Образец оформления титульного листа контрольной работы. Методические указания по самостоятельной работе и выполнению

ПРОЦЕССЫ ЭТЕРИФИКАЦИИ, ГИДРАТАЦИИ, ДЕГИДРАТАЦИИ, ГИДРОЛИЗА, АМИДИРОВАНИЯ,

НИТРОВАНИЯ, СУЛЬФАТИРОВАНИЯ, СУЛЬФИРОВАНИЯ

 

Методические указания по самостоятельной работе и выполнению

контрольных работ по дисциплине «Химия и технология органических

веществ» для студентов специальности 240401.65 «Химическая технология органических веществ», направления 240100.62 «Химическая технология» заочной формы обучения

 

Тюмень

ТюмГНГУ

Утверждено на заседании кафедры переработки нефти и газа,

протокол № 15 от 7 марта 2012г.

 

Составитель: Савченков А.Л., к.т.н., доцент

 

©	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение........................................................................................... 4

1. Теоретические вопросы к экзамену............................................. 5

2. Контрольная работа.................................................................... 7

2.1. Общие требования................................................................ 7

2.2. Контрольные задания........................................................... 8

3. Технология основных производств.......................................... 12

3.1. Технологическая схема производства этилацетата........... 13

3.2. Технологическая схема производства этанола.................. 14

3.3. Технологическая схема производства эпихлоргидрина... 16

3.4. Технологическая схема производства глицерина............. 17

3.5. Технологическая схема производства метилметакрилата 18

3.6. Технологическая схема производства меламина.............. 19

3.7. Технологическая схема нитрования пропана.................... 20

3.8. Технологическая схема производства синтетических

моющих средств.................................................................. 22

3.9. Технологическая схема сульфохлорирования парафинов 23

4. Оценка знаний............................................................................ 24

Список рекомендуемой литературы............................................. 28

Приложение. Образец оформления титульного листа

контрольной работы.............................................. 29

ВВЕДЕНИЕ

 

Дисциплина «Химия и технология органических веществ» является ведущей при подготовке студентов по профилю «Химическая технология органических веществ».

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

- химизм, катализ, механизм и технологию многотоннажных процессов основного органического и нефтехимического синтеза: галогенирования, гидролиза, щелочного дегидрохлорирования, гидратации, дегидратации, этерификации, амидирования, алкилирования, сульфатирования, сульфирования, сульфохлорирования, сульфоокисления, нитрования, окисления, дегидрирования, гидрирования и др.;

- принцип работы и устройство основных реакционных узлов и технологических установок указанных процессов;

- условное изображение оборудования и построение технологических схем установок химической технологии;

Уметь:

- обосновывать оптимальные технологические параметры процесса: тип катализатора, температуру, давление, сырьё, конструкцию реактора;

- выполнять и читать технологические схемы производств;

- рассчитывать материальный и тепловой балансы процесса, основные технологические параметры реактора и вспомогательного оборудования;

Владеть:

- методами определения оптимальных и рациональных технологических параметров работы установок химической технологии;

- методами технологического расчёта основных химических процессов.

Дисциплина «Химическая технология органических веществ» опирается на такие предшествующие дисциплины, как «Органическая химия», «Общая химическая технология», «Процессы и аппараты химической технологии», «Теория химико-технологических процессов органического синтеза», «Первичная переработка нефти и газа», «Химическая технология переработки нефти и газа». Основные разделы дисциплины включены в состав теоретических вопросов для государственного экзамена.

Так как дисциплина охватывает большой объём материала, она изучается на протяжении трёх семестров. В каждом семестре предусматривается экзамен. Кроме этого, в последнем учебном семестре предусмотрено выполнение курсового проекта.

Настоящие методические указания охватывают только один учебный семестр из трёх, предназначенных для изучения дисциплины.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

 

1. Процессы этерификации. Реакции с органическими и неорганическими, с одноосновными и многоосновными кислотами, с одно- и многоатомными спиртами. Кислые, средние, полные и неполные эфиры. Этерифицирующие агенты, их активность. Катализ. Реакции алкоголиза, ацидолиза, переэтерификации. Равновесие реакций, тепловой эффект. Влияние строения кислоты и спирта на константу равновесия и скорость реакций. Технология процессов этерификации. Реакционные узлы процессов этерификации в зависимости от летучески исходных веществ и продуктов. Технологическая схема производства этилацетата.

