Файл: Производство уксусной кислоты окислением ацетальдегида.docx

сепаратора конденсат, состоящий из уксусной кислоты и ацетальдегида, возвращается в окислительную колонну, а несконденсировавшиеся газы промываются водой и выпускаются в атмосферу. Для предотвращения возможности взрыва НУК парогазовая смесь, выходящая из колонны, разбавляется азотом, который подается в брызгоуловитель 4. Жидкая уксусная кислота, выходящая из брызгоуловителя колонны 3, делится на два потока. Меньший из них (циркуляционная кислота) направляется в смесители 1 и 2 для приготовления растворов катализатора и ацетальдегида, а больший поступает на ректификацию в колонну 7 для получения товарного продукта. Из нижней части колонны 7 выводится в виде кубового остатка раствор катализатора, поступающий на регенерацию.

Основной аппарат технологической схемы — окислительная колонна. Она представляет цилиндр с расширенной верхней частью, играющей роль брызгоуловителя, высотой 12 и диаметром 1 м. Колонна изготовлена из алюминия или хромоникелевой стали, мало подверженных коррозии в уксуснокислой среде. Внутри колонна имеет полки, между которыми размещены змеевиковые холодильники для отвода реакционного тепла и несколько труб для подачи кислорода.

Товарным продуктом в этом методе является уксусная кислота концентрацией после двухкратной ректификации 97,5—98,5% мае. Выход уксусной кислоты составляет 92% при степени превращения ацетальдегида 0,98.

Структурная схема

В данной структурной схеме элементы химико-технологической системы представлены в виде блоков, имеющих входы и выходы. Блоки соответствуют декомпозиционному элементу в зависимости от цели декомпозиции и от исходной информации.

1- смешение 2- окисление; 3- конденсация и разделение газовых и жидких потоков; 4- ректификация с рециклом по ацетальдегиду.

• 
  N011– катализатор
  
• 
  N012 – свежий технический ацетальдегид
  
• 
  N12 – ацетальдегид пошедший на окисление
  
• 
  N023 – поступающий кислород
  
• 
  N300 – выхлопные газы
  
• 
  N402 – ацетальдегид после ректификации
  
• 
  N401 – получаемая уксусная кислота
  
• 
  N403 – метилацетат
  
• 
  N404 – этилидендиацетат
  

Исходные данные

---

Показатель	Значение
Состав технического кислорода, % (по объему):
кислород	97,5
азот	2,5
Состав технического ацетальдегида, % (по массе):
ацетальдегид	99,4
уксусная кислота	0,25
вода	0,35
Конверсия ацетальдегида, %	90,5
Селективность образования уксусной кислоты, %	96
Селективность превращения ацетальдегида, доли:
в метилацетат	0,025
в этилидендиацетат	0,015
Распределение непрореагировавшего ацетальдегида, %:
с выхлопными газами	31
с жидкими продуктами на ректификацию	69
Конверсия кислорода, %	93
Базис расчета, кг ледяной уксусной кислоты (99,8 %-ный водный раствор по массе)	1650

П^{укс. к-ты(100%)}=1650*0.998=1646,7 кг

Уравнения:

СН3СНО + 0,5O2 → CH3СOOH

2CH3CHO + 1,5O2 → СН3СООСН3 + CO2 + H2O

3СН3СНО + O2 → СН3СН(ОСОСН3)2 + H2O

Составление уравнений материального баланса.

1)Уравнение по поступающему на окисление ацетальдегиду:

(G₀₁₂*γ^ацет)/М_ацет+N₁₂*(1- Х^ацет)* γ^ацет_жидк=N₁₂

2)Образующийся метилацетат.

Х^ацет

---

*N₁₂*0,5* φ_{метилацет}^ацет=N₄₀₃

3)Образующийся этилендиацетат.

Х^ацет*N₁₂*0,333* φ_{этилендиацет}^ацет=N₄₀₄

4)Базисное уравнение по уксусной кислоте.

П^{укс. к-ты(100}%)/M_укс=N₁₂* Х^ацет* φ_укс^ацет+(G₀₁₂*γ^укс.)/М_ацет

5)Баланс по прореагировавшему кислороду.

(G₀₂₃*Х^кисл* γ^кисл)/М_кисл=N₄₀₃*1,5+N₄₀₄+ (^{Пукс. к-ты(100%)}/M_укс)*0,5

6)Общее кол-во воды по реакции.

(G₀₁₂*γ^вода)/М_вода+N₄₀₃+N₄₀₄=n_вод

7)Баланс по выхлопным газам.

N₃₀₀=(G₀₂₃*(1-Х^кисл)* γ^кисл)/М_кисл+(G₀₂₃*γ^азот)/М_азот+ N₁₂* γ^ацет_выхлоп+ N₄₀₃

N₄₀₃=N_CO2

Условное обозначение	Xi	Размерность	значение
G012	X1	кг	1303,27
N12	X2	кмоль	31,5
N403	X3	кмоль	0,356
N404	X4	кмоль	0,142
G023	X5	кг	508,15
nвод	X6	кмоль	0,75
N300	X7	кмоль	11,67

Производится переименование переменных Ni на Хi для составления уравнений и решения СЛАУ.

