Выбор метода производства готового продукта. Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и продукции. Способы получения уксусной кислоты из метанола. Уравнение реакции карбонилирования метанола. Катализаторы, носители, поглотители.
Аннотация к работе
Что касается товарной структуры потребления уксусной кислоты, то основными секторами промышленности, потребляющими данную продукцию в России, являются производства ацетатных растворителей, винилацетата, уксусного ангидрида, пищевого уксуса и уксусосодержащих пищевых продуктов. По другому методу уксусную кислоту получают при окислении н-бутана при температуре 200 0C и давлении 50 атм. в присутствии кобальтового катализатора: 2CH 3-CH 2-CH 2-CH3 5O2----t 4CH 3COOH 2H 2O (2) Восстановительное элиминирование иодангидрида уксусной кислоты регенерирует катализатор, а гидролиз иодангидрида дает уксусную кислоту. Уксусную кислоту получают карбонилированием метанола при температуре 185?С, давлении 2,8 МПА (28 кгс/см2) в присутствии катализатора процесса - комплексных соединений родия. В процессе синтеза уксусной кислоты выделяется 2325 КДЖ (541 ккал) тепла на 1 кг уксусной кислоты.основной аппарат представляет собой вертикальную целиндрическую колонну высотой 20 м, диаметром 3м, которая снабжена штуцером входа и выхода газа диаметром 650 мм, штуцером входа и ВЫХОДАМЭА раствора .Материал Колонна состоит из распределителя, перераспределителя, ограничителя, трех тарелок, насадка колонн - кольца из нержавеющей стали. Диаметр 1305 мм; длина 7945 мм; площадь теплообмена 543 м3; рабочая среда: раствор ДЭА, охлаждающая вода; трубное пространство: расчетное давление 6 кгс/см2, расчетная температура 600С, рабочее давление 4 кгс/см2, рабочая температура 400С; межтрубное пространство: расчетное давление 19 кгс/см2, расчетная температура 1050С, рабочее давление 14,5 кгс/см2, рабочая температура 750С; труба: диаметр 19мм, количество 935 штуки; Для стабилизации температуры регенерированного моноэтаноламина после холодильников используется комплект приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран - 202 типа хромель-копель (поз. Контролируется значение перепада давления в фильтрах с помощью комплекта приборов: измерительного преобразователя Сапфир 22 ДИ (поз. Контролируются значения температуры конвертируемого газа на входе в контактный адсорбер, температуры в контактном адсорбере, температуры паров регенерируемогомоноэтаноламинав шлемовой трубе отпарной колонныс помощью комплекта приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран-202 типа хромель-копель (поз.G(CO2) = 1929,98162*1,97 =1939,95162 кг/час - такое количество СО2 приходит на абсорбцию с раствором; G(CO2) = 7768,17603*1,97 = 15303,3068 кг/час - количество СО2, уходящее из адсорбера с раствором. Q3 - тепло, выделившееся в результате растворения газа в растворе, КДЖ/час; 2.2.1.2 С раствором МЭА при 400С тепла пришло, КДЖ/час Тепло, приходящее с раствором МЭА 30850466,76 Расход тепла с раствором МЭА 52773486,21В дипломном проекте выбрана схема получения уксусной кислоты из метанола: CH 3OH CO = CH 3COOH Эта реакция, имеющая большое промышленное значение, является прекрасным примером, иллюстрирующим успехи гомогенного катализа. Поскольку оба компонента реакции - СН ЗОН и СО - могут быть получены из угля, процесс карбонилирования должен стать более экономичным по мере роста цен на нефть.
План
Остаточное содержание СО2 в растворе МЭА при температуре 1200
Введение
Уксусная кислота - один из важнейших крупнотоннажных продуктов органического синтеза. Уксусная кислота широко используется во многих отраслях промышленности: химической, пищевой, лакокрасочной. Продукт используется в качестве сырья в производстве уксусного ангидрида, ацетилхлорида, монохлоруксусной кислоты, ацетатов многих красителей, инсектицидов, лекарственных средств (аспирин, фенацетин); в пищевой промышленности в изготовлении приправ, маринадов, консервов, в виде столового уксуса - 3-5%-ный водный раствор и уксусной эссенции - 80%-ный водный раствор; как растворитель лаков, коагулянт латекса, ацетилирующий агент в органическом синтезе. Соли уксусной кислоты (Fe, Al, Cr) применяются в качестве протравы при крашении.
В России синтетическую уксусную кислоту производят два предприятия: ОАО "Невинномысский Азот" и ОАО "Амзинский лесохимкомбинат".
Проектная мощность по производству синтетической уксусной кислоты на основе технологии карбонилирования метанола составляет 150 тыс. тонн в год. Строительство данного цеха именнов городе Невинномысске Ставропольского края обусловлено несколькими факторами: во-первых, край имеет запасы природного газа, являющегося исходным сырьем при получении уксусной кислоты. Данный фактор дает возможность исключить дорогостоящий экспорт природного газа в нашу страну. Во-вторых, вблизи от предприятия протекает река Кубань, которая обеспечивает предприятие водой. Также Ставропольский край относительно недалеко расположен от крупнейших портов Черного моря - Новороссийск, Таганрог, Туапсе, что позволяет производить экспорт уксусной кислоты в различные города.
