Выбор и обоснование источников сырья, энергоресурсов, географичческой точки строительства.

ВВЕДЕНИЕ

Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее время, формальдегиду, принадлежит особая роль.

Формальдегид – весьма активное химическое соединение, легко вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса новых соединений, многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного органического синтеза.

Формальдегид используется в промышленности в качестве сырья для производства синтетических смол, пластических масс, новых органических красителей, поверхностно-активных веществ, лаков, лекарственных препаратов и взрывчатых веществ. В сельском хозяйстве для протравления семян, в кожевенной промышленности для дубления кожи, в медицине как антисептическое средство и в животноводстве. Круг применения формальдегида растет из года в год. В связи с этим растет и его производство.

В настоящее время основным потребителем формальдегида является промышленность синтетических смол: производство фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных смол; смол, модифицированных путем обработки формальдегидом; малорастворимых лаков, покрытий, клеев, слоистых пластиков.

Наибольшее распространение получил продукт, содержащий 35 – 37 % формальдегида и 6 – 11 % метанола, называемый формалином. Рецептура формалина сформировалась исторически, под влиянием следующих факторов. Во-первых, метанол и вода сопутствуют формальдегиду на стадии его получения наиболее употребительным методом (метанол – сырье, вода – побочный продукт и абсорбент). Во-вторых, раствор указанного состава при положительных температурах вполне стабилен к выпадению полимера и может храниться или транспортироваться в течении неопределенно долгого времени. В – третьих, в виде водно-метанольного раствора формальдегид может применяться в большинстве производственных синтезов, а также при непосредственном использовании. и, наконец, в-четвертых, именно формалин получается при окислительной конверсии метанола в присутствии металлических катализаторов на стадии абсорбции контактного газа, никаких дополнительных операций по приданию продукту товарных свойств (концентрирование, очистка и т. д.), как правило, не требуется.

Физические свойства: Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид) – простейший альдегид, самый активный из предельных алифатических альдегидов. Формальдегид не образует водородных связей, поэтому его температура кипения значительно ниже температуры кипения соответсвующих спиртов. Формальдегид – легкокипящая жидкость.

Формальдегид НСНО – бесцветный газ с острым раздражающим запахом, с температурой кипения –19,2^оС, температурой плавления –118^оС и плотностью (в жидком состоянии при –20^оС) 0,815 кг/м³. С воздухом образует взрывчатые смеси с пределами воспламеняемости 5,5 и 34,7% объемн. Формальдегид хорошо растворим в воде, спиртах, ограничено растворим в бензоле, эфире, хлороформе, не растворим в алифатичеких углеводородах. Смесь формальдегида с водой называется формалином. Формальдегид токсичен, предельно допустимая концентрация составляет 0,5 мг/м³.

 

Химические свойства: Формальдегид – самый активный из предельных алифатических альдегидов.

Формальдегид легко полимеризуется, особенно при нагревании и в присутствии полярных примесей, образуя твердый полимер линейного строения (параформ) с оксиметиленовыми звеньями:

nHCHO+H₂O«H-(-O-CH₂-)_n-OH,

                                          формальдегид   параформ

где n=8-100.

Процесс полимеризации обратим, поэтому параформ легко деполимеризуется под воздействием щелочных и кислотный реагентов, что используется на практике для хранения и транспортировки формальдегида.

2. Присоединение реактива Гриньяра приводит к первичным спиртам. Взаимодействием реактива Гриньяра с формальдегидом можно получить практически любой первичный спирт (кроме метанола). Для этого продукт присоединения реактива Гриньяра гидролизуют водой:

 

3. Окисление с помощью [Ag(NH₃)₂]OH и Cu(OH)₂ происходит до СО₂. При взаимодействии формальдегида с кислородом образуется муравьная кислота, которая при дальнейшем взаимодействии с кислородом дает оксид углерода (IV) и воду:

 

НСНО+0,5О₂=НСООН и НСООН+0,5О₂=СО₂+Н₂О

                 формальдегид      муравьиная кислота                          оксид

                                                                                                              углерода (IV)  

4. Гидрирование (восстановление) с образованием первичных спиртов (RCH₂OH):

НСНО+Н₂=СН₃ОН

                                                        формальдегид     метанол

Цель курсовой работы: изучение способа получения формальдегида. Также необходимо рассмотреть вопросы, касающиеся технологического контроля, охраны труда и экологии в изменившихся условиях эксплуатации.

