Получение акролеина газофазным окислением пропилена кислородом воздуха (стр. 1 из 9)

Аннотация

Объем расчетно-пояснительной записки составляет ___ страниц. Записка содержит 6 таблиц, 5 рисунков, 2 приложения. Использованы 17 литературных источников.

Ключевые слова: ТЕРМОДИНАМИКА, ОПТИМИЗАЦИЯ, БАЛАНС, ОБЪЕМ, ТЕПЛООБМЕН, ВЫДЕЛЕНИЕ, АВТОМАТИЗАЦИЯ, ОХРАНА ТРУДА, ЭКОНОМИКА, АКРОЛЕИН, ПРОПИЛЕН.

Цель проекта – разработка установки получения акролеина газофазным окислением пропилена кислородом воздуха производительностью 28000 тонн в год.

В данной пояснительной записке представлен термодинамический анализ вероятности протекания процесса, проведена оптимизация процесса, приведено описание технологической схемы производства, рассчитаны материальный и тепловой балансы, произведен подбор основного и вспомогательного оборудования, средств контроля и автоматизации, описаны физико-химические основы процесса разделения продуктов.

ANNOTATION

Volume of settlement and the explanatory note of 49 pages. Note contains 6 tables, 5 figures, 2 appendices. Used 17 literature.

Keywords: THERMODYNAMICS, OPTIMIZATION, BALANCE, VOLUME, HEAT TRANSFER, ALLOCATION, AUTOMATION, PROTECTION LABOR, ECONOMICS, ACROLEIN, PROPYLENE.

Purpose of the project – the development of unit for production of acrolein by gas-phase oxidation of propylene by air oxygen capacity of 28000 tons per year.

In this memorandum submitted to the thermodynamic analysis of the probabilities of occurrence of the process, carried out optimization of the process, a description of the technological scheme of production, estimated material and heat balances, made the selection of main and auxiliary equipment, controls and automation, described the physical and chemical bases of process separation products.

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация

Содержание

Введение

1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

1.1 Характеристика основного продукта

1.2 Характеристика реакционного процесса

1.3 Термодинамический анализ процесса

1.4 Кинетика процесса окисления пропилена

1.5 Методы получения акролеина

2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПРОЦЕССА СИНТЕЗА

3 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС УЗЛА СИНТЕЗА

4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС УЗЛА СИНТЕЗА

5 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РАЗМЕРОВ АППАРАТА И ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

5.1 Определение объема катализатора

5.2 Выбор конструктивных материалов

6 ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА

6.1 Расчет поверхности теплообмена

6.2 Расчет толщины изоляции

7 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ

8 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА СИНТЕЗА И ВЫДЕЛЕНИЯ ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА

8.1 Описание технологической схемы

9 ВЫБОР СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ

10 РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

11 ОСНОВНЫЕ СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ВРЕДНОСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕ И МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ НИХ

12 ЭКОНОМИКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Заключение

Список использованной литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Программа для оптимизации по модели идеального вытеснения

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты оптимизации

ВВЕДЕНИЕ

Практическое значение процессов окисления в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза трудно переоценить. Их первостепенную роль обусловили следующие причины:

1) большая ценность соединений получаемых окислением (спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и их ангидридов, нитрилов и т.д.)

2) широкое многообразие реакций окисления, к которым способны органические вещества, в том числе и углеводороды всех классов.

3) доступность и низкая себестоимость большинства окислителей, среди которых главное место занимает кислород воздуха.

Изложенные причины привели к тому, что окислительные процессы получили большое распространение в органическом синтезе. Для осуществления ряда процессов большое значение приобрело гетерогенно-каталитическое окисление (окисление олефинов по насыщенному атому углерода, прямой синтез этиленоксида).

Методом окисления олефинов по насыщенному атому углерода получают акролеин и акриловую кислоту.

Акролеин – простейший альдегид этиленового ряда. Он может быть использован для разнообразных синтезов, основанных на реакциях присоединения по двойной связи и на реакциях карбонильной группы, а также для диеновых синтезов, характерных для соединений с сопряженными двойными связями.

Акролеин – жидкость с резким раздражающим запахом. Он хорошо растворим в воде и образует с ней азеотропную смесь. При длительном хранении или нагревании легко полимеризуется в циклические или линейные полимеры, что заставляет при его переработке использовать добавки ингибиторов. Акролеин широко применяется для получения акриловой кислоты и эфиров, аллилового спирта, синтетического глицерина и других продуктов, в том числе метионина, являющегося ценной добавкой к корму для птиц.

