Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Января 2012 в 09:49, курсовая работа
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.
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
Основной способ получения пропиленгликоля в промышленности - гидратация окиси пропилена.
Некаталитическую гидратацию проводят при 200-220 °C, каталитическую в
присутствии кислот, щелочей, ионообменных смол (катионитов в H-форме, анионитов в гидрокарбонатной форме и т.п.). Каталитическую гидратацию в присутствии небольших количеств щелочи или серной кислоты осуществляют при 150-180°C и давлении 1,5-1,8 МПа в течение 20-30 мин. Реакционная смесь содержит около 20% 1,2-пропиленгликоля, до 1,5% дипропиленгликоля и небольшое количество полигликолей (в присутствии щелочей количество полигликолей увеличивается) после выпаривания и последующей ректификации получают товарные пропиленгликоли высокого качества [4].
Наиболее перспективным альтернативным способом получения пропиленгликоля является селективное каталитическое гидрирование молочной кислоты. Однако в присутствии большинства известных металлических и нанесенных катализаторов процесс гидрирования молочной кислоты протекает в достаточно жестких условиях. В наиболее мягких условиях превращение карбоксильной группы молочной кислоты в гидроксильную группу происходит на медьсодержащих катализаторах. Процесс протекает при давлении 1 атм. и температуре от 180 до 220 ºС.
Показано, что основными продуктами превращения молочной кислоты являются пропиленгликоль и пропионовая кислота, образующиеся по двум параллельным маршрутам. По первому маршруту происходит протонирование карбонильного атома кислорода молочной кислоты с последующим ее гидрированием на поверхности Cuo в 1,1,3-пропантриол, дегидратация которого приводит к образованию гидроксипропаналя с последующим превращением в пропиленгликоль. По второму маршруту происходит внутримолекулярная дегидратация молочной кислоты в акриловую кислоту, гидрирование С=С связи которой на центрах Cuo приводит к образованию пропионовой кислоты [3].
2.
Физико-химические
основы технологического
процесса
Пропиленгликоль получают гидратацией оксида пропилена в присутствии катализатора гидроксида натрия, при температуре 170 – 200 ºС и давление 1,0-1,5 Мпа.
Объемные соотношения воды и оксида пропилена в смеси, поступающей на гидратацию – около 4: 1.
При этих условиях образуется раствор гликолей с массовой долей пропиленгликоля до 20%, дипропиленгликоля до 2%, трипропиленгликоля до 1 %.
Кислотный катализ этой реакции протонными кислотами эффективен только в сильнополярных средах (вода, низшие спирты) и имеет механизм:
В малополярной среде протонные кислоты быстро присоединяются к α-оксидам и становятся неактивными. Скорость большинства реакций α-оксидов пропорциональна их концентрациям, протодонорного агента (Н3О+, НА и др.) и нуклеофила (А-, НА, R2NH и др.). Однако в активировании цикла принимает участие и образующийся продукт. Также обладающий
кислотными свойствами:
r = {k1[H3O+] + k2[CH3CH(OH)CH2OH]}[CH3 – CH – CH2][H3O+]
Вследствие этого нередко обнаруживается автокатализ.
Рассмотренная выше реакция по получению пропиленгликоля способна к дальнейшему присоединению. В результате протекают последовательно-параллельные реакции с образованием продуктов все более высокой степени оксиэтилирования:
Состав образующихся продуктов и селективность процесса по целевому продукту зависят от отношения констант скорости последовательных стадий реакций и от соотношения реагентов. Первый из этих факторов определяется в свою очередь свойствами исходных веществ и продуктов, а также выбранным типом реакций α-оксидов.
Дифференциальная селективность по первому промежуточному продукту описывается уравнением
где К2/К1 – отношение кислотностей первого продукта и исходного реагента; G и а – постоянные уравнения Бренстеда.
При некаталитическом реакции и кислотном катализе справедливо такое же уравнение, но величина α для разных типов реакций разная: 0,65 при нуклеофильном катализе, 0,22 при некаталитической реакции и 0,13 при кислотном катализе. При реакциях α-оксидов с водой, одноатомными спиртами
первая стадия присоединения всегда протекает значительно медленнее второй, но последующие имеют примерно такую же скорость, как вторая. Как известно, при таких последовательно-параллельных процессах образование первого промежуточного продукта невелико и максимум его смещен в сторону низких мольных соотношений α-оксидов и реагента.
Для достижения высокого выхода целевого продукта в каждом случае нужно выбирать оптимальное соотношение исходных реагентов с учетом экономических затрат на отгонку и рециркуляцию избыточного реагента. Так, при производстве этилен- и пропиленгликолей или целлозольвов (т. е. при введении одной оксиэтильной группы) реакция всегда проводится при недостатке этиленоксида (мольное отношение от 1:7 до 1:15 и более).
Реакции, осуществляемые при большом избытке второго реагента (т. е. при недостатке α-оксида), имеют место при производстве этилен- и пропиленгликолей, диэтиленгликоля, целлозольвов. Теплота реакции воспринимается избыточным реагентом, за счет чего температура реакционной массы повышается всего на 40-50 °С. Это дает возможность осуществлять процесс в адиабатических и полностью гомогенных условиях, т. е. с заранее приготовленным раствором α-оксида в воде или спирте. Для поддержания реакционной массы в жидком состоянии при 150-200 °С необходимо давление около 2 МПа.