Действующих мощностей явно недостаточно для удовлетворения растущих внутренних потребностей. Внутренняя емкость рынка возросла с 83 тыс.т в 2007 г. до 101 тыс.т в 2009 г. По оценке "Хим-Курьер", в первой декаде 2010 году внутренний рынок уксусной кислоты в России составлял 150 тыс. тонн. Часть спроса удовлетворяется за счет импортных поставок (в основном с Северодонецкого Азота). Таким образом, учитывая растущую потребность российского рынка уксусной кислоты, производство на уровне принятой в проекте мощности в количестве 150 тысяч тонн будет полностью востребовано.
Что касается товарной структуры потребления уксусной кислоты, то основными секторами промышленности, потребляющими данную продукцию в России, являются производства ацетатных растворителей, винилацетата, уксусного ангидрида, пищевого уксуса и уксусосодержащих пищевых продуктов.
1. Технологическая часть
1.1 Выбор метода производства (или выделения) готового продукта
Уксусная кислота - важнейший химический продукт, который широко используется в промышленности для получения сложных эфиров, мономеров
(винилацетат), в пищевой промышленности и т.д. Мировое производство ее достигает 5 млн. т в год. Получение уксусной кислоты до недавнего времени базировалось на нефтехимическом сырье. В Уокер-процессе этилен в мягких условиях окисляют кислородом воздуха до ацетальдегида в присутствии каталитической системы PDCL2 и CUCL2 . Далее ацетальдегид окисляется до уксусной кислоты: CH2=CH2 1/2 O2 ----CH3CHO 0,5О2 ----CH 3COOH (1)
По другому методу уксусную кислоту получают при окислении н-бутана при температуре 200 0C и давлении 50 атм. в присутствии кобальтового катализатора: 2CH 3-CH 2-CH 2-CH3 5O2 ---- t 4CH 3COOH 2H 2O (2)
Изящный Уокер-процесс - один из символов развития нефтехимии - постепенно замещается новыми методами, основанными на использовании угольного сырья.
Разработаны способы получения уксусной кислоты из метанола: CH 3OH CO = CH 3COOH(3)
Эта реакция, имеющая большое промышленное значение, является прекрасным примером, иллюстрирующим успехи гомогенного катализа. Поскольку оба компонента реакции - СН ЗОН и СО - могут быть получены из угля, процесс карбонилирования должен стать более экономичным по мере роста цен на нефть.
Существуют два промышленных процесса карбонилирования метанола. В более старом методе, разработанном на фирме BASF, использовали кобальтовый катализатор, условия реакции были жесткими: температура 250 0С и давление 500-700 атм. В другом процессе, освоенном фирмой "Monsanto", применяли родиевый катализатор, реакцию проводили при более низких температурах (150-200 0С) и давлении (1-40 атм.). Интересна история открытия этого процесса.
Ученые компании исследовали гидроформилирование с использованием родийфосфиновых катализаторов. Технический директор нефтехимического отдела предложил использовать этот же катализатор для карбонилирования метанола.
Результаты опытов оказались отрицательными, и это связали с трудностью образования связи металл-углерод. Однако, вспомнив лекцию консультанта компании о легком окислительном присоединении иодистого метила к металлокомплексам, исследователи решили добавить в реакционную смесь иодный промотор и получили блестящий результат, которому сперва не поверили.
Подобное открытие было сделано также учеными конкурирующей компании "Union Carbide", те отстали всего на несколько месяцев. Команда по разработке технологии карбонилирования метанола всего через 5 месяцев интенсивной работы создала промышленный процесс Монсанто, с помощью которого в 1970 году было получено 150 тыс. т уксусной кислоты. Этот процесс стал предвестником той области науки, которая получила название С1-химии.
Механизм карбонилирования был тщательно исследован. Иодистый метил, необходимый для осуществления реакции, получается, по уравнению
CH 3OH HI ---- CH 3I H 2O (4)
Каталитический цикл может быть представлен так: К плоскоквадратному комплексу [RHI 2(CO)2]- (I) окислительно присоединяется иодистый метил с образованием шестикоординационного комплекса II, затем в результате внедрения СО по связи метил-родий образуется ацетилродиевый комплекс (III). Восстановительное элиминирование иодангидрида уксусной кислоты регенерирует катализатор, а гидролиз иодангидрида дает уксусную кислоту.
Производство уксусной кислоты брожением (уксуснокислое брожение) этанолсожержащих жидкостей (вино, забродившие соки), под действием ферментов уксуснокислых бактерий: СН3 -СН2 -ОН О2---- СН3 -СООН Н2О(5)
Существует несколько способов очистки технолгических газов от диксида углерода: Очистка газа горячим раствором поташа.
В основе процесса лежит протекание обратимой реакции: К2СО3 СО2 Н2О = 2КНСО3(6)
Так как растворимость карбоната калия (поташа) в воде возрастает при повышении температуры, а очистку целесообразно вести более концентрированными растворами, то процесс абсорбции СО2 ведут при повышенных температурах.
Исследования показали, что скорость абсорбции горячим поташным раствором существенно возрастает при добавлении в раствор диэтаноламина (ДЭА). В практических условиях применяются водный раствор, содержащий 25-30 масс. % поташа и 1,5-2 масс. % ДЭА. Повышение концентрации раствора поташа более 25-30 % сопряжено с опасностью забивки трубопроводов и аппаратов установки солями, которые могут выпадать в осадок при нарушении технологического режима.