Задачи курсового проекта:

· Рассмотреть способы получения формальдегида

· Обосновать оптимальные параметры процесса

· Дать экологическую оценку производства

· Рассчитать материальный и тепловой баланс

· Ознакомится со схемой технологического процесса

 

Характеристика сырья.

Химические и механические примеси, содержащиеся в метаноле и атмосферном воздухе, снижают степень конверсии метанола вследствие отравления и блокирования поверхности катализатора. Использование для орошения абсорбционных колонн с содержанием хлоридов выше определённого значения приводит к коррозии на тарелках колонны и теплообменников. Поэтому вопросам очистки метанола и воздуха от примесей, а также качества воды для орошения абсорбционных колонн в производстве формальдегида уделяется большое внимание.

Очистка метанола и воздуха.

Вредными примесями, которые могут содержаться в метаноле, являются соединения железа.

Сырьём для крупнотоннажных агрегатов служит метанол, который испаряют в специальных испарителях.

Для очистки метанола от примесей железа применяют ионообменные смолы. Метод заключается в том, что метанол последовательно пропускают через катионит КУ-2 и анионит АВ-16 или АВ-17, или ЭДЭ-10П с объемной скоростью до 10 ч^-1 при 10-40^оС

Очистка большого количества атмосферного воздуха от примесей химических веществ представляет собой сложную задачу. Наиболее распространена одноступенчатая очистка воздуха на различных фильтрующих тканях от механических примесей. Однако для очистки воздуха от химических примесей применяется и двухступенчатая очистка.

 

Требования к качеству воды.

Требования к качеству воды для орошения абсорбционных колонн. Вода для орошения абсорбционных колонн не должна содержать взвесей; ограничивается также содержание хлоридов.

Требования к качеству воды для теплообменников из нержавеющей стали. Питательная вода должна соответствовать дополнительным требованиям по ограничению содержания хлоридов. Так как при высокой температуре питательной воды трубы из нержавеющей стали в присутствии хлоридов подвержены коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением.

Содержание взвесей в оборотной воде не должно превышать 10-15 мг/л, чтобы свести к минимуму загрязнение осадками тарелок абсорбционной колонны и особенно межтрубного пространства холодильников-конденсаторов.

Выбор места производства.

Так как сырьем для производства формальдегида служит метанол, поэтому производство нужно располагать либо в непосредственной близости от заводов, которые выпускают такую продукцию, либо рядом с железной дорогой, чтобы было легче доставить сырье.

Проанализировав рынок производства метанола в России, было обнаружено, что в Пермском крае есть предприятие, которые производят метанол, это ОАО «Метафракс», Губаха, Пермский край, который перешел рубеж 1 млн.т/год метанола. Поэтому целесообразнее всего поместить цех по производству формалина на территории предприятия, так как есть сырье, вода, энергоресурсы и инфраструктура.

 

Рис. 4.1 - График зависимости энергии Гиббса от температуры

Учитывая приведенные в таблице 3 результаты, можно утверждать, что реакции 1 и 2 вероятны и полученные значения энергии Гиббса свидетельствуют о том, что термодинамическая вероятность основной реакции с увеличением температуры увеличивается.

 

Константа равновесия реакции 1 выражается уравнением:

где: , равновесные парциальные давления формальдегида, водорода и метанола соответственно.

