Скачать презентацию Химическая технология органических веществ Технология производства уксусной кислоты Скачать презентацию Химическая технология органических веществ Технология производства уксусной кислоты

УК из АА-2012.ppt

  • Количество слайдов: 41

Химическая технология органических веществ Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида © МИТХТ, 2012 1 Химическая технология органических веществ Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида © МИТХТ, 2012 1

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида l l l Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида l l l l l 2 В промышленности используется для производства уксусного ангидрида, монохлоруксусной кислоты, винилацетата, инсектицидов, лекарственных средств, растворителя лаков, коагулянта латекса, в пищевой промышленности для приготовления приправ, маринадов и консервов.

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида l l Молекулярная Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида l l Молекулярная масса СН 3 СООН равна 60, 05. l 3 Уксусная кислота представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с резким запахом. Кислота существует в виде димеров и тримеров, хорошо растворима в воде, хорошо растворяет галогенводородные газы. По химическим свойствам СН 3 СООН типичная карбоновая кислота.

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Безводная (ледяная) уксусная Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Безводная (ледяная) уксусная кислота имеет следующие физические свойства: tпл=16, 64 о. С; tкип=117, 8 о. С; Ркрит=57, 85 к. Па; tкрит=321, 6 о. С; Нисп=24, 4 к. Дж/моль. Давление насыщенных паров (мм. рт. ст. ) выражается уравнением lg. P=7, 55716 -1642, 52/(233, 386+t) 4

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В промышленности уксусную Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В промышленности уксусную кислоту получают: каталитическим окислением ацетальдегида в жидкой фазе; жидкофазным окислением нефтяных фракций; каталитическим карбонилированием метанола; уксуснокислым брожением этанола; пиролизом древесины. 5

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 6 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 6

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида l l Синтез Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида l l Синтез на основе ацетальдегида доминировал в промышленности вплоть до 90 -х годов ХХ века. Это связано с достаточно простым технологическим оформлением процесса, доступностью исходного сырья. Первоначально использовали ацетальдегид, получаемый гидратацией ацетилена по Кучерову, а позже ацетальдегид, получаемый прямым окислением этилена. 7

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 8 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 8

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 9 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 9

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 10 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 10

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 11 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 11

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 12 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 12

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 13 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 13

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Побочными продуктами являются Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Побочными продуктами являются метилацетат, этилидендиацетат, муравьиная кислота и диоксид углерода: 14

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида При этом особенно Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида При этом особенно при пониженной температуре происходит накопление в реакционной массе взрывоопасных гидроперекисных соединений, что может привести к взрыву. Температуру в реакторе поддерживают на уровне 5070 о. С, давление – 0, 3 -0, 7 МПа. Из-за высокой летучести ацетальдегида окисление проводят в среде растворителя, в качестве которого используют целевой продукт реакции – уксусную кислоту, поскольку она устойчива к нагреванию и к окислению в условиях проведения реакции. Верхние пределы температуры и давления ограничены летучестью ацетальдегида и развитием побочных реакций. 15

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В качестве окислителя Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В качестве окислителя используют технический (98%) кислород или воздух. Использование воздуха в качестве окислителя приводит к необходимости отведения из реактора значительного газового потока – инертов воздуха. Соответственно требуется очистка газовых выбросов от органических продуктов. Поэтому использование технического кислорода предпочтительнее. Нормы расхода: 0, 80– 0, 81 т ацетальдегида, 215– 240 нм 3 технического кислорода и 9 кг перманганата калия на 1 т уксусной кислоты. 16

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Реакторная жидкофазного ацетальдегида Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Реакторная жидкофазного ацетальдегида кислоту. 1–реактор; подсистема окисления в уксусную 2–холодильники конденсаторы; 3 -сборник конденсата; I–воздух или технический кислород; II–ацетальдегид; III–водяной конденсат для охлаждения реактора; IV–продукты реакции; V–газы на санитарную очистку. 17

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 18 Технологическая схема Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 18 Технологическая схема процесса жидкофазного окисления ацетальдегида в уксусную кислоту. 1–реактор приготовления катализаторного раствора; 2–холодильник; 3– реактор окисления; 4–холодильник–конденсатор; 5–сепаратор; 6, 7, 10 – ректификационные колонны; 8–сборник; 9–реактор перманганатного окисления; I–ацетат марганца; II–ацетальдегид; III–технический кислород; IV–газы на санитарную очистку; V–вода; VI–легкокипящие примеси; VII–уксусная кислота –сырец; VIII–фракция катализатора и тяжелокипящих продуктов; IX–Kmn. O 4; X– товарная уксусная кислота; XI–тяжелокипящая фракция; XII–водный конденсат; XIII–водяной пар.

