Разработка проекта стадии синтеза производства пропиленгликоля. Мощность 7 тыс. т/год

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Января 2012 в 09:49, курсовая работа

Описание

В отличие от других гликолей пропиленгликоль практически не токсичен, поэтому он употребляется в пищевой, фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности, в которых этиленгликоль применять нельзя. Водные растворы пропиленгликоля используются как хладоноситель в холодильных установках и как теплоноситель на предприятиях, связанных с производством и хранением пищевых продуктов. В пищевой промышленности пропиленгликоль применяется для приготовления приправ, экстракции специй из природных продуктов (ванильных бобов, кофе, какао), как растворитель душистых веществ, эфирных масел. В некоторых случаях растворы этих веществ в пропиленгликоле могут разбавляться водой без нарушения их однородности.

Содержание

Введение……………………………………………………………………… 3
1. Аналитический обзор способов производства………………………...... 5
2. Физико-химические основы технологического процесса……...………. 10
3. Характеристика исходного сырья, материалов, полупродуктов и готового продукта ……………………………………………...…...………. 13
4. Описание технологической схемы и процесса …………………...…….. 15
5. Материальные расчеты………………………….………………….…….. 17
6. Тепловые расчеты……………………………………………………........ 20
7. Подбор и технический расчет оборудования…………………...………. 23
8. Аналитический контроль производства………….……………...…….... 25
9. Экология производства………………………...…………………...…….. 27
10. Выводы...…………….………………………….………………….…….. 30
Список использованной литературы……………...………………………... 31

Работа состоит из  1 файл

Курсовик по Хим. Технологии.docx

— 293.19 Кб (Скачать документ)

Министерство образования и науки  Российской Федерации

 Государственное образовательное учреждение

 высшего профессионального образования

 «Кузбасский Государственный Технический Университет» 

 Кафедра технологии основного органического синтеза 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

 к курсовому  проекту

 по  теме: «Разработка проекта стадии синтеза производства пропиленгликоля. Мощность 7 тыс. т/год» 
 
 
 
 
 
 
 
 

                   Выполнил:

                   студент гр. ХО-061 Андреев А.П.

                   Руководитель:

                   к.х.н., доцент          Воронина С.Г. 
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   
                   

Кемерово 2011 

Содержание 

Введение……………………………………………………………………… 3
1. Аналитический  обзор способов производства………………………...... 5
2. Физико-химические  основы технологического процесса……...………. 10
3. Характеристика  исходного сырья, материалов, полупродуктов  и готового продукта ……………………………………………...…...………. 13
4. Описание  технологической схемы и процесса  …………………...…….. 15
5. Материальные  расчеты………………………….………………….…….. 17
6. Тепловые  расчеты……………………………………………………........ 20
7. Подбор  и технический расчет оборудования…………………...………. 23
8. Аналитический  контроль производства………….……………...…….... 25
9. Экология  производства………………………...…………………...…….. 27
10. Выводы...…………….………………………….………………….…….. 30

Список использованной литературы……………...………………………...       31

 

    Введение 

   В отличие от других гликолей пропиленгликоль  практически не токсичен, поэтому  он употребляется в пищевой, фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности, в которых этиленгликоль применять  нельзя. Водные растворы пропиленгликоля  используются как хладоноситель  в холодильных установках и как  теплоноситель на предприятиях, связанных  с производством и хранением  пищевых продуктов. В пищевой  промышленности пропиленгликоль применяется  для приготовления приправ, экстракции специй из природных продуктов (ванильных  бобов, кофе, какао), как растворитель душистых веществ, эфирных масел. В  некоторых случаях растворы этих веществ в пропиленгликоле могут  разбавляться водой без нарушения  их однородности.

   Благодаря сладковатому вкусу пропиленгликоль  может использоваться вместо глицерина  и сахара. Гигроскопичность пропиленгликоля  позволяет пищевым продуктам  и табаку сохранять необходимую  влажность при длительном хранении. Применению пропиленгликоля в пищевой  промышленности также способствуют его консервирующие, стерилизующие  и бактерицидные свойства.

   Аэрозоли  водных растворов пропиленгликоля  обладают бактерицидными свойствами,   поэтому   пропиленгликоль  применяется для  очистки воздуха, особенно на предприятиях пищевой промышленности.