2. Прямая гидратация олефинов. Равновесие и скорость реакций, катализ, влияние температуры, давления, механизм. Реакционная способность олефинов. Побочные реакции и их подавление. Технологическая схема производства этанола. Сернокислотная гидратация олефинов. Получение моно- и диалкилсульфатов, их гидролиз. Технология каждой стадии сернокислотной гидратации. Реакторы для периодической и непрерывной абсорбции олефинов серной кислотой. Преимущества и недостатки прямой и сернокислотной гидратации олефинов.

3. Гидратация ацетилена. Равновесие реакции, тепловой эффект, катализ, механизм, побочные реакции. Технология гидратации ацетилена с гомогенным и гетерогенным катализатором. Реакционные узлы.

4. Процессы дегидратации. Продукты. Равновесие реакций, катализ, механизм. Дегидратация спиртов, равновесие реакций, тепловой эффект, механизм, побочные реакции. Технология дегидратации в жидкой и газовой фазе. Реакционные узлы.

5. Гидролиз и щелочное дегидрохлорирование хлорпроизводных. Получение спиртов, олефинов и a-окисей. Механизм и равновесие реакций. Катализ. Способность хлорпроизводных к гидролизу и дегидрохлорированию. Влияние рН среды на селективность процесса. Побочные реакции, их подавление. Технологическая схема производства эпихлоргидрина дегидрохлорированием. Технология щелочного гидролиза, гидролизующие агенты, типы реакторов, влияние температуры, давления, скорости и времени реакции на процесс. Технологическая схема производства глицерина щелочным гидролизом.

6. Процессы амидирования. Равновесие реакций, влияние строения кислоты на константу равновесия и скорость реакций. Катализ, механизм. Амидирование кислот, их эфиров и хлорангидридов. Технология амидирования.

7. Дегидратация амидов, гидратация нитрилов, гидролиз и этерификация нитрилов. Химизм процессов, катализ, механизм, тепловой эффект. Технологическая схема производства метилметакрилата.

8. Синтезы азотпроизводных угольной кислоты. Синтезы изоцианатов, уретанов, полиуретанов. Химизм процессов, технология. Синтез меламина. Технологическая схема производства меламина.

9. Нитрование ароматических соединений. Катализ. Механизм. Роль серной кислоты в нитрующей смеси. Равновесие и тепловой эффект реакций. Возможность последовательного замещения. Технология нитрования ароматических соединений, реакционный узел. Нитрование парафинов. Методы осуществления процесса в газовой и жидкой фазе. Механизм процесса. Продукты. Возможность введения второй нитрогруппы. Условия деструктивного нитрования. Побочные реакции. Технология нитрования в жидкой и газовой фазе. Технологическая схема нитрования пропана.

10. Процессы сульфатирования спиртов и олефинов. Получаемые продукты и их применение. Сульфатирующие агенты. Равновесие и скорость реакций, тепловой эффект. Степень конверсии. Образование моно- и диалкилсульфатов. Катализ. Механизм процесса. Реакционная способность спиртов и олефинов. Влияние соотношения исходных веществ на состав продуктов. Побочные реакции и их подавление. Технология сульфатирования серной кислотой. Блок-схема производства СМС. Недостатки процесса сульфатирования серной кислотой. Технология сульфатирования хлорсульфоновой кислотой. Особенности процесса. Устройство реактора для проведения этого процесса. Технология сульфатирования серным ангидридом. Варианты реакторов для этого процесса. Технологическая схема производства СМС сульфатированием серным ангидридом.

11. Процессы сульфирования ароматических соединений. Сульфирующие агенты. Продукты и их применение. Равновесие реакций, тепловой эффект. Механизм. Побочные реакции. Влияние заместителей в ароматическом кольце на его реакционную способность. Технология сульфирования ароматических соединений. Реакционные узлы сульфирования ароматических соединений серной кислотой, олеумом и серным ангидридом.

12. Сульфохлорирование парафинов. Продукты и их применение. Равновесие реакций, тепловой эффект, механизм. Побочные реакции. Реакционная способность атомов водорода при сульфохлорировании. Технология сульфохлорирования. Методы снижения в реакционной массе доли ди- и трисульфонилхлоридов. Технологическая схема сульфохлорирования парафинов. Недостатки процесса.

