Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 39
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«МИРЭА – Российский технологический университет»
Институт тонких химических технологий им. М. В. Ломоносова
Кафедра общей химической технологии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Химическая технология»
на тему:
«Производство метилового спирта»
Студентка группы
Преподаватель
к. х. н., доцент
Шварц А. Л.
Москва, 2019
Содержание
1. Введение………………………………………………..………………3
2. Исходное сырье………………………………………………………...5
3. Характеристика целевого продукта………………………………...…………………………..……..6
4. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства……………………........................................................…...8
5. Описание технологической схемы процесса………………………………………………….………………..10
6. Расчёт материального баланса ХТС…………………………………………..…………………………....16
7. Расчёт основных технологических показателей процесса……………………………………………………...……………22
8. Список использованной литературы…………………………………23
1.Введение
Метанол (метиловый спирт) является одним из важнейших по значению и масштабам производства органическим продуктом, выпускаемым химической промышленностью. Впервые метанол был найден в древесном спирте в 1661 г., но лишь в 1834 г. был выделен из продуктов сухой перегонки древесины Думасом и Пелиготом. В это же время была установлена его химическая формула. I v Способы получения метилового спирта могут быть различны: сухая перегонка древесины, термическое разложение формиатов, гидрирование метилформиата, омыление метилхлорида, каталитическое неполное окисление метана, каталитическое гидрирование .окиси и двуокиси углерода.
До промышленного освоения каталитического способа метанол получали в основном сухой перегонкой древесины. «Лесохимический метиловый спирт» загрязнен ацетоном и другими трудноотделимыми примесями. В настоящее время этот метод получения метанола практически не имеет промышленного значения. По причинам технического и главным образом экономического характера промышленное развитие получил метод синтеза метанола из окиси углерода и водорода.
В 1913 г. был разработан синтетический способ получения метанола из окиси углерода и водорода на цинк-хромовом катализаторе при давлении 250—350 кгс/см2. Позднее, в 1923 г. этот процесс был осуществлен в Германии в промышленном масштабе и в дальнейшем интенсивно развивался и совершенствовался.
История развития отечественного промышленного синтеза метанола началась в 1934 г. выпуском
30 т/сут. метанола на двух небольших агрегатах Новомосковского химического комбината. Сырьем для производства метанола служил водяной газ, полученный газификацией кокса. В настоящее время основное количество метанола вырабатывается на базе природного газа. Процесс синтеза осуществляется при 250—300 кгс/см
2 и 380 °С.
Несмотря на токсичность, метанол находит широкое применение как в органической химии – в качестве растворителя, так и в газовой промышленности – для борьбы с образованием гидратов.
В органическом синтезе метанол применяют для получения формальдегида, формалина, уксусной кислоты, эфиров, изопрена и других.
Часть спирта идет на производство формальдегида, который далее используется для производства карбамидоформальдегидных и фенолформальдегидных смол.
Так же CH3OH используют в лакокрасочной промышленности по изготовлению растворителей при производстве лаков. Кроме того, его применяют как добавку к жидкому топливу для двигателей внутреннего сгорания. Метанол используется для заправки гоночных автомобилей и мотоциклов, так как он горит в воздушной среде, и при его окислении образуется двуокись углерода и вода. При совместном использовании метанола с растительным маслом получают – биодизель. Во многих странах метанол применяется в качестве денатурирующей добавки к этанолу при производстве парфюмерии.
Из вышесказанного видно, что метиловый спирт имеет значительные масштабы производства и применения во многих направлениях.
Предприятия по выпуску метанола размещены в различных экономических районах страны, поэтому и виды используемого сырья различны. Наиболее дешевый метанол получают при использования в качестве сырья природного газа. Это и стимулирует перевод предприятий метанола на природный газ.