Зависимость константы равновесия от температуры может быть представлена в виде уравнения:

 

Значения констант равновесия в указанном интервале температур представлены в табл. 4.4 и на рис. 4.2

 

Таблица 4.4

 

Рис. 4.2 - Зависимость констант равновесия реакции окисления метанола

 

Термодинамический анализ процесса окисления метанола позволил сделать следующие выводы:

1) В рассматриваемом интервале температур (700 - 1100 К) термодинамическая вероятность реакции 1 увеличивается, о чем свидетельствует значение энергии Гиббса;

2) Расчеты показывают, что вероятность протекания побочных реакций 4, 5 и 7 с увеличением температуры также увеличивается, а реакции 6 - уменьшается;

3) Согласно принципу Ле-Шателье, уменьшение давления способствует смещению равновесия в сторону продуктов реакции;

4) Применение избытка метанола по сравнению со стехиометрическим позволяет также сместить равновесие в сторону продуктов реакции.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе было рассмотрено производство формальдегида окисленным дегидрированием метанола. Описаны свойства формальдегида, его влияние на человека и окружающую среду, физико-химические свойства, положенные в основу получения формальдегида, тип процесса и вариант технологического режима.

Приведена и описана технологическая схема получения формальдегида окисленным дегидрированием метанола.

В расчётной части работы  был произведён расчёт материального и теплового балансов, сведёны в таблицу. Были рассчитаны: масса метанола подаваемого в реактор, масса прореагировавшего метанола, найдены расходные коэффициенты.

 

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА.

1) Огородников С.К. Формальдегид. – Л: Химия, 1984. – 280 с.

2) Лебедев Н.Н. Химия и технология основного и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М: Химия, 1981. – 608 с.

3) Рейхсфельд В.О., Шеин В.С., Ермаков В.И. Реакционная аппаратура и машины заводов основного органического синтеза и синтетического каучука. Л., «Химия», 1975. – 392 с.

ВВЕДЕНИЕ

Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее время, формальдегиду, принадлежит особая роль.

Формальдегид – весьма активное химическое соединение, легко вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса новых соединений, многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного органического синтеза.

Формальдегид используется в промышленности в качестве сырья для производства синтетических смол, пластических масс, новых органических красителей, поверхностно-активных веществ, лаков, лекарственных препаратов и взрывчатых веществ. В сельском хозяйстве для протравления семян, в кожевенной промышленности для дубления кожи, в медицине как антисептическое средство и в животноводстве. Круг применения формальдегида растет из года в год. В связи с этим растет и его производство.

В настоящее время основным потребителем формальдегида является промышленность синтетических смол: производство фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных смол; смол, модифицированных путем обработки формальдегидом; малорастворимых лаков, покрытий, клеев, слоистых пластиков.

Наибольшее распространение получил продукт, содержащий 35 – 37 % формальдегида и 6 – 11 % метанола, называемый формалином. Рецептура формалина сформировалась исторически, под влиянием следующих факторов. Во-первых, метанол и вода сопутствуют формальдегиду на стадии его получения наиболее употребительным методом (метанол – сырье, вода – побочный продукт и абсорбент). Во-вторых, раствор указанного состава при положительных температурах вполне стабилен к выпадению полимера и может храниться или транспортироваться в течении неопределенно долгого времени. В – третьих, в виде водно-метанольного раствора формальдегид может применяться в большинстве производственных синтезов, а также при непосредственном использовании. и, наконец, в-четвертых, именно формалин получается при окислительной конверсии метанола в присутствии металлических катализаторов на стадии абсорбции контактного газа, никаких дополнительных операций по приданию продукту товарных свойств (концентрирование, очистка и т. д.), как правило, не требуется.

Физические свойства: Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид) – простейший альдегид, самый активный из предельных алифатических альдегидов. Формальдегид не образует водородных связей, поэтому его температура кипения значительно ниже температуры кипения соответсвующих спиртов. Формальдегид – легкокипящая жидкость.