Для
таких процессов используют непрерывно
действующие реакционные колонны, не
имеющие поверхностей теплообмена. Исходная
смесь, предварительно подогретая паром,
подается сверху и поступает в низ колонны
по центральной трубе, в которой она подогревается
реакционной массой. Продукты реакции
выводят сверху. Время контакта при получении
гликолей и целло зольвов в отсутствие
катализаторов составляет 20-30 мин, что
обусловливает наличие в аппаратах значительного
продольного перемешивания, снижающего
селективность [1].
3.
Характеристика исходного
сырья, материалов,
полупродуктов и
готового продукта
Таблица 1
Характеристика
сырья, материалов и готовых продуктов
[4]
| Наименование веществ | ГОСТ или ТУ | Показатели по ГОСТу или ТУ | Физические характеристики | Примечания |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Пропиленгликоль СH2(OH)-СH(OH)-СH3 |
ТУ 6-09-2434-8) | Плотность при
температуре 20° С, г/см3
1,0340-1,0380 Показатель преломления 1,4320-1,4330 |
Бесцветная вязкая жидкость со слабым характерным запахом, смешивается с водой и спиртом, гигроскопична. | При использовании пропиленгликоля в пищевой промышленнос-ти определяют концентрацию токсичных элементов: As, Pb, Hg, Cd. |
| Натр
едкий
NaOH |
ГОСТ 2263-
79 |
Массовая доля
гидроксида натрия, %,
не менее – 42,0 Предельно допустимая концентрация аэрозоля едкого натра в воздухе рабочей зоны производствен-ных помещений (ПДК) -0,5 мг/м3. Едкий натр относится к вредным веществам 2 класса опасности по ГОСТ 12.1.007. |
Бесцветная
прозрачная жидкость.
В воде хорошо растворяется с образованием бесцветного раствора и выделением большого количества тепла. |
Едкий натр представляет
со бой едкое вещество. При попадании
на кожу вызывает химические ожоги, а при
длительном воздействии может вызывать
язвы и экземы. Сильно действует на слизистые
оболочки.
Опасно попадание едкого натра в глаза. |
| Азот
N2 |
ТУ 11303-13-27-85 | Давление
0,3 – 0,5 Мпа Плотность 1,25046 кг/см3 tпл=-210°С tкип=-195,8 °С |
Газ без цвета и запаха, легче воздуха |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Воздух технический компримированный | ГОСТ 17433 -86 | Давление
0,6 -0,8 Мпа |
Газ | |
| Полигликоли | ТУ 422-079-057668 01-98 | Плотность при
20°С, г/см3, в пределах
1.09- 1.13; Массовая доля воды, %, не более 3,0 Температура начала кристаллизации, °С, не выше 40,0 массовой долей не менее 75,0%. |
Бесцветная или желтоватая жидкость | |
| Оксид
пропилена
СН3СНСН2О |
ГОСТ Р 51330.5-99 | Температура
кипения: +34°С. Температура вспышки:-37°С
Температура самовоспламене-ния:449°С Давление паров, кПа при 20°С: 59 |
Очень летучая жидкость с характерным запахом | Вещество может
образоваться бурно
под влиянием оснований, кислот и хлоридов металлов с опасностью возникновения пожара или взрыва. Реагирует бурно с хлором, аммиаком, сильными окислителями, кислотами с опасностью пожара и взрыва |
4. Описание технологической схемы и процесса
Производство включает следующие стадии:
- приготовление раствора гидроксида натрия
- приготовление рабочей смеси
- гидратация окиси пропилена
- обезвоживание реакционной смеси
4.1. Синтез реакционной смеси
Приготовление рабочей смеси
Окись пропилена из корпуса 545 под давлением азота не более 0,25 МПа (2,5 кгс/см2) через обратный и отсечные клапаны поступает в емкости (поз. 11,2), «установленные с южной стороны корпуса 150. В емкостях (поз. 11,2) окись пропилена находится под давлением азота 0,2 - 0,25 МПа (2,0-2,5 кгс/см2).
По
окончании приема трубопровод подачи
окиси пропилена продувают
Для
приготовления рабочей смеси
преимущественно используют дистиллят
ректификационной колонны (поз.80), полученный
в процессе обезвоживания реакционной
смеси, а в качестве подпитки используют
паровой конденсат после
Приготовление рабочей смеси осуществляют в смесителе непрерывного действия (поз.31). Конденсат в смеситель (поз.31) подают насосом (поз.301,2) через ротаметр и клапан, автоматически регулирующий расход, из емкости (поз.40). Окись пропилена под давлением азота не более 0,25 МПа (2,5 кгс/см2) поступает в смеситель (поз.31) через обратный клапан, отсечной клапан, клапан, автоматически регулирующий расход, и ротаметр из емкости (поз. 11,2). Рабочая смесь из смесителя (поз.31) поступает на всас плунжерного насоса (поз. 41,3).
Для предотвращения попадания в систему воздуха и исключения образования взрывоопасной смеси окиси пропилена с воздухом воздушная линия смесителя (поз.31) связана с гидрозатвором (поз.32), в который подают азот с давлением не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и промышленную воду. Воду после гидрозатвора (поз.32) сливают в канализацию органических стоков, азот с не сконденсировавшимися парами через огнепреградитель сбрасывают в атмосферу.