В отличие от этаноламинов растворимость СО2 в горячем растворе поташа - сильно зависит от парциального ДАВЛЕНИЯРСО2 и от температуры навески. Ниже приведены эти зависимости для раствора содержащего 25 % К2СО3 и 1,5 % ДЭА: РСО2, МПА …………… 0,01440,19250,5877
VCO2, м3\м3 раствора .. 20 40 50
При 120 0 С (для регенератора)
РСО2, МПА …………… 0,03550,0720,122
VCO2, м3\м3 раствора ..2025 30
Исходя из приведенных выше данных, АБСОРБЦИЮСО2 следует вести при повышенных давлениях, а регенерацию раствора - при давлении, близком к атмосферному и при температуре, на 30-40 0С выше, чем температура абсорбции.
В отличие от моноэтаноламиновой очистки при АБСОРБЦИИСО2горячим раствором поташа не удается достичь высокой степени извлечения диоксида углерода из газа. Так, при очистке конвертированного газа под давлением 2,8 МПА содержание СО2 в очищенном газе равно 0,1 %. Это является недостатком процесса. Достоинством поташной очистки является меньший расход тепла на десорбцию СО2 из раствора. Это объясняется, в частности, тем, что тепло раствора СО2 в горячем растворе поташа примерно в 2,5 раза ниже, чем в моноэтаноламиновом растворе, составляет 6,04*102 КДЖ\кг СО2.
Очистка газа растворами этаноламинов.
Основана на том, что водные растворы этаноламинов при обычных температурах обладает щелочными свойствами, образуя с диоксидом углерода карбонаты и бикорбанаты. При температурах выше 100 0 С они диссоциируют, выделяя диоксид углерода:
2RNH2 CO2 H2O ? (RNH3)2CO3 (7)
(RNH3)CO3 CO2 H2O ? 2 RNH3HCO3(8) где R -OHCH2CH2-
Из трех видов этаноламинов: моно- , ди- , и триэтаноламина, сокращенно называемых МЭА, ДЭА и ТЭА, преимущественно применяется моноэтаноламин как обладающий высокой поглотительной способностью в отношении СО2 и более устойчивый к окислению.
Моноэтаноламин является бесцветной жидкостью, замерзающей при 10,5 0С. Он полностью растворяется в воде. Растворимость СО2 в водных растворах МЭА, измеряется объемом СО2 (в м3), поглощенного 1 м3 раствора,зависит от концентрации раствора, температуры абсорбции и в меньшей степени - от парциального давления диоксида углерода.
Ниже приведена зависимость растворимости СО2 от температуры абсорбции 20,3 %-ным раствором МЭА при парциальном давлении СО2, равном 60,6 ГПА: Т, 0С …………… 30 75 140
VCO2, м3\ м3 …… 38,828,837,39
А также зависимость растворимости СО2 20,3 %-ным раствором МЭА от парциального давления РСО2 при 25 0 С: РСО2, МПА ……………. 0,2940,1010,025
VCO2, м3\ м3 ………….59,151,744,3
В промышленных условиях содержание СО2 в растворе МЭА существенно ниже равновесного.
1.2 Теоретические основы принятого метода
Технологический процесс производства уксусной кислоты состоит из следующих стадий: - получение окиси углерода;
- очистка природного газа от сернистых соединений;
- конверсия природного газа;
- очистка конвертированного газа от диоксида углерода;
- газоразделение;
- компремирование газовых потоков;
- парообразование, распределение пара и конденсата;
- получение уксусной кислоты;
- синтез уксусной кислоты;
- ректификация уксусной кислоты;
- улавливание легких фракций;
- приготовление катализатора и промотора;
- хранение готовой продукции.
1.2.1 Теоретические основы получения готового продукта
Описание технологического процесса получения уксусной кислоты
Синтез уксусной кислоты
Уксусную кислоту получают карбонилированием метанола при температуре 185?С, давлении 2,8 МПА (28 кгс/см2) в присутствии катализатора процесса - комплексных соединений родия. Промотором катализаторной системы являются соединения йода - йодистый метил и йодистый водород.
Реакционная смесь из реактора синтеза уксусной кислоты имеет следующий состав: массовая доля триодида родия - 250 - 450 ppm;
массовая доля йодистого метила - 8-11,5 %;
массовая доля HI - не менее 3,0 %);
массовая доля уксусной кислоты - 65-74 %;
массовая доля метилацетата - не более 1,5 %;
массовая доля метанола - не более 0,038 %;
массовая доля воды - не менее 13,0 %
Суммарное уравнение реакции карбонилирования метанола может быть представлено в следующем виде: CH3OH CO CH3COOH Q (9)
Rh комплекс (2) CO H2O CH3COOH HI Rh комплекс (1)(12)
В процессе синтеза уксусной кислоты выделяется 2325 КДЖ (541 ккал) тепла на 1 кг уксусной кислоты.
По мере протекания реакций катализатор проходит ряд превращений в виде окислительно-восстановительного цикла от валентного состояния 1 до 3.
Суммарное уравнение реакций (3) и (4) представляет собой итог реакционно-регенерационного процесса, присущего системе катализатор-промотор
CH3I СО Н2О СН3СООН HI(13)
Из приведенных реакций самой медленной является реакция (11), которая определяет скорость реакции карбонилирования метанола и, следовательно, нагрузку по метанолу.