Формальдегид НСНО – бесцветный газ с острым раздражающим запахом, с температурой кипения –19,2^оС, температурой плавления –118^оС и плотностью (в жидком состоянии при –20^оС) 0,815 кг/м³. С воздухом образует взрывчатые смеси с пределами воспламеняемости 5,5 и 34,7% объемн. Формальдегид хорошо растворим в воде, спиртах, ограничено растворим в бензоле, эфире, хлороформе, не растворим в алифатичеких углеводородах. Смесь формальдегида с водой называется формалином. Формальдегид токсичен, предельно допустимая концентрация составляет 0,5 мг/м³.

 

Химические свойства: Формальдегид – самый активный из предельных алифатических альдегидов.

Формальдегид легко полимеризуется, особенно при нагревании и в присутствии полярных примесей, образуя твердый полимер линейного строения (параформ) с оксиметиленовыми звеньями:

nHCHO+H₂O«H-(-O-CH₂-)_n-OH,

                                          формальдегид   параформ

где n=8-100.

Процесс полимеризации обратим, поэтому параформ легко деполимеризуется под воздействием щелочных и кислотный реагентов, что используется на практике для хранения и транспортировки формальдегида.

2. Присоединение реактива Гриньяра приводит к первичным спиртам. Взаимодействием реактива Гриньяра с формальдегидом можно получить практически любой первичный спирт (кроме метанола). Для этого продукт присоединения реактива Гриньяра гидролизуют водой:

 

3. Окисление с помощью [Ag(NH₃)₂]OH и Cu(OH)₂ происходит до СО₂. При взаимодействии формальдегида с кислородом образуется муравьная кислота, которая при дальнейшем взаимодействии с кислородом дает оксид углерода (IV) и воду:

 

НСНО+0,5О₂=НСООН и НСООН+0,5О₂=СО₂+Н₂О

                 формальдегид      муравьиная кислота                          оксид

                                                                                                              углерода (IV)  

4. Гидрирование (восстановление) с образованием первичных спиртов (RCH₂OH):

НСНО+Н₂=СН₃ОН

                                                        формальдегид     метанол

Цель курсовой работы: изучение способа получения формальдегида. Также необходимо рассмотреть вопросы, касающиеся технологического контроля, охраны труда и экологии в изменившихся условиях эксплуатации.

Задачи курсового проекта:

· Рассмотреть способы получения формальдегида

· Обосновать оптимальные параметры процесса

· Дать экологическую оценку производства

· Рассчитать материальный и тепловой баланс

· Ознакомится со схемой технологического процесса

 

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ СЫРЬЯ, ЭНЕРГОРЕСУРСОВ, ГЕОГРАФИЧЧЕСКОЙ ТОЧКИ СТРОИТЕЛЬСТВА.

Характеристика сырья.

Химические и механические примеси, содержащиеся в метаноле и атмосферном воздухе, снижают степень конверсии метанола вследствие отравления и блокирования поверхности катализатора. Использование для орошения абсорбционных колонн с содержанием хлоридов выше определённого значения приводит к коррозии на тарелках колонны и теплообменников. Поэтому вопросам очистки метанола и воздуха от примесей, а также качества воды для орошения абсорбционных колонн в производстве формальдегида уделяется большое внимание.

Очистка метанола и воздуха.

Вредными примесями, которые могут содержаться в метаноле, являются соединения железа.

Сырьём для крупнотоннажных агрегатов служит метанол, который испаряют в специальных испарителях.

Для очистки метанола от примесей железа применяют ионообменные смолы. Метод заключается в том, что метанол последовательно пропускают через катионит КУ-2 и анионит АВ-16 или АВ-17, или ЭДЭ-10П с объемной скоростью до 10 ч^-1 при 10-40^оС

Очистка большого количества атмосферного воздуха от примесей химических веществ представляет собой сложную задачу. Наиболее распространена одноступенчатая очистка воздуха на различных фильтрующих тканях от механических примесей. Однако для очистки воздуха от химических примесей применяется и двухступенчатая очистка.