1. 
   Х1*0,02259+Х2*0,0655=Х2
   
2. 
   Х2*0,0113=Х3
   
3. 
   Х2*0,00452=Х4
   
4. 
   27,445=Х2*0,8688+Х1*0,00005682
   
5. 
   Х5*0,028336=Х3*1,5+Х4+13,7225
   
6. 
   Х1*0,000194+Х3+Х4=Х6
   
7. 
   Х7=Х5*0,002133+Х5*0,000893+Х2*0,31+Х3
   

Определение масс потоков:

G₁₂ = N₁₂* М_ацет =31,5 кмоль*44 кг/ кмоль = 1386 кг,

G₄₀₃ = N₄₀₃* М_{метилацет} = 0,356 кмоль*74 кг/кмоль = 26,3кг,

G₄₀₄ = N₄₀₄* М_{этилиденди.} =0,142 кмоль*146 кг/кмоль=20,73 кг

G_ацет = G₀₁₂ * γ^ацет = 1303,27 кг * 0,994 = 1295,45 кг

G_{ацет после ректи} = G₁₂-G_ацет = 1386 кг-1295,45 кг = 90,55 кг

G_{вод из ацет =} G₀₁₂ * γ^вода = 1303,27 кг * 0,0035 = 4,56 кг

G_{вода реакц} = (n_вод*М_вод) - G_{вод из ацет} = (0,75 кмоль*18 кг/кмоль) - 4,56 кг = =8,94 кг

---

G_{кисл исх} = G₀₂₃ * γ^кисл = 508,15 кг * 0,975 = 495,45 кг

G_{кислор. непрореаг}= G_{кисл исх}*(1-X^кисл)=495,45*(1-0,93)=34,7 кг

G_{ацетальд непрореа}= G_{ацетальд}*(1-X^ацетал) =1295,45 кг * (1-0,905) =123,07 кг

N_CO2=N₄₀₃

G _CO2= N₄₀₃*М _CO2=0,356кмоль*44 кг/кмоль=15,66 кг

G_{укс. у-ты} = G₀₁₂ - G_ацет - G_{вод из ацет} = 1303,27 - 1295,45 – 4,56 = 3,26 кг

G_вод = n_вод * М_вода = 13,5 кг

Материальный баланс.

Приход			Расход
наименование	кг	% масс.	наименование	кг	% масс.
Ацетальд. Техн.(свеж)	1303,27		уксусн.к-та	1646,7	86,8
ацетальдегид	1295,45	68,1	метилацетат	26,3	1,4
уксусн.к-та	3,26	0,17	этилидендиац.	20,73	1,1
вода	4,56	0,24	уксусн.к-та из ацетал.	3,26	0,17
Кислород техн.	508,15		вода по реакции	13,5	0,7
Кислород	495,45	26,05	кислород непрореаг.	34,7	1,8
Азот	12,7	0,67	Азот	12,7	0,67
Ацетальд.после ректификации	90,55	4,76	Ацетальд. непрореаг.	123,07	6,5
			углекисл. Газ	15,66	0,8
			Невязка	5,0
Всего	1902	100	Всего	1897	100

---

Расчет основных технологических показателей процесса

1. 
   Теоретический расходный коэффициент ацетальд. (_стех)
   

_стех =М ^ацет/M^{уксусн. к-та} =44/60=0,73

2. 
   Практический расходный коэффициент ацетальд(_пр)
   

_пр =G ^ацет/G^{уксусн. к-та}=1295,45/1646,7=0,787

3. 
   Выход уксусной кислоты по ацетальдегиду.
   

= G ^{уксус.к-та}/G ^{уксус.к-та} _стех= G ^{уксус.к-та} /G ^{ацетальд}*(M ^{уксус.к-та} /М^{ацетальд})

=1646,7/[1295,45*(60/44)]=0,932=93,2%

4. 
   Теоретический расходный коэффициент кислород (_стех)
   

_стех =М ^кисл/M^{уксусн. к-та} *a/b=32*0,5/60=0,26

5. 
   Практический расходный коэффициент ацетальд(_пр)
   

_пр =G ^кисл/G^{уксусн. к-та}=495,45/1646,7=0,3

6. 
   Выход уксусной кислоты по кислороду.
   

= G ^{уксус.к-та}/G ^{уксус.к-та} _стех= G ^{уксус.к-та} /G ^{кислород}*(M ^{уксус.к-та} /М^{кислород})/0,5

=1646,7/[495,45*(60/32)/0,5]=0,886=88,6%

Выводы

Технологический процесс получения уксусной кислоты путём окисления ацетальдегида техническим кислородом является сложным многостадийным каталитическим гомогенным процессом, протекающим в жидкой фазе. Процесс характеризуется высокими значениями основных критериев эффективности, соответствует принципам общей химической технологии.

Список литературы.

1. 
   [Электронныйресурс] // URL: marketpublishers.ru/lists/7136/news.html
   
2. 
   Проект узла синтеза ацетальдегида окислением этилена[Электронныйресурс]: http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/29550/1/TPU197743.pdf
   
3. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гуманит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.
   
4. 
   Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1988. - 592 с.
   
5. 
   Краткий справочник физико-химических величин» под редакцией К.П. Мищенко и А.А. Равделя, Л.: Химия, 1974 г.
   

---