   Пропиленгликоль применяется как пластификатор  смол, пластических масс и пленок, изделия  из которых имеют контакт с  пищевыми продуктами, для смазки и  консервации упаковочных машин  в пищевой, фармацевтической и косметической  промышленности. Как хороший растворитель природных и синтетических материалов, он нашел широкое применение в, фармацевтической промышленности для приготовления различных тинктур, растворов для инъекций, мазей и притираний. Для указанных целей немаловажное значение имеют также бактерицидные и фунгицидные свойства пропиленгликоля. В косметике пропиленгликоль используется для приготовления эликсиров, лосьонов, шампуней, эмульсий, паст, кремов, помад и других препаратов. 

    

 

    Получение пропиленгликоля в промышленных условиях включает в себя 
следующие стадии: приготовление исходного водного раствора окиси 
пропилена, гидратация окиси пропилена, упаривание водного раствора 
пропиленгликоля и ректификация раствора гликолей с выделением товарных 
продуктов (монопропиленгликоля и побочно получаемых ди- и 
трипропиленгликоля).

 

   1. Аналитический обзор способов производства 

   Впервые пропиленгликоль был получен  Вюрцем в 1859 г. гидролизом пропиленгликольдиацетата, синтезированного из дибромпропана  при взаимодействии с ацетатом серебра. Пропиленгликоль был так же получен  в результате гидролиза дибром- или  дихлорпропана при их нагревании в течении 4-5 часов с водой и  в присутствии окиси свинца. Наряду с пропиленгликолем образуются ацетон и пропионовый альдегид.

   Гидролиз  дихлорпропана может проводится так же водными растворами карбоната  или бикарбоната натрия при температуре около 200 ºС и давлении от 4,9 до 8,1 МПа (48-87 кгс/см2), причем при использовании карбоната выход пропилена составляет 48%, а бикарбоната – 60-65%. Пропиленгликоль можно получить непосредственным окислением пропилена.

   При гидроксилировании пропилена безводной  перекисью водорода в растворе трет-бутилового спирта в присутствии четырехокиси осмия как катализатора при температуре 0 ºС выход пропиленгликоля достигает 68%:

    СН2=СНСН32О2         СН2ОНСНОНСН3

   Однако  способ этот весьма опасен и характеризуется  большим расходом перекиси водорода (1,5 моль на 1 моль образовавшегося пропиленгликоля).

   Пропиленгликоль, его сложные эфиры и окись  пропилена образуются при окислении пропилена в растворе карбоновых кислот надуксусной кислотой или водным раствором перекиси водорода при умеренной температуре (около 60 °С) и небольшом давлении (около 0,17 МПа, или 1,7 кгс/см2). Вместо перекиси водорода можно использовать ее аддукт с карбамидом.

   Пропиленгликоль получается при окислении пропилена  кислородом (воздухом) в щелочном водном растворе, содержащем: 0,1 моль/л КОН, 0,1-0,2

 

моль/л K3Fe(CN)6 в 1,6·10-4 моль/л OsO4. Процесс включает следующие стадии:

   окисление пропилена восьмивалентным  осмием

    [OsO4(OH)2]2- +CH2=CHCH3 + 2H2O         CH2OHCHOHCH3 +[OsO2(OH)4]2-

   окисление образовавшегося  шестивалентного  осмия ферроцианидом  калия

    [Os2O(OH)4]2- + 2Fe(CN)63- + 2ОH-        [OSO4(OH)2]2- + 2Fe(CN)64- + 2H20

   электрохимическое окисление ферроцианида калия в ферроцианид

    4 Fe(CN)64- + O2 + 2H2O          4Fe(CN)63- + 4 OH-

   В оптимальных условиях выход пропиленгликоля достигает 99% от теоретического, но концентрация его в растворе весьма низка — 3,6 г/л. Особенным недостатком процесса является высокая токсичность четырехокиси осмия.