Несмотря на достигнутые успехи, производство метанола продолжает совершенствоваться. Разрабатываются более активные и селективные катализаторы, а также совершенствуются цинк-хромовые катализаторы, методы получения и подготовки исходного технологического газа, аппаратурное оформление процесса. Более полно используется тепло, выделяющееся при синтезе метанола. Разрабатываются технологические схемы на основе прогрессивной техники. Новые мощные агрегаты синтеза метанола производительностью до 30 тыс. т/г в энергетическом отношении будут автономны—для ведения процесса практически не потребуется подводить извне энергию и пар. Одновременно с созданием крупных одноагрегатных установок с использованием низкотемпературных катализаторов в мировой практике имеются примеры создания крупных агрегатов, работающих при высоком давлении (250— 350 кгс/см2). Однако в мировой и отечественной практике ввиду технико-экономических преимуществ намечается развитие схем производства метанола при низком давлении 50—150 кгс/см
2.
2.Исходное сырье
Метанол по значению и объемам производства является одним из важнейших многотоннажных продуктов, выпускаемых современной химической промышленностью.
В качестве сырья для получения метанола могут использоваться: природный газ, синтез-газ производства ацетилена, газы нефтепереработки, твердое топливо.
Метанол получают различными методами, отличающимися исходным сырьем, способами его переработки в технологический газ, а также условиями проведения синтеза метанола. В настоящее время основной способ получения метанола – синтез из оксида углерода и водорода (эта смесь называется синтез-газом). Смесь окиси углерода и водорода производят путем конверсии метана.
Синтез метанола по физико-химическим условиям его проведения и по технологическому оформлению аналогичен синтезу аммиака. Как азото-водородную смесь, так и синтез-газ можно получить конверсией природного газа. В обоих процессах взаимодействие смесей тщательно очищенных газов происходит в присутствии катализатора. Из-за малого выхода конечных продуктов и тот и другой процессы являются непрерывно циклическими, причем реакцию никогда не ведут до полного превращения. Такая аналогия дала возможность вести оба синтеза на подобных установках, которые монтируют в составе одного завода.
Исходным сырьем в процессе синтеза метанола является газ после паро-кислородной конверсии метана, а также технический водород, применяемый для регулирования соотношения Н2:СО. К составу сырья предъявляются общин требования: наличие примесей – СН4 0.5%, СО2 2.2%, Н2S 2.0 мг/м3, карбонилы железа 3.0 мг/м3.
Процесс получения метанола состоит из следующих стадий:
1. Парокислородной конверсии природного газа в шахтном конверторе.
2. Очистке конвертированного газа от углекислоты до получения газа с функционалом
f = (Н2 –СО2) /(СО +СО2) =2.05 -2.20
3. Осушке конвертированного газа на алюмогеле.
4. Компримировании свежего газа до давления не более 9.3 МПа.
5. Синтез метанола – сырца.
6. Ректификация метанола – сырца.
1. Паро-кислородная конверсия метана.
Процесс получения технологического газа ведется в одну стадию методом паро-кислородной конверсии метана в шахтном конверторе на никелевых катализаторах при температуре 850-12000С.
3.Характеристика целевого продукта
3.1 Физические свойства
Метанол — CH3OH, простейший одноатомный спирт, бесцветная ядовитая жидкость. Температура кипения – 64,5; температура плавления – 97,9; плотность – 0,79 г/см в кубе.
На организм человека метанол действует опьяняющим образом и является сильным ядом, вызывающим потерю зрения и, в зависимости от дозы, смерть.