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В целом технология Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В целом технология характеризуется удовлетворительным выходом уксусной кислоты (92% на ацетальдегид) и достаточно высокой конверсией за один проход (95% по ацетальдегиду). К недостаткам технологии следует отнести: M сложную конструкцию реактора окисления из стойких к коррозии материалов; M низкую степень использования тепла реакции из-за невысокого его потенциала; M использование на стадии очистки химических реагентов; M однократное без регенерации использование катализатора. 19

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Совместное производство уксусной Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Совместное производство уксусной кислоты и уксусного ангидрида окислением ацетальдегида 20

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 21 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 21

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 22 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 22

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида По всей видимости, Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида По всей видимости, вторая последовательность реакций имеет большее право на существование, поскольку первая реакция может протекать в присутствии любой каталитической системы, а образование уксусного ангидрида наблюдается только в присутствии смешанных катализаторов, содержащих соли Co; Mn; Cu. Образованию ангидрида также благоприятствует пониженная концентрация (парциальное давление) кислорода в газе–окислителе. 23

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Поскольку одновременно с Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Поскольку одновременно с уксусным ангидридом образуется вода, важнейшим условием реализации такого процесса является быстрый отвод воды из реакционной зоны. В противном случае получим только уксусную кислоту: (CH CO) О + H O 2 2 3 24 2 CH 3 COOH

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 25 Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 25

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В качестве таких Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В качестве таких добавок могут использоваться §этилацетат (tкип=77, 1 о. С), §диизопропиловый эфир (tкип=68, 5 о. С) и т. п. Использование этилацетата предпочтительнее, поскольку состав гетероазеотропа в данном случае более обогащен водой. Следовательно применении этилацетата потребуется меньший рециркуляционный поток. Наличие гетероазеотропа способствует интенсивному удалению воды из реакционной массы. 26

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Подробные исследования показали, Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Подробные исследования показали, что основными факторами, определяющими возможность получения уксусного ангидрида, кроме указанного выше, являются: высокая концентрация в реакционной массе катализатора (кобальт-медного или марганец-медного) с мольным соотношением солей 1: 1 -3); использование разбавленного до содержания 7 -9% об. кислорода газа-окислителя; проведение процесса в диффузионной или близкой к ней области, концентрацию что позволяет кислорода еще и повысить ацильных радикалов в жидкой фазе. 27 больше снизить концентрацию

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида При обеспечении этих Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида При обеспечении этих условий мольное соотношения между кислотой и ангидридом в продуктах реакции может достигать 3 -5 : 7 -5. Процесс совместного получения уксусной кислоты и уксусного ангидрида может быть осуществлен двумя способами: в среде гетероазеотропного агента; в среде продуктов реакции. 28

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В первом случае Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В первом случае окисление проводят в реакторе, заполненном этилацетатом и представляющем собой барботажную колонну, которая снабжена встроенными холодильниками–змеевиками. В качестве окислителя используют воздух. Катализатор представляет собой смесь ацетатов марганца или кобальта и меди. Конструкцию реактора можно упростить. 29

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Для интенсивного отвода Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Для интенсивного отвода воды с гетероазеотропом в реакторе должен поддерживаться режим кипения, поэтому все тепло реакции можно отводить за счет испарения воды и этилацетата и части ацетальдегида из реакционной массы. FРежим обеспечивается при температуре в реакторе 50 -70 о. С необходимо поддерживать давление около 0, 40 МПа. 30

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 31 Технологическая схема Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 31 Технологическая схема совместного производства уксусной кислоты и уксусного ангидрида окислением ацетальдегида с использованием гетероазеотропного агента. 1–реактор окисления; 2, 8, 13–конденсаторы; 3, 10–сепараторы пар–жидкость; 4–абсорбер; 5, 9–сепараторы жидкость–жидкость (декантаторы); 6–отпарная колонна; 7, 11, 12–ректификационные колонны; I–воздух; II–ацетальдегид, III–водные стоки; IV–газы; V–вода; VI–уксусная кислота; VII–уксусный ангидрид; VIII–раствор катализатора; IX–водяной пар; X–водный конденсат.

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Более предпочтителен вариант Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Более предпочтителен вариант организации процесса окисления в среде продуктов реакции. В качестве катализаторов используют ацетаты кобальта или марганца и меди в соотношении 1: 3, окислителя — обедненный до 7 -9%об. по кислороду воздух. В реакторе поддерживают режим кипения при температуре 55 -60 о. С. Продукты отводят в паровой фазе. Основное тепло реакции снимается за счет испарения реакционной массы и только некоторая часть встроенными в барботажную колонну–реактор охлаждающими змеевиками. 32

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Окисление проводят в Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Окисление проводят в пустотелом барботажном реакторе. В нижнюю часть подают воздух и парогазовую рециркулирующую ацетальдегид и смесь, инертные газы содержащую с примесью кислорода. На входе в реактор концентрации компонентов этой смеси составляют: 7 -9% об. кислорода; 25 -30% об. ацетальдегида; 1% об. уксусной кислоты. 33

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 34 Технологическая схема Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида 34 Технологическая схема совместного производства уксусной кислоты и уксусного ангидрида окислением ацетальдегида в среде продуктов реакции. 1–реактор; 2, 13–водяные конденсаторы; 3, 12, 18–сепараторы пар–жидкость; 4–холодильник; 5–сатуратор; 6–емкость; 7, 8–абсорберы; 9–подогреватель; 10–отпарная колонна; 11– рассольный конденсатор; 14, 15, 17–ректификационные колонны; 16–сепаратор жидкость; I–воздух; II–ацетальдегид, III–уксусная кислота; IV–рассол; V–вода; VI–подпитка этилацетатом; VII–газы; VIII–вода на санитарную очистку; IX–водяной пар; X–водный конденсат; XI–продукты на разделение ректификацией.

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Принципы в технологии Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Принципы в технологии совместного получения уксусной кислоты и уксусного ангидрида окислением ацетальдегида 35

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Технология Fсовместного получения Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Технология Fсовместного получения двух целевых продуктов относится к непрерывным процессам и имеет одну стадию по химической составляющей. 36

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В качестве исходного Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида В качестве исходного сырья используются Fдоступные вещества ацетальдегид и воздух. Процесс относится к Fвысокоэффективным, обладая Fвысокой конверсией за один проход, удовлетворительной для радикально-цепных процессов селективностью и производительностью. FВыход продуктов 95% от теоретического. 37

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Использование рециркуляции связано, Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Использование рециркуляции связано, в основном, не с требованием полной конверсии сырья, а с поддержанием необходимой (невысокой) концентрации кислорода в реакционной массе. 38

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Из реакционной смеси Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Из реакционной смеси полностью выделяют уксусную кислоту, уксусный ангидрид. Легко- и тяжелокипящие фракции, как правило, не утилизируются, а подвергаются огневому обезвреживанию. Поэтому технология не обладает полнотой использования жидких и твердых отходов. 39

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида С точки зрения Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида С точки зрения реализации принципов разработки технологии с низким энергопотреблением и полноты использования энергии системы технология требует дополнительного совершенствования, поскольку низкий потенциал тепла, вырабатываемого реактором окисления, не дает возможности использовать его для технологических нужд. 40

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Использование реакционных аппаратов Химическая технология основного органического синтеза Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида Использование реакционных аппаратов большой единичной мощности затруднено, т. к. барботажные реакторы имеют ограничения, связанные с проблемами распределения парогазового потока сырья при высоких производительностях. Однако возможно создание линий большой единичной мощности, в которых будет использован ряд параллельно работающих реакторных подсистем. 41