Теоретическая скорость реакции карбонилирования определяется по уравнению: грамм-моль СН3ОН/литр раствора в час где Т - температура, в °К (К = °С 273,15)
I - молярная концентрация йода, измеренная в холодной неаэрированной жидкости, моль/литр;
Повышению теоретической скорости способствует: - повышение температуры в реакторе;
- увеличение концентрации йода;
- увеличение концентрации родия.
Однако: - температура не должна быть выше 190?С для предотвращения повышенной коррозии;
- концентрация метилиодида не должна превышать 11,5%, т.к. большая концентрация CH3I приводит к осаждению катализатора;
- высокая более 450ppm концентрация родия в реакторе приведет к осаждению катализатора.
Расчетная рабочая скорость процесса принята равной 66% от максимальной теоретической скорости подачи метанола, т.е. фактическая скорость реакции карбонилирования ограничена скоростью подачи метанола и равна ей.
Процент от теоретической скорости рассчитывается как отношение фактической скорости к теоретической.
Наряду с основной реакцией образования уксусной кислоты (реакцией карбонилирования) протекает реакция конверсии оксида углерода
СО Н2О Н2 СО2(14)
Эта реакция является итоговым уравнением двух реакций, которые схематично могут быть представлены в следующем виде
Rh комплекс (1) 2НІ Rh комплекс (2) Н2 СО (15)
Rh комплекс (2) Н2О 2СО Rh комплекс (1) СО2 2НІ(16)
В приведенных реакциях, подобно реакциям карбонилирования, имеется окислительно-восстановительный цикл, в котором валентность родия изменяется от 1(1) до 3(П). Протеканию реакции конверсии СО способствует наличие избытка йодистого водорода в системе.
Важной стороной этого процесса является увеличение содержания инертов в системе синтеза (на 1 моль СО образуется 1 моль СО2 и 1 моль Н2), что приводит к снижению парциального давления СО в системе, а это, в конечном итоге, может нарушить стабильность катализаторной системы и процесса синтеза.
Процесс получения уксусной кислоты методом карбонилирования метанола характеризуется высокой селективностью. Основным побочным продуктом является пропионовая кислота, которая образуется в результате карбонилирования этанола. Этанол поступает в реактор как примесь метилового спирта, а также образуется в процессе реакции гидрирования уксусной кислоты: СН3СООН 2Н2 С2Н5ОН Н2О(17)
С2Н5ОН СО С2Н5СООН(18)
Водород для реакции гидрирования получается по реакции конверсии СО: СО Н2О СО2 Н2 (19)
Кроме пропионовой кислоты в процессе синтеза образуются другие легкокипящие примеси, такие, как муравьиная кислота, ацетальдегид, диметиловый эфир, и т.д., а также насыщенные углеводороды (алканы).
1.2.2 Теоретические основы процесса проектируемого узла (отделения)
Очистка конвертированного газа от диоксида углерода
Очистка газа от СО2 проводится в абсорбере раствором моноэтаноламина. Процесс очистки основан на взаимодействии моноэтаноламина и углекислоты с образованием карбонатов: 2RNH2 CO2 H2O (RNH3)2CO3 (20)
(RNH3)CO3 CO2 H2O 2 RNH3HCO3(21) где R -OHCH2CH2-
Очищенный от СО2 газ компрессором подается на стадию разделения смеси углерода и водорода.
Регенерация насыщенного диоксидом углерода моноэтаноламинового раствора проводится в колонном аппарате. Выделившийся при этом диоксид углерода снова используется в процессе.
- высокая массовая доля амина в растворе абсорбента;
- низкая объемная доля СО2 в очищенном газе;
- высокая скорость циркуляции абсорбента.
При работе в заданном режиме процесс очистки обеспечивает остаточное содержание СО2 в очищенном газе не более 50 ррм.
Изза деструкции МЭА схемой предусмотрены следующие ступени очистки: фильтрация части потока холодного бедного раствора МЭА через патронный фильтр для удаления твердых примесей;
фильтрация части потока холодного бедного раствора МЭА через фильтр, заполненный активированным углем;дистилляция части потока горячего бедного раствора МЭА из нижней части колонны отпарки в смолоотделителе при температуре 130-150?С с гидрооксидом натрия или углекислым натрием.
С увеличением концентрации моноэтаноламина плотность растворов непрерывно возростает.
Выбор оптимальных температурных режимов процесса абсорбции / десорбции обеспечивает поддержание нормального технологического процесса, при котором достигается экономия тепла и отсутствие вскипания насыщенного раствора на входе в колонну.
1.3 Характеристика исходного сырья и готовой продукции. Государственные стандарты
1.3.1 Исходное сырье
1) Природный газ. ГОСТ 5542-87. Массовая концентрация меркаптанов 0,36 г/м3; массовая концентрация сероводорода 0,02 г/м3; объемная доля кислорода не более 1,0 %.
2) Диоксид углерода. Объемная доля диоксида углерода: в очищенном виде - не менее 99,5 %, в неочищенном виде - не менее 94,0 %. Горючие примеси: в очищенном виде - не более 0,08%, в неочищенном виде - не более 5,0%. Объемная доля инертных газов - в очищенном виде - 0,4-1,0%, в неочищенном виде - не более 1,3%. Массовая концентрация сероводорода: в очищенном виде - не более 1,0 мг/м3, в неочищенном виде - не более 1,0 мг/м3. Температура: в очищенном виде - не более 50?С, в неочищенном виде - 40-60С.