Физические характеристики метанола при нормальных условиях:
Молекулярный вес - 32,04;
Плотность, г/см8 - 0,8100;
Вязкость, мПа-с -0,817
Теплота парообразования, ккал/моль - 8,94
3.2 Химические свойства метилового спирта
При взаимодействии метанола с щелочными металлами гидроксильный водород замещается металлом
2CH3OH + 2Na -> 2CH3ONa + H2
Метанол реагирует с минеральными и карбоновыми кислотами. При этом образуются сложные эфиры
CH3OH + CH3COOH CH3COOCH3 + H2O
Метанол может реагировать с галогенов водородными кислотами, галогенидами фосфора
CH3OH + HCl CH3Cl + H2O
С аммиаком метанол образует метиламины:
СНзОН + NH3 ——> CH3NH2 + Н2О
СНзОН + СНзNН2 ——> (CH3)2NH2 + Н2О
CH3OH + (СНз)2NH2 ——> (СН3)3NH2 + Н2О
Эти реакции протекают в паровой фазе в присутствии катализаторов при 370—400 °С и повышенных давлениях..
Дегидратацией на катализаторе при повышенных температурах получают диметиловый эфир:
2СН3ОН ——> (СНз)2О + Н2О
При взаимодействии метанола и минеральных кислот образуются сложные эфиры. .Этот процесс называется этерификацией, и его широко используют в промышленной практике для получения различных метиловых эфиров — метилхлоридов, метилбромидов, метилнитратов, метилсульфатов и др.:
СНзОН + H2SO4 ——>- СНзSОзОН + Н2О
ГОСТ 2222-95, Метанол технический
Настоящий стандарт распространяется на технический метанол, получаемый каталитическим синтезом из оксидов углерода и водорода, и устанавливает требования к метанолу, предназначенному для использования в химической, лесохимической, фармацевтической, нефтяной, газовой, микробиологической и других отраслях промышленности, а также для поставки на экспорт.
4.Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта и экологической безопасности производства
4.1 Основные реакции химическая схеиа:
Синтез метанола основан на обратимой реакции, описываемой уравнением:
СО + 2Н2
СН3ОН; ΔH = -90,8 кДж Реакция – обратима, экзотермична и протекает с уменьшением объема.
С термодинамической точки зрения для смещения равновесия в сторону образования метанола необходимо проводить процесс при низких температурах и высоком давлении. Однако, для увеличения скорости реакции необходимо повышение температуры. При этом выбирая температурный режим, следует учитывать образование побочных продуктов: метана, высших спиртов, кетонов и эфиров.
4.2 Приведем некоторые побочные реакции:
СО2 +3Н2
СН3ОН + Н2ОСО + 3Н2 = СН4 + Н2О
2СО + 4Н2 = (СН3)2О + Н2О
4СО + 8Н2 = С4Н9ОН + 3Н2О
2СО = СО2 + С
т.е. процесс получения метанола является сложным.
Побочные реакции обуславливают бесполезный расход синтез-газа и удорожают очистку метанола.
Свежий и циркулирующий газ смешиваются в смесителе и поступают в колонну синтеза. После конденсации и отделения жидкого метанола-сырца в сепараторе газ возвращается в смеситель. Во избежание накапливания инертных примесей в циркулирующем газе часть газа выводят из системы. Метанол – сырец поступает на ректификацию. Содержание СН3ОН в ректификате составляет 99,5% (по массе).
4.3 Температура:
Процесс синтеза метилового спирта в зависимости от температурного режима работы катализатора может быть осуществлен в двух вариантах
А) высокотемпературный ( катализатор 2,5ZnO*ZnCr2O4, температура 370-420, давление 20-35 МПа);
Б) низкотемпературный ( катализатор ZnO*CuO*Al2O3 или ZnO*CuO*Cr2O3, температура 250-300, давление 5-10 МПа)
4.4 Катализатор:
Применяемый для синтеза метанола катализатор должен обладать высокой селективностью, т.е. максимально ускорять образование метанола при одновременном подавлении побочных реакций. Для синтеза метанола предложено много катализаторов. Лучшими оказались катализаторы, основными компонентами которых являются оксид цинка или медь.
Катализаторы синтеза метанола весьма чувствительны к каталитическим ядам, поэтому первой стадией процесса является очистка газа от сернистых соединений. Сернистые соединения