13. Сульфоокисление парафинов. Продукты и их применение. Равновесие реакций, тепловой эффект. Механизм. Два метода проведения процесса, их достоинства и недостатки. Побочные реакции. Реакционная способность атомов водорода при сульфоокислении и влияние её на состав продуктов. Технология сульфоокисления. Реакционный узел.

14. Классификация поверхостно-активных веществ. Ионогенные, неионогенные и амфолитные ПАВ. Анионактивные и катионактивные ПАВ. Физико-химические основы моющего действия ПАВ. Композиции синтетических моющих средств.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Общие требования

 

Контрольная работа включает пять заданий. Каждый студент имеет свой шифр (номер зачетной книжки). Номер варианта контрольной работы соответствует сумме двух последних цифр личного шифра студента.

Таблица 2.1

Варианты контрольной работы

Номер варианта	Номера контрольных заданий

 

Контрольную работу необходимо выполнять на белых листах формата А4 и оформить в единый документ с помощью скоросшивателя или другим способом. Пример оформления титульного листа контрольной работы приведён в приложении. Отвечать на вопросы следует кратко, точно, исчерпывающе. Запрещается дословное переписывание из учебников разделов, глав, абзацев.

Контрольные задания

 

1. Напишите реакции получения н-амилацетата, третичного амилацетата и диэтилфталата. Приведите условия их получения.

2. Изложите сущность реакций этерификации. От каких факторов зависят конверсия спирта в сложный эфир и скорость реакции?

3. Как будут изменяться конверсия спирта в сложный эфир и скорость реакции взаимодействия уксусной кислоты со следующими изомерами амиловых спиртов:
а) ;

б) ;

в) .

4. Какие изменения нужно внести в схему производства этилацетата, если вместо этилового спирта взять октиловый спирт, который плохо растворим в воде?

5. Напишите механизм и укажите термодинамические особенности реакций этерификации. Как технологически оформляется этот процесс? Как обеспечивается высокий выход эфира?

6. В каких случаях в процессах этерификации возможно образование кислых, средних, полных и неполных эфиров? Приведите примеры уравнений реакций.

7. Какие этерифицирующие агенты используют в процессах этерификации? Как изменяется их химическая активность, тепловой эффект и скорость реакций?

8. Возможно ли проводить процесс этерификации без катализатора? Какие катализаторы используют? Напишите условия проведения процесса в газовой и жидкой фазе.

9. Какие реакции называются реакциями по ацил-кислородной и алкил-кислородной связи? Напишите условия их проведения, приведите примеры.

10. Обоснуйте применение различных конструкций реакторов в процессах этерификации.

11. Какие важнейшие продукты получают в процессах этерификации? Приведите примеры реакций.

12. Почему при получении этилового спирта прямой гидратацией этилена поддерживают невысокую степень конверсии этилена за один проход через реактор? Какие требования предъявляют к этилену в этом процессе и почему?

13. Изложите механизм прямой гидратации этилена. Напишите побочные реакции, протекающие в процессе. От каких факторов и как зависят конверсия этилена и скорость реакции?

14. Какие существуют методы гидратации этилена в спирт? Напишите уравнения реакций и условия проведения этих процессов. Проведите их технико-экономические сравнение.

15. Разберите схемы реакционных узлов производства ацетальдегида из ацетилена. Напишите достоинства и недостатки этих методов.

16. От каких факторов зависит выход изопропилсульфата в производстве изопропилового спирта сернокислотной гидратацией пропилена.

17. Разберите механизм и термодинамические особенности прямой гидратации олефинов. Дайте обоснование выбора оптимальных условий получения этилового спирта этим методом. Оцените узкие места этого метода.

18. Какие продукты получают при гидратации олефинов? Напишите примеры уравнений реакций.

19. Сравните технологию каждой стадии при сернокислотной гидратации олефинов. Какие типы реакторов применяют для абсорбции олефинов серной кислотой?

20. Почему при гидратации ацетилена необходима его высокая очистка и значительный избыток по отношению к воде?

21. Каким способом можно увеличить срок службы катализатора при гидратации ацетилена?

22. Проведите технико-экономический анализ жидкофазной и газофазной гидратации ацетилена.