3) Частично обессоленная вода. Жесткость общая - не более 10 мкмоль/дм3.. Щелочность общая - не более 0,65 моль/дм3. Солесодержание - не более 80 мг/дм3. Концентрация хлоридов - не более 15 мг/дм3. РН - 8,5-9,5. Концентрация сульфатов - не более 50 мг/дм3. Азот аммонийный - не более 0,2 мг/дм3.
1.3.2 Вспомогательные материалы
1) Метанол технический. ГОСТ 2222-95. Массовая доля альдегидов и кетонов в пересчете на ацетон - не более 0,003 %. Плотность при 20?С - 0,791-0,792 г/см3. Массовая доля воды - не более 0,05%. Массовая доля этилового спирта - не более 0,01%.
2) Азотоводородная смесь. Объемная доля водорода - 72-74 %; объемная доля азота - 21-25%; объемная доля метана - не более 1,25%; объемная доля аргона - не более 0,3%; объемная доля СО и СО2 - не более 15 ppm или объемная доля водорода - 72-75 %; объемная доля азота - 21-25%; объемная доля метана - не более 1,25%; объемная доля аргона - не более 0,3%; объемная доля СО и СО2 - не более 15 ppm.
3) Моноэтаноламин технический C2H7ON. ТУ 2423-159-00203335-2004. Массовая доля моноэтаноламина - не менее 98,8%. Массовая доля диэтаноламина - не более 0,6%. Массовая доля воды - не более 0,6%. Цветность в ед. Хазена - не более 50. Плотность при 20?С - 1,015-1,018 г/см3. Молекулярный вес 105,136; температура плавления - 280С; температура кипения при 760 мм рт. ст. - 2710С.
4) Тринатрийфосфат технический Na3PO4 12H2O. ГОСТ 201-76. Внешний вид - чешуйки или кристаллы, способные слеживаться. РН водного раствора - 11,5-12,5. Массовая доля общего Р2О5 -не менее 18,5%. Массовая доля нерастворимого в воде осадка - не более 0,03%.
5) Морфолин C4H9NO (тетрагидро-1,4-оксазин) чистый. ТУ 6-09-649-85. Внешний вид - бесцветная или желтоватая прозрачная жидкость. Массовая доля модфолина - не менее 99%. Плотность, ?20 - 1,000-1,003 г/см3. Показатель преломления, - 1,4535-1,4555. Температура кипения - 127-130?С. Массовая доля нелетучего остатка - не более 0,05%.
6) Гидразингидрат технический N2H4х H2O. ГОСТ 19503-93. Внешний вид - бесцветная прозрачная жидкость. Массовая доля гидразингидрата - 64,0-67,0%. Остаток после прокаливания - не более 0,002%.
7) Калия гидроксид КОН. ГОСТ 24363-80. Массовая доля КОН - не менее 84,5%. Массовая доля железа - не более 0,001%. Массовая доля хлоридов - не более 0,008%.
8) Кислота фосфорноватистая (гипофосфористая) Н3РО2. ТУ 113-25-6-41-90. Внешний вид - прозрачная жидкость желтого цвета. Массовая ДОЛЯН3РО2-50-60%. Массовая доля сульфатов - не более 0,1%. Массовая доля бария - не более 0,2%. Массовая доля железа - не более 0,001%. Массовая доля мышьяка - не более 0,00025%.
9) Натр едкий технический NAOH. ГОСТ 2263-79 изм. 1, 2. Внешний вид - бесцветная или окрашенная жидкость. Содержание основного вещества - не менее 43%. Массовая доля хлоридов - не более 1,5%.
10) Сода кальцинированная. ГОСТ 5100-85изм. 1. Внешний вид - гранулы белого цвета. Содержание основного вещества - не менее 99,0%. Содержание хлоридов - не более 0,5%. Потери при прокаливании - не более 0,8%.
11) Натрий углекислый Na2CO3*10H2O. ГОСТ 84-76 изм. 1. Массовая доля углекислого натрия - не менее 99,8%. Потери нерастворимых веществ - не более 0,01%. Массовая доля: кремниевой кислоты (SIO2) - не более 0,005%; серы общей (в пересчете на H2SO4) - не более 0,006%; хлоридов (Cl) - не более 0,003%; железа - не более 0,001%; тяжелых металлов (Pb) - не более 0,0005%.
12) Родий трехиодистый. ТУ 6-09-05-1451-94. Внешний вид - кристаллический порошок черного цвета. Массовая доля родия - не менее 20%. Массовая доля калия - не более 0,1%. Растворимость в уксусной кислоте - не менее 99,75%.
13) Йод технический J2. ГОСТ 545-76. Внешний вид - кристаллы серо-черного цвета с металлическим блеском, размером не более 30 мм. Массовая доля йода - не менее 99%. Массовая доля хлорида и бромида - не более 0,01%. Массовая доля органических веществ - не более 0,08%. Потери при прокаливании - не более 0,05%.
14) Полиэфир 1601-2-50. ТУ 2226-419-05761784-97. Кислотное число - не более 0,5 МГКОН/г. Массовая доля воды - не более 0,1%. Вязкость динамическая при 25?С - 120-200 МПА?с.
15) Эмульсия КЭ-10-34. ТУ 6-02-1323-85. Внешний вид - жидкость светло-желтого цвета. Пеногасящая способность, объем пены - не более 50мл. Механические примеси отсутствуют.
16) Йод чистый. ГОСТ 4159-79. Массовая доля йода - не менее 99,5%. Массовая доля хлорида и бромида - не более 0,015%. Массовая доля сульфатов - не более 0,01%.
17) Натрий триполифосфат Na5P3O10. ГОСТ 13493-83. Внешний вид - рассыпающийся порошок белого цвета. Массовая доля Р2О5 - не менее 56,5%. Массовая доля Na5P3O10 - не менее 92 %. Массовая доля первой формы триполифосфата натрия - не более 10%. Массовая доля железа - не более 0,02%. Массовая доля нерастворимых веществ - не более 0,13%.
18) Оксид углерода. Настоящий регламент. Объемная доля оксида углерода - не более 98%. Объемная доля азота - не более 1,5%. Объемная доля метана - не более 0,5%.
19) Воздух технологический. Регламент ЦПЖМУ. Давление - не менее 0,5МПА. Содержание влаги, г/м3: зимой - 0,12; летом - 0,24.
20) Воздух КИПИА. Инструкция №5 по взаимосвязи цеха ПЖМУ, ЦЦРИПОК с цехами ОАО «Невинномысский Азот» по обеспечению воздухом КИПИА. Точка росы - не выше минус 40?С. ГОСТ 17433-80
(класс загрязненности 0). Размер твердой частицы - не более 0,5мм. Содержание твердых частиц - не более 0,001мг/м3. Не допускается присутствие воды (в жидком состоянии). Не допускается присутствие масла (в жидком состоянии).
21) Азот газообразный технический. ГОСТ 9293-74 изм. №1,2,3. Объемная доля азота - не менее 99,0%. Объемная доля кислорода - не более 1,0%.
22) Конденсат на входе в цех. По регламенту цеха ПВС. Жесткость - не более 50 мкмоль/дм3. Содержание железа - не более100 мкг/дм3. Содержание окиси кремния - не более120 мкг/дм3 . Содержание нефтепродуктов - не более0,5 мкг/дм3 . Перманганатная окисляемость - 5,0 МГО2/дм3. РН - 7-9,5. Солесодержание - не более5,0 мг/дм3.
23) Оборотная вода Воц-5. Регламент. РН - 6,5-8,5. Фосфаты (в пересчете на Р2О5) - 7-12 мг/дм3 . Мутность - не более 50мг/дм3.Перманганатная окисляемость - не более 4 МГО2/дм3. СТАБИЛЬНОСТЬІ 0,3. Общая жесткость -не более 7 моль/дм3. Солесодержание - не более 700 мг/дм3.
24) Речная вода. По регламенту цеха ПВС. Взвешенные вещества - не более 50 мг/дм3 . РН - 6,8-8,5.
25) Аммиачная вода. Регламент ПЖМУ. Массовая доля аммиака - не менее 25%. Массовая концентрация нелетучего остатка - не более0,07 г/дм3.
1.3.3 Катализаторы, носители, поглотители
1) Катализатор для гидрирования сероорганических соединений. Поставка инофирмы.
2) Поглотитель для очистки газов от сероводорода ГИАП-10. ТУ 113-03-2002-86 с изменениями № 1,2,3. Внешний вид - таблетки светло-серого цвета. Размер: диаметр - 5,0 мм, высота - 5,0 мм. Массовая доля цинка - не менее 94,0 %. Массовая доля пыли и крошки - не более 6,0 %.
3) Поглотитель для очистки газов от сероводорода ГИАП-ПС. ТУ 113-03-2002-86 с изменениями № 1,2,3. Внешний вид - гранулы цилиндрической формы, серо-белого цвета (формованные). Диаметр - 4,5 мм. Массовая доля цинка - не менее 87,0 %. Массовая доля пыли и крошки - не более 6,0 %.
4) Катализатор конверсии природного газа ГИАП-18. ТУ 113-03-2010-93. Внешний вид - цилиндрические кольца серого или светло-серого цвета. Размер: диаметр наружний - 14,5; диаметр внутренний - 6,5; высота - 12; насыпная плотность - 1,1кг/дм3.Массовая доля никеля в перерасчете на NIO - не менее11%. Массовая доля кальция в перерасчете на САО - не менее 8,0-10,0%. Массовая доля аллюминия в перерасчете на AL2O3 - не менее 70,0%.
5) Цеолиты общего назначения формованные со связующими. ТУ 38.10281-38, марка А,Б с изм. №3,4. Насыпная плотность - не менее 0,6 г/дм3. Механическа прочность на раздавливание - не менее 0,5 кг/см2. Массовая доля водостойкости - не менее96,5%. Динамическая емкость по парам воды для размера гранул по среднему диаметру 4,5 мм - не менее98,5 мг/см3;3,6 мм - не менее 103мг/см3; 2,0 мм - не менее108 мг/см3. Динамическая емкость по парам бензола для цеолитов среднего диаметра: 4,5 мм - не менее 53; 3,6 мм - не менее 66; 2,0 мм - не менее 69.
1.3.4 Готовая продукция
Техническое наименование производимой продукции: А) Кислота уксусная синтетическая;
Б) Кислота уксусная пищевая;
Технические требования.
Синтетическая уксусная кислота по физико-химическим показателям должна соответствовать ГОСТ 19814-74 «Кислота уксусная синтетическая и регенерированная»
Таблица 1 -Государственный СТАНДАРТГОСТ 19814-74 «Кислота уксусная синтетическая и регенерированная»
Параметр Норма Метод испытания
Массовая доля железа (Fe) %, не более 0,0001 ГОСТ 19814-74
Массовая доля йодистого метила ррв, не более 20 МИ № 1375
Массовая доля йод-ионов, ррв, не более 20 МИ № 1388
Цветность продукта по шкале Хозена, не более 5 ГОСТ Р 50407-92
Примечание: Остальные показатели качества кислоты уксусной синтетической определяются в установленном порядке по ГОСТ 19814-74.
Кислота уксусная пищевая по органолептическим и физико-химическим показателям должна соответствовать требованиям и нормативам, указанным в ТУ 9182-022-00334589-97.
Таблица 2 - Технические условия на кислоту уксусную пищевую ТУ 9182-022-00334589-97
Наименование показателя Норма для уксусной кислоты, концентрации
20 30 70 80 99,5
1 2 3 4 5 6
Внешний вид и цвет Бесцветная, прозрачная жидкость без посторонних включений и осадка.
Вкус Кислый, характерный для уксусной кислоты.
Запах Характерный для уксусной кислоты без характерного запаха.
Растворимость в дистиллированной воде Полная, в любом соотношении, без помутнения и спаленсценсии.
Массовая доля уксусногоальдегида, % не более 0,002. 0,002. 0,004. 0,004. 0,004.
Массовая доля муравьиной кислоты, % не более 0,01. 0,01. 0,01. 0,02. 0,04.
Массовая доля сульфатов, % не более 0,0001 0,0001 0,0003 0,0003 0,0003
Массовая доля хлоридов, % не более 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001
Массовая доля нелетучего осадка, % не более 0,001 0,001 0,002 0,002 -
Устойчивость окраски раствора марганцовокислого калия, мин., не менее 60 60 60 60 60
Примечание: 1. Допускается отклонения от норм массовой доли уксусной кислоты - 1%.
2. По содержанию токсичных веществ уксусная кислота должна соответствовать нормам «Медико-биологических требований и санитарных норм качества продовольственного сырья и пищевых продуктов» № 5061-89, которые гарантируются изготовителя, но не реже в квартал.
Основные физико-химические свойства уксусной кислоты.
Коэффициент объемного расширения жидкости 0,001205
Давление насыщенного пара, КПА
- при 20 С1,6
- при 40 С2,6
Уксусная кислота ассоциирована в жидком виде и парах. Синтетическая уксусная кислота применяется в химической, фармацевтической, легкой, текстильной, бумажной промышленностях, является сырьем для получения винилацетата, химических волокон, красок, медицинских препаратов.
В сельском хозяйстве используется как консервант кормов для животных.
1.3.5 Побочные продукты
Водород - побочный продукт производства уксусной кислоты по физико-химическим показателям должен соответствовать требованиям настоящего регламента.
Таблица 3 - Требования настоящего регламента на водород (побочный продукт)
Внешний вид Бесцветный газ
Объемная доля водорода, % не менее 98,00
Объемная доля метана, % не более 1,5
Объемная доля окиси углерода, млн-1 не более 10,0
5 Объемная доля сероводорода, млн-1 не более 0,5
Объемная доля азота, % не более 0,1
1.4 Описание технологической схемы. Нормы технологического режима
Газ после печи риформинга, пройдя сепаратор С с давлением 8?9кг/см2 и температурой 400С поступает в адсорбер КА, орошаемый 20%-м раствором моноэтаноламина (МЭА).
При контакте газа с МЭА происходит поглощение им диоксида углерода. Отмытый от СО2 газ (Н2 - 49%, СО - 47%, СН4 - 1,0%, N2 - 1,5%) через сепаратор Споступает на всас компрессора К. Раствор МЭА из куба колонны Ок с температурой 600С дополнительно подогревается в теплообменнике То и подается на верх регенератора Ок. Подогрев регенератора поз.Ок производится паром, подаваемым в кипятильники К1,2. Температура верха регенератора Ок - 1000С, куба - 1200С. В колонне происходит десорбция СО2 из МЭА-раствора. Парогазовая смесь с верха регенератора Ок охлаждается в холодильнике Х и поступает в сепаратор С, где происходит отделение газа от жидкости. Газ - диоксид углерода поступает в каплеотбойник Ко на всасе компресора К, а жидкость насосом Н подается в регенератор поз.Ок для орошения насадки. Из куба Ок МЭА-раствор с температурой 1200С проходит теплообменник ТО, отдавая тепло раствору МЭА, поступающему в регенератор Ок. Далее раствор охлаждается водой до 400С в холодильнике Х и поступает на орошение адсорбера КА.
Технологическая схема очистки конгаза от диоксида углерода представлена на рисунке.
1.5 Конструкция основного аппарата. Вспомогательное оборудование
1.5.1 Выбор конструкции основного аппарата
Процесс поглощения диоксида углерода раствором моноэтаноламина является одним из процессов массопередачи, а именно - абсорбцией, которая, как известно, протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны обеспечивать как можно большую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом (МЭА и СО2). По способу образования этой поверхности абсорберы условно можно разделить на следующие группы: - поверхностные;
- пленочные;
- насадочные;
- барботажные (тарельчатые);
- распыливающие.
Поверхностные абсорберы.
В поверхностных абсорберах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно текущей жидкости, причем зеркало жидкости является поверхностью массообмена. Величина этой поверхности незначительна, вследствие чего поверхностные абсорберы применяют лишь при небольших масштабах производства. Обычно устанавливают несколько последовательно соединенных абсорберов с противоточным движением газа и жидкости. Для осуществления самотека жидкости абсорберы распологают ступенчато, то есть каждый последующий по ходу жидкости аппарат несколько ниже предыдущего.