   Пропиленгликоль предложено получать из пропилена через пропиленгликольацетат (или пропиленгликольдиацетат):

    CH3CH=CH2 + 0,5 O2 + CH3COOH

                CH3CHOHCH2OCOCH3 + H2O           CH3CHOHCH2OH + CH3COOH 

   Гидролиз  пропиленгликольацетата ведется при  давлении, близком к нормальному. Для полноты гидролиза воду дают в избытке. Гидролизат подвергается ректификации для выделения пропиленгликоля и концентрированной уксусной кислоты, которая возвращается в процесс на получение пропиленгликольацетата. Свежая уксусная кислота требуется только для возмещения ее потерь па обеих стадиях синтеза.

   В зависимости от применяемого катализатора и условий синтеза наряду с пропиленгликольацетатом образуются значительные количества дипропиленгликольацетата, при гидролизе которого также с хорошим выходом получается пропиленгликоль. Селективность процессов получения пропиленгликольацетата и его гидролиза весьма высокая и достигает 95% на

 

   каждой  стадии.

   

   Пропиленгликоль с выходом около 50% на исходный пропилен получается при окислении пропилена  кислородом воздуха в инертном растворителе, например в бензоле, в присутствии  ацетата марганца. При этом получается и ряд других кислородсодержащих продуктов. Процесс проводят при 210-230 °С и 5,5-5,9 МПа (56-60 кгс/см2), одновременно образующиеся водорастворимые продукты экстрагируют водой.

   Пропиленгликоль совместно с метиловым спиртом образуется при гидрировании пропиленкарбоната:

   CH3   HC       CH2 + 3H2        CH3CHOHCH2OH + CH3OH

                                 O       O

                                    C = O

   В оптимальных условиях (давление 29,4 МПа, или 300 кгс/см2, температура 220 ºС и в присутствии 2,5-10% меднохромового катализатора) выход пропиленгликоля достигает 95%, а метилового спирта — 100% при полной конверсии пропиленкарбоната. Полученный гидрогенизат содержит 64-66% пропилеигликоля, 29-31% метилового спирта и 4-5% пропиловых спиртов, дипропиленгликоля, продуктов конденсации. При снижении давления водорода уменьшается селективность процесса.

   Пропиленгликоль можно получить гидрогенолизом высших полиолов (глюкозы, ксилата), образующихся при гидролизе растительного  сырья (древесины, кукурузных кочерыжек, хлопковой шелухи и др.). Наряду с пропиленгликолем образуются другие многоатомные спирты: 

                                                       2CH2OHCHOHCH2OH

   C6H12O6  3CH2OHCH2OH

    C5H10O5 + H2          CH2OHCHOHCH2OH + CH3OHCH2OH 

    C6H10O5 + 2H2         CH2OHCHOHCHOHCH2OH + CH3OH

    CH2OHCHOHCH2OH + H2         CH3CHOHCH2OH + H2O

   

   Соотношение получающихся глицерина, этилен- и пропиленгликолей, также более тяжелых полиолов, зависит от условий процесса. Жесткие условия — повышенная температура и малая объемная скорость — способствуют повышению выходов этилен- и пропиленгликолей. Так, при гидрогенолизе ксилита при 19,6 МПа (200 кгс/см2), 240 °С и объемной скорости 0,91 ч-1 получается 33,8% этиленгликоля, 14,6% пропиленгликоля и 40,4% глицерина. При том же давлении, но при повышении температуры до 250 °С и снижении объемной скорости до 0,56 ч-1 выход продуктов составляет 35,6% пропилен-гликоля, 39,7% этиленгликоля и 9,6% глицерина. Выход пропиленгликоля может быть повышен до 43—44% при возврате глицерина на повторный гидрогенолиз вместе с непрореагировавшим ксилитом [1].

   Сегодня процесс получения пропиленгликоля осуществляется как каталитической, так и некаталитической гидратацией оксида пропилена в адиабатическом реакторе. Процесс протекает в большом мольном избытке воды. Основными продуктами гидролиза являются моно-, ди-, три- и тетрапропиленгликоли.

   Разработана математическая модель процесса с учетом неизотермичности, позволяющая рассчитывать поля температур и концентраций в  трубчатом адиабатическом реакторе в зависимости от кинетических и  гидродинамических параметров с учетом масштабного перехода [2].

Информация о работе Разработка проекта стадии синтеза производства пропиленгликоля. Мощность 7 тыс. т/год