа