регистрация / вход

Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха

Характеристика уксусной кислоты, технологическая схема ее производства окислением ацетальдегида. Материальный баланс процесса ее получения. Расчет технологических и технико-экономических показателей. Составление рекламы для продажи уксусной кислоты.

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

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:


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


СО2 ; О2 ; N2

Приход Расход
кг/час кмоль/час кг/час кмоль/час
H2 O 26.83 1.49 33.48 1.86
СН3 СОН 1314.72 28.88 119.58+26.4потери 2.72
СН3 СООН 0 0 1571.66 26.19
НСООН 0 0 17.08 0.37
2 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(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:

mсмеси= = 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:

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

wнепр (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:

wо (СН3 СОН) = wнепр (СН3 СОН) + w(СН3 СООН) + w(НСООН) = 29.28 кмоль/ч

mо (СН3 СОН) = wо (СН3 СОН) * Mr(СН3 СОН) = 1288.32 кг/ч

4. Найдем количество кислорода вступившего в реакцию:

wо2 )= w12 ) + w22 )

по ур – ю первой реакции: w12 ) = 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

w12 ) = 1/2 * 25.45 = 12.73 кмоль/ч

по ур – ю второй реакции: w22 ) = 3 * w(НСООН) = 3*0.37=1.11 кмоль/ч

wо2 )= w12 ) + w22 ) = 12.73 + 1.11 = 13.84 кмоль/ч


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

wвсего2 )= wо2 ) * 1.4 = 13.84 * 1.4 = 19.38 кмоль/ч

wвсего2 ) * Mr(О2 ) = wвсего2 ) * Mr(О2 ) = 19.38 * 32 = 620.16 кг/ч

6. остаток кислорода после реакции:

wост2 ) = wвсего2 ) – wпрор2 ) = 19.38 – 13.84 = 5.54 кмоль /ч

mост2 ) = wост2 ) * Mr(О2 ) = 177.28 кг/ч

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

mвозд = mвсего2 )/23 * 100 = 620.16/23 * 100 = 2696.35 кг/ч

8. Масса азота:

m(N2 ) = mвозд - mвсего2 ) = 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 %

wвсего (СН3 СОН) = wо (СН3 СОН)/0.98 = 29.28/0.98 = 29.88 кмоль/ч

wвсего (СН3 СОН) = wвсего (СН3 СОН) * Mr(СН3 СОН) =

= 29.88 * 44 = 1314.72 кг/ч

mпотери (СН3 СОН) = wвсего (СН3 СОН) - wо (СН3 СОН) =

=1314.72 – 1288.32 = 26.4 кг/ч

10. Общая масса технологического ацетальдегида:


m(т.а) = wвсего (СН3 СОН)/98 *100 = 1341.55 кг/ч

масса воды в тех – м ацетальдегиде:

mо2 О) = m(т.а) - mвсего (СН3 СОН) = 1341.55 – 1314.72 = 26.83 кг/ч

w(Н2 О) = mо2 О)/Mr(Н2 О) = 26.83/18 = 1.49 кмоль/ч

11. К- во воды образовавшейся в результате реакции:

по реакции 2 смеси

w12 О) = w(НСООН) = 0.37 кмоль/ч

общее количество воды в реакции смеси:

wвсего = w(Н2 О) + w12 О) = 1.49 + 0.37 = 1.86 кмоль/ч

m(Н2 О) = wвсего2 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:

QФ = m(СН3 СОН) = 1571.66 кг;

2) Теоретический выход:

Mr(СН3 СОН) ¾Mr(СН3 СООН), 44 ¾ 60,

m(СН3 СОН) ¾QТ ; 1314.72 ¾QТ ;

QТ = (1314.72 * 60) / 44 = 1792.8 кг;

Выход СН3 СООНпо ацетальднгиду

bСН3СОН = QФ / QТ * 100%= 1571.66/1792.8 * 100% = 87.67 %

4. Теоретический выход на превращенный СН3 СОН

Mr(СН3 СОН) ¾Mr(СН3 СООН), 44 ¾ 60,

mпод (СН3 СОН)- mост (СН3 СОН) ¾QТ ; 1168.74 ¾QТ ;

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

b' СН3СОН = QФ / QТ * 100%= 1571.66/1593.74 * 100% = 98.62 %

5. Теоретические расходные коэффициенты:

по СН3 СОН:

sт = Mr(СН3 СОН) / Mr(СН3 СООН) = 44 / 60 = 0,73 кг/кг;

по О2 :

sт О2 := Mr(О2 ) / Mr(СН3 СООН) = 0.5*32/ 60 = 0.27 кг/кг.

6. Фактические расходные коэффициенты:

по СН3 СОН:

sф СН3СОН = mтехн (СН3 СОН) / m(СН3 СООН)=1341.55/1571.66=0.85 кг/кг;

sф О2 = mтехн2 ) / 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.

ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]

Ваше имя:

Комментарий