23. Напишите промышленные процессы, основанные на реакции дегидратации, их химизм и условия осуществления.

24. Изложите сущность процесса дегидратации спиртов. Какие продукты можно получить и при каких условиях? Приведите примеры.

25. Разберите влияние температуры и давления на направление реакций при дегидратации спиртов.

26. Почему при дегидратации спиртов с получением олефинов сырьё разбавляют водой?

27. В каких случаях дегидратацию спиртов проводят в жидкой и в газовой фазе? Какие при этом конструктивные отличия реакторов?

28. Какие важнейшие продукты получают в процессах дегидратации спиртов? Приведите примеры уравнений реакций.

29. Приведите два основных направления взаимодействия дихлорэтана со щелочью, поясните их механизм. Как можно обеспечить селективность каждой из этих реакций?

30. Напишите реакции, которые могут идти при взаимодействии пропиленхлоргидрина с едкой щелочью. Как можно обеспечить селективность каждой из этих реакций?

31. Обоснуйте роль и изложите механизм катализа при щелочном гидролизе. В каких случаях применяют катализатор?

32. Опишите химизм и условия методов получения глицерина с применением хлора. Каковы преимущества и недостатки этих методов?

33. Какие продукты получают при щелочном гидролизе и дегидрохлорировании? Приведите примеры реакций.

34. Опишите влияние рН среды и строения исходного хлорпроизводного при его взаимодействии со щелочами.

35. Обоснуйте выбор конструкции реактора, температуры, давления при щелочном гидролизе. Сравните эти параметры с параметрами при щелочном дегидрохлорировании.

36. Почему при получении глицерина хлорным методом в качестве гидролизующего агента используют карбонат натрия?

37. В чем отличие реакций гидролиза и гидратации?

38. Изложите механизм и термодинамические особенности взаимодействия олефинов и серной кислоты. Как используют эту реакцию в промышленности?

39. Какие важнейшие продукты получают в процессах амидирования карбоновых кислот? Приведите примеры реакций и условия их осуществления.

40. Сравните технологию процессов этерификации и амидирования карбоновых кислот, выделите общие моменты и отличия.

41. Какие процессы используют для получения метилметакрилата из ацетона и синильной кислоты? Опишите условия проведения каждой стадии синтеза.

42. Какие процессы используют для получения полиуретанов и пенопластов? Приведите условия синтеза этих продуктов.

43. Опишите условия проведения каждой стадии синтеза меламина из карбамида.

44. Напишите реакции, протекающие при взаимодействии серной кислоты со спиртами и олефинами. Какие при этом получают продукты и условия их получения? Где применяются эти продукты?

45. Какие сульфатирующие агенты используют при сульфатировании спиртов? Как изменяется их химическая активность, тепловой эффект и равновесие реакций?

46. Как влияет строение спирта на его реакционную способность в процессах сульфатирования? Приведите механизм реакций.

47. Напишите уравнения химических реакций и условия получения первичных алкилсульфатов, типолов и эфиросульфатов.

48. Проведите сравнительный анализ процессов сульфатирования спиртов и олефинов. Рассмотрите сульфатирующие агенты, катализ, механизм, побочные реакции, основные продукты, влияние концентрации кислоты, соотношение исходных веществ.

49. Опишите основные технологические стадии производства синтетических моющих средств сульфатированием серной кислотой. Приведите уравнения реакций. Какие недостатки этого процесса?

50. В чем особенность технологии процесса сульфатирования хлорсульфоновой кислотой? Как это отражается на конструкции реактора?

51. Объясните необходимость разбавления серного ангидрида воздухом при осуществлении процесса сульфатирования? Какие варианты реакторов применяют при этом, и в чем их особенность?

52. Как влияет строение исходных веществ на моющие свойства получаемых в процессах сульфатирования ПАВ типа алкилсульфатов? Приведите примеры химических реакций и условия их осуществления.

53. Охарактеризуйте способы и условия проведения процесса сульфирования ароматических соединений.

54. Какие продукты получают в процессах сульфирования ароматических соединений? Где они применяются? Примеры реакций.

55. Какие сульфирующие агенты используют при сульфировании ароматических соединений? Как изменяется их химическая активность, тепловой эффект и равновесие реакций при этом?

56. Объясните роль диоксида серы в процессе сульфирования ароматических соединений серным ангидридом?