Поверхностные абсорберы малоэффективны и в настоящее время находят ограниченное применение. Они используются в основном для абсорбции хорошо растворимых компонентов из небольших объемов газа при одновременном отводе тепла. Эти абсорберы применяют, в частности, при поглощении компонентов из высококонцентрированных газовых смесей.
Пленочные абсорберы.
В пленочных абсорберах газ и жидкость соприкасаются на поверхности текущей жидкости пленки. Течение пленки происходит по вертикальным поверхностям, представляющим собой трубы или пластины. Известны три типа пленочных абсорберов: - трубчатые абсорберы, в которых пленка стекает по внутренней поверхности вертикальных труб;
- абсорберы с листовой (плоско-параллельной) насадкой, в которых пленка стекает по обеим поверхностям вертикальных пластин;
- абсорберы с восходящим (обращенным) движением пленки.
Аппараты первых двух типов работают при противотоке газа и жидкости (газ движется снизу вверх навстречу стекающей по поверхности пленке); они могут работать также при низходящем прямотоке (газ и жидкость движутся сверху вниз). Абсорберы третьего типа рабтают при восходящем прямотоке (газ и жидкость движутся снизу вверх).
Трубчатые абсорберы, а также абсорберы с восходящим движением пленки могут применяться при одновременном отводе тепла в процессе абсорбции; по развиваемой в единице объема поверхности соприкосновения фаз и по интенсивности массопередачи эти абсорберы значительно превосходят поверхностные. Гидравлическое сопротивление трубчатых абсорберов и абсорберов с листовой насадкой даже при сравнительно больших скоростях газа (4-5 м/сек) невелико. Абсорберы с восходящим движением пленки, работающие при высоких скоростях газа (свыше 15/20 м/сек), - высоко интенсивные аппараты, но в то же время обладают значительным гидравлическим сопротивлением.
В настоящее время пленочные абсорберы практически не применяют. Из них наиболее распространены трубчатые абсорберы, используемые для поглощения хорошо растворимых газов (HCL, NH2) из концентрированных газовых смесей при одновременном отводе тепла.
Барботажные абсорберы.
Многочисленные типы барботажных абсорберов можно разделить на три основные группы: - абсорберы тарельчатого типа со ступенчатым контактом между фазами, причем ступени (тарелки) расположены в одном аппарате;
- абсорберы со сплошным барботажным слоем, в которых осуществляется непрерывный контакт между фазами;
- абсорберы с механическим перемешиванием жидкости;
В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развиваетсяпотоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками.
Барботажные абсорберы тарельчатого типа выполняют в виде колонн круглого сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции тарелки, причем на каждой тарелке осуществляется одна ступень контакта. Таким образом, особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах) - газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата.
Абсорберы со сплошным барботажным слоем в нижней части имеют пористую перегородку или плиту с отверстиями, под которую подводится газ. Над плитой при прохождении газа через жидкость образуется барботажный слой, представляющий собой дисперсную систему (пену), в которой жидкость является сплошной, а газ - дисперсной фазой. Жидкость может подводиться сверху и отводиться снизу.
Аппараты такого типа служили раньше, как предмет лабораторных исследований; однако, несмотря на крайнюю простоту, они не нашли промышленного применения. Это объясняется тем, что в таком аппарате вследствие интенсивной циркуляции в вертикальном направлении жидкость в значительной степени перемешана по высоте, то есть концентрация жидкости по высоте мало изменяется и близка к конечной ее концентрации. Также недостатком данного вида абсорберов является и их малая эффективность вследствие снижения средней движущей силы при перемешивании жидкости.
Барботажные абсорберы с механическим перемешиванием жидкости представляют собой сосуды с мешалками, в которых газ барботирует через слой перемешиваемой жидкости. Механическое перемешивание повышает скорость массопередачи, так как касательные напряжения, возникающие в жидкости при перемешивании, вызывают дробление пузырьков газа, что ведет к увеличению поверхности соприкосновения фаз. Сопротивление абсорберов с механическим перемешиванием используют сравнительно редко. Они находят применение при небольших отношениях газ:жидкость, а также, если в поглотителе присутствует мелко измельченное твердое вещество во взвешенном состоянии. Эти абсорберы используют также в случаях, когда требуется значительное время пребывания жидкости в аппарате (например, при протекании в процессе абсорбции химической реакции) или при периодической абсорбции. В процессе поглощения можно отводить выделяющееся тепло при помощи рубашки или змеевика, по которым пропускают охлаждающий агент.
Распыливающие абсорберы.
Распыливающие абсорберы можно разделить на следую
Вывод
В дипломном проекте выбрана схема получения уксусной кислоты из метанола: CH 3OH CO = CH 3COOH
Эта реакция, имеющая большое промышленное значение, является прекрасным примером, иллюстрирующим успехи гомогенного катализа. Поскольку оба компонента реакции - СН ЗОН и СО - могут быть получены из угля, процесс карбонилирования должен стать более экономичным по мере роста цен на нефть.
Также произведены расчеты: - технологический, агрегата мощностью 190000 т/сут.;
-тепловые расчеты;
- проектно-конструкторские;
- подобрана система автоматизации;
- разобраны вопросы охраны труда и окружающей среды;