1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

1.1 Характеристика основного продукта

Акролеин (СН2 = СН –– СНО) – простейший ненасыщенный альдегид, обладающий очень хорошей реакционной способностью благодаря наличию двух функциональных групп (альдегидной и двойной связи). Основные характеристики акролеина приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Физические характеристики акролеина

Величина	Значение
Температура плавления, °С	- 86,95
Температура кипения, °С	52,69
Плотность при 20°С, кг/м3	0,8389
Плотность по отношению к воздуху при 20°С	0,8402
Показатель преломления	1,4017
Вязкость при 20°С, сП	0,393
Критическая температура, К	510
Критическое давление, кгс/см2	51,58
Критический объём, см3/моль	189
Теплоты испарения кал/г кал/моль	129,5 7260
Теплота образования (газ) при 25°С, ккал/моль	- 17,79
Энергия образования (газ) при 25°С, ккал/моль	- 12,86
Теплота сгорания (жидкость) при 25°С, ккал/г	6,95
Удельная теплоёмкость (жидкость) при 17-44°С, ккал/(г·°С)	0,511
Удельная теплоёмкость (газ) кал/(моль · °С) при 300 при 500 при 700	16,07 22,97 27,86
Пределы взрываемости в смеси с воздухом, % (об.) верхний нижний	31 2,8
Температура воспламенения в закрытом сосуде, °С	- 25

1.2 Характеристика реакционного процесса

Процесс получения акролеина прямым окислением пропилена кислородом воздуха проходит по реакции

СН2 = СН –– СН3 + О2 CH2 = CH –– COH + H2O (1)

Кроме неё протекают побочные реакции:

С3Н6 + 4,5О2 3CO2 + 3H2O(2)

С3Н6 + 3О2 3CO + 3H2O (3)

Все три реакции необратимы и протекают одновременно. Реакция окисления пропилена протекает при температуре 380-420°С и давлении 0,1 МПа. Реакция каталитическая.

В качестве катализатора используется оксиды металлов (Cu, Mo, Bi и многие другие).

Одним из наиболее часто применяемых является катализатор Cu2O на силикагеле или пемзе.

Катализаторы V2O3, WO3, MoO3, и Cr2O3 хотя и давали значительное количество акролеина, но реакция протекала неселективно. Оптимальным количеством катализатора Cu2O, нанесённого на силикагель, является 1,0-1,5 % меди. При более высоких концентрациях на катализаторе присутствовала частично металлическая медь, способствующая образованию СО2. Кроме акролеина образуются оксиды углерода, которые как обычно при гетерогенно-каталитическом окислении, получаются непосредственно из пропилена и из акролеина. Для селективного осуществления процесса необходимо иметь катализаторы, направляющие окисление в сторону преимущественного образования акролеина. Таким катализатором и является Cu2O. На этом катализаторе достигается высокая селективность при малом времени контакта и умеренной температуре. На оксиде меди (I) время контакта составляет 0,2 с при температуре 380-420°С. Состав исходной смеси ограничивается пределами взрывоопасных концентраций (для пропилена 2,8-3,1% (об.)). В нашем случае концентрация попилена составляет менее 2% (об). В качестве газа-окислителя используем технический воздух, который дешевле технического кислорода. Процесс ведется с избытком кислорода. Степень конверсии пропилена меняется в пределах 60-100%, а селективность от 70-100% [1].

1.3 Термодинамический анализ процесса

Цель данного раздела состоит в анализе термодинамической вероятности протекания основной и побочных реакций в заданном интервале температур. Расчёт энергии Гиббса ведём по методу Тёмкина-Шварцмана [2]. Необходимые для расчета энтальпии (

) и энтропии (

образования, а также коэффициенты (а, в, с) в уравнениях теплоёмкости определяем из (3) и (4). Расчёт энергии Гиббса ведём при температурах 380°С и 420°С. Необходимые для расчета коэффициенты Тёмкина-Шварцмана определяем по [2].

Для Т = 653К (380°С) М0 = 0,24 М1 = 0,0967·103 М2 = 0,0406 · 106

Для Т = 693К (420°С) М0 = 0,2735 М1 = 0,1125 · 103 М2 = 0,0484 · 106

Значения

, в, с приведены в таблице 1.2.

Таблица1.2