57. Как снимается тепло реакции при сульфировании ароматических соединений серным ангидридом?

58. В состав синтетических моющих средств входит алкилсульфонат натрия. Каким путем его можно получить из нефти? Напишите реакции каждой стадии синтеза.

59. Объясните причину образования вторичных алкилсульфонатов при сульфохлорировании н-парафинов.

60. Какие побочные реакции могут протекать при сульфохлорировании? Как снизить долю побочных продуктов?

61. Как технологически обеспечивается инициирование реакции сульфохлорирования и съём тепла реакции?

62. Какова причина хорошей очистки н-парафинов от олефинов, ароматики и изопарафинов при сульфоокислении?

63. Охарактеризуйте преимущества и недостатки технологии одно- и двухстадийного методов сульфоокисления.

64. Какова роль серной кислоты в процессах нитрования ароматических соединений?

65. Что такое фактор нитрующей активности?

66. Почему нитрующую смесь подают противотоком к сырью при нитровании ароматических соединений?

67. В каких случаях при нитровании парафинов происходит разрыв углеродной цепи?

68. Какие нитрующие агенты применяют для нитрования парафинов? В чем их особенность?

69. Опишите преимущества и недостатки газофазного и жидкофазного нитрования парафинов.

70. Как отводится тепло реакции в процессе нитрования пропана?

 

3. ТЕХНОЛОГИЯ ОСНОВНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

 

На изучение принципа работы технологических установок аудиторного времени недостаточно. В процессе самостоятельной работы студенты сталкиваются с тем, что в разных учебниках технологические схемы установок и изображения отдельных аппаратов зачастую не только отличаются друг от друга, но и не соответствует современным стандартам.

Настоящие методические указания предназначены для самостоятельного изучения принципа работы технологических установок основных производств. Не подменяя соответствующих учебников и монографий, методические указания позволят студентам с минимальными затратами времени уяснить основы технологических процессов, их аппаратурное оформление и современные условные изображения оборудования на схемах. Всё это способствует повышению профессиональной подготовки будущих специалистов

 

3.1.Технологическая схема производства этилацетата

В основе технологии - процесс этерификации этилового спирта уксусной кислотой с получением сложного эфира этилацетата. Так как реакция протекает с низкой скоростью и при небольшом различии в летучести разделяемых компонентов, то в качестве реактора применяется тарельчатая колонна – эфиризатор. Каждая тарелка, имеющая слой жидкости высотой 0,5…1,0 м, играет роль отдельного реактора, причём жидкость перетекает по колонне сверху вниз и находится в состоянии кипения, что обеспечивает совмещение химической реакции с ректификацией.

Уксусная кислота, этиловый спирт и катализатор серная кислота нагреваются в теплообменнике 1 и поступают на верхние тарелки эфиризатора 2. Концентрация катализатора ~0,1%. Подвод тепла в низ реактора 2 осуществляется острым водяным паром. С верха реактора отводится азеотроп, который содержит 20% этилацетата, 70% спирта и 10% воды. С низа реактора отводится катализатор и непревращённая уксусная кислота – на нейтрализацию и утилизацию.

 

 

Рис. 3.1. Технологическая схема производства этилацетата

 

Азеотроп с верха реактора поступает в теплообменник 1, где он отдаёт своё тепло сырью и поступает в сепаратор 3. Там азеотроп разделяется на два слоя – водный и органический. Более тяжёлый нижний слой, состоящий в основном из воды с небольшим количеством спирта и эфира, возвращается из сепаратора 3 на верхние тарелки эфиризатора 2. Более лёгкий верхний слой, состоящий в основном из эфира с небольшим количеством спирта и воды, из сепаратора 3 дополнительно охлаждается в водяном холодильнике 4 и поступает частично на орошение эфиризатора 2, а остальное количество – на разделение в ректификационные колонны 5 и 9.

