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 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:
Составить и описать технологическую схему производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха.
Составить материальный баланс процесса.
Рассчитать технологические и технико-экономические показатели.
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
уксусная кислота
ацетальдегид
муравьиная кислота
92
7
1
Состав технического ацетальдегида % масс:
ацетальдегид
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
1571.66
26.19
НСООН
17.08
0.37
CО2
16.28
0.37
О2
620.16
19.38
177.28
5.54–PAGE_BREAK–
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:
mсмеси= = 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:
mнепр(СН3СОН) = 1708.33*7/100 = 119.58 кг/ч
wнепр (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:
wо (СН3СОН) = wнепр (СН3СОН) + w(СН3СООН) + w(НСООН) = 29.28 кмоль/ч
mо(СН3СОН) = wо (СН3СОН) * Mr(СН3СОН) = 1288.32 кг/ч
4. Найдем количество кислорода вступившего в реакцию:
wо(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
wо(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:
wвсего(О2)= wо(О2) * 1.4 = 13.84 * 1.4 = 19.38 кмоль/ч
wвсего(О2) * Mr(О2) = wвсего(О2) * Mr(О2) = 19.38 * 32 = 620.16 кг/ч
6. остаток кислорода после реакции:
wост(О2) = wвсего(О2) – wпрор(О2) = 19.38 – 13.84 = 5.54 кмоль /ч
mост(О2) = wост(О2) * Mr(О2) = 177.28 кг/ч
7. Найдем общую массу воздуха, которая была в исходной смеси:
mвозд = mвсего(О2)/23 * 100 = 620.16/23 * 100 = 2696.35 кг/ч
8. Масса азота:
m(N2) = mвозд — mвсего(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 %
wвсего(СН3СОН) = wо(СН3СОН)/0.98 = 29.28/0.98 = 29.88 кмоль/ч
wвсего(СН3СОН) = wвсего(СН3СОН) * Mr(СН3СОН) =
= 29.88 * 44 = 1314.72 кг/ч
mпотери(СН3СОН) = wвсего(СН3СОН) — wо(СН3СОН) =
=1314.72 – 1288.32 = 26.4 кг/ч
10. Общая масса технологического ацетальдегида:
m(т.а) = wвсего(СН3СОН)/98 *100 = 1341.55 кг/ч
масса воды в тех – м ацетальдегиде:
mо(Н2О) = m(т.а) — mвсего(СН3СОН) = 1341.55 – 1314.72 = 26.83 кг/ч
w(Н2О) = mо(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:
wвсего = w(Н2О) + w1(Н2О) = 1.49 + 0.37 = 1.86 кмоль/ч
m(Н2О) = wвсего(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
Пропускная способность установки: 4037.9 кг/ч
Конверсия или степень превращения по ацетальдегиду =
=M(СН3СОН) подано – M(СН3СОН) не прореагировало / M(СН3СОН) подано = 0.889
3. Выход на поданное сырье СН3СОН: продолжение
–PAGE_BREAK–
Фактический выход:
QФ = m(СН3СОН) = 1571.66 кг;
Теоретический выход:
Mr(СН3СОН) ¾ Mr(СН3СООН), 44 ¾ 60,
m(СН3СОН) ¾ QТ; 1314.72 ¾ QТ ;
QТ = (1314.72 * 60) / 44 = 1792.8 кг;
Выход СН3СООНпо ацетальднгиду
b СН3СОН = QФ / QТ * 100%= 1571.66/1792.8 * 100% = 87.67 %
4. Теоретический выход на превращенный СН3СОН
Mr(СН3СОН) ¾ Mr(СН3СООН), 44 ¾ 60,
mпод(СН3СОН)- mост(СН3СОН) ¾ QТ; 1168.74 ¾ QТ ;
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 СН3СОН:
sт= Mr(СН3СОН) / Mr(СН3СООН) = 44 / 60 = 0,73 кг/кг;
по О2:
sтО2:= Mr(О2) / Mr(СН3СООН) = 0.5*32/ 60 = 0.27 кг/кг.
6. Фактические расходные коэффициенты:
по СН3СОН:
sфСН3СОН = mтехн(СН3СОН) / m(СН3СООН)=1341.55/1571.66=0.85 кг/кг;
sфО2 = mтехн(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.