С низа колонны 5 отводится не превращённый спирт с небольшим количеством воды на нижние тарелки реактора 2 для более полной конверсии уксусной кислоты. Дистиллят колонны 5 – азеотроп такого же состава, что и из реактора – охлаждается и конденсируется в холодильнике 6 и поступает частично на орошение колонны 5, а остальное количество – в смеситель 7. В смесителе азеотроп дополнительно смешивается с водой и затем разделяется на два слоя в сепараторе 8. Более тяжёлый нижний слой – водный раствор спирта и эфира – возвращается в середину колонны 5. Более лёгкий верхний слой – эфир с небольшим содержанием спирта и воды – из сепаратора 8 подвергается дополнительной ректификации в колонне 9. С низа колонны 9 отводят целевой продукт - этилацетат, с верха колонны – азеотроп, который после охлаждения и конденсации в холодильнике 10 частично возвращается на орошение колонны 9, а остальное количество поступает в смеситель 7.

Подвод тепла в низ колонн 5 и 9 осуществляется через подогреватели 11 и 12.

 

3.2.Технологическая схема производства этанола

 

Процесс осуществляется прямой гидратацией этилена. Свежий этилен компрессором 1 и рециркулирующий этилен компрессором 2 сжимают до 8 МПа, смешивают с водой, подаваемой насосом 3.

Полученную газовую смесь нагревают сначала в теплообменнике 4, затем в печи 5 до 280…330^оС и подают в реактор 6. Соотношение этилена к водяному пару поддерживают в пределах 1,5: 1. Олефин должен быть хорошо очищен от примесей, так как они постепенно накапливаются в рециркуляте.

Реактор 6 представляет собой полую стальную колонну диаметром 1,5 м, высотой 10 м. Катализатор – фосфорная кислота на носителе. Его готовят пропиткой силикагеля 60%-ной фосфорной кислотой с последующей сушкой при 100^оС. Кислота постепенно уносится с поверхности силикагеля и катализатор теряет активность, поэтому его постоянно подпитывают свежей кислотой.

Пары этилена и воды проходят слой катализатора сверху вниз. Из-за невысокой степени конверсии (около 4%) тепловой эффект незначительный и отвод тепла не нужен. Продукты реакции выходят с низа реактора, они далее нейтрализуются от паров фосфорной кислоты впрыскиванием раствора гидрооксида натрия.

 

Рис. 3.2. Технологическая схема производства этанола

 

Образующиеся фосфаты натрия отделяются в сепараторе 7. Далее горячие реакционные газы отдают своё тепло в теплообменнике 4, дополнительно охлаждаются в водяном холодильнике 8 и разделяются в сепараторе 9. Не сконденсировавшиеся пары спирта из сепаратора 9 поступают в нижнюю часть абсорбера 10, орошаемого водой от насоса 3. Оставшийся газ, содержащий не превращённый этилен, поступает на приём компрессора 2.

Конденсат из сепаратора 9 и с низа абсорбера 10 проходит дроссель 11, где сбрасывается давление, и поступает в сепаратор 12, в котором отделяются остатки газа. Конденсат из сепаратора 12, представляющий собой 15%-ный водный раствор этанола с примесями, подвергается очистке в ректификационных колоннах 13 и 14. Сначала в колонне 13 отгоняют более летучие побочные продукты – ацетальдегид и диэтиловый эфир, который конденсируются в холодильнике 15, частично возвращаются в колонну 13 на орошение, а остальной количество отводится с установки. Остаток колонны 13 – водный раствор этанола - поступает в колонну 14, где от спирта отделяют воду. Вода с низа колонны 14 поступает на ионообменную очистку в блок 16 и возвращается в процесс. Целевой продукт – этанол - отбирается с верха колонны 14 в виде 95% этилового спирта. Этанол конденсируется в водяном холодильнике 17 и частично возвращается в колонну 14 на орошение.

 

3.3.Технологическая схема производства эпихлоргидрина

 

Эпихлоргидрин по данной технологии получают щелочным дегидрохлорированием дихлоргидрина глицерина. В качестве щёлочи используют более дешёвый раствор гидрооксида кальция. Процесс ведут при атмосферном давлении и температуре около 100^оС, для поддержки реакционной массы в состоянии кипения и отгонки целевого продукта.

Водные растворы дихлогидрина глицерина и гидрооксида кальция подают на верхние тарелки реактора 1.

 

Рис. 3.3. Технологическая схема производства эпихлоргидрина

 

В низ реактора 1 для поддержания температуры и отгона продукта подают острый водяной пар. На тарелках реактора происходит образование эпихлоргидрина и побочного глицерина. С низа реактора отводят водный раствор хлорида кальция, избыток щёлочи и глицерин на очистку. Газообразные продукты реакции вместе с водяным паром отводятся с верха реактора, охлаждаются и конденсируются в водяном холодильнике 2 и поступают в сепаратор 3. Конденсат в сепараторе разделяется на два слоя. Более лёгкий водный слой, содержащий около 6% эпихлоргидрина, возвращается на орошение в реактор 1. Более тяжёлый органический слой, содержащий 85…90% эпихлоргидрина с побочными и непревращёнными веществами, разделяют в ректификационных колоннах 4 и 5.

В колонне 4 с верха отбирают воду, аллилхлорид и дихлорпропилен, которые конденсируются в холодильнике 6, конденсат частично возвращается в колонну 4 на орошение, остальное количество отводят с установки. Остаток колонны 4 насосом 8 подаётся в колонну 5.

С низа колонны 5 отбирают тяжёлые вещества – непрореагировавший дихлорхлоргидрин и побочный трихлорпропан. Их затем разделяют и возвращают дихлорхлоргидрин в реактор. Целевой продукт – 98…99%-ный эпихлоргидрин - отбирается с верха колонны 5, конденсируется в холодильнике 9, частично идёт на орошение колонны 5, а основное количество уходит с установки на дополнительную ректификацию.

Подвод тепла в низ колонн 4 и 5 осуществляется через подогреватели 7 и 10.

 

3.4.Технологическая схема производства глицерина

 

Синтез осуществляют щелочным гидролизом эпихлоргидрина. В качестве гидролизующего агента используют 5…6%-ный раствор карбоната натрия, который берут в 10…25% избытке для интенсификации процесса и увеличения степени конверсии. Ввиду образования двух нерастворимых жидких фаз исходных веществ – органической и водной – необходима хорошая турбулизация потока для повышения поверхности контакта. Для этого во всасывающую линию насоса 1 подают оба потока, где происходит эмульгирование смеси.

 

 

Рис. 3.4. Технологическая схема производства глицерина

 

Сжатая в насосе 1 смесь до 0,6…1,0 МПа через подогреватель 2 поступает в реактор 3, который представляет собой многоходовый кожухотрубчатый теплообменник. Благодаря высокой скорости потока в трубках реактора происходит сохранение смеси в эмульгированном состоянии. В межтрубном пространстве реактора проходит вода. Реакционная масса из реактора проходит дроссель 4, где сбрасывается давление до атмосферного, в сепараторе 5 от жидкой фазы отделяются водяные пары и диоксид углерода.

Водная смесь глицерина, его эфиров, хлорида натрия и карбоната натрия поступает в выпарные кубы 6 для отделения основной массы воды. Первый куб обогревается водяным паром, а второй, работающий под вакуумом, - парами воды из первого куба. После каждого куба реакционная масса проходит фильтры 7 для отделения хлорида натрия.

После кубов 80%-ный глицерин подвергается ректификации под вакуумом в колоннах 8 и 9. В колонне 8 отгоняются остатки воды, а в колонне 9 – высококипящие эфиры глицерина, остающиеся в кубе. С верха колонны 9 отбирают 98…99% глицерин. Его далее обесцвечивают активированным углём. Дистилляты колонн 8 и 9 конденсируют в холодильниках 10. Подвод тепла в низ колонн 8 и 9 осуществляется кипятильниками 11.

 

3.5.Технологическая схема производства

метилметакрилата

 

Ацетонциангидрин и 100%-ную серную кислоту (моногидрат) в мольном соотношении 1,0: 1,5 непрерывно подают в смеситель 1, где образуется имид.

 

 

Рис. 3.5. Технологическая схема производства метилметакрилата

 

Смеситель снабжён мешалкой и змеевиком с водой для снятия тепла реакции. Температура в смесителе 1 поддерживается в пределах 80…85^оС. Далее реакционная масса перетекает через боковой перелив в реактор 2, обогреваемый паром. Там при температуре 130…135^оС имид превращается в сульфат метакриламида.

Реакционная масса далее смешивается с водой и метанолом и направляется в реактор-эфиризатор 3 в виде тарельчатой колонны. С верха реактора 3 отводят метанол и азеотропную смесь метилметакрилата с водой. С низа реактора 3 отводят раствор сульфата аммония.

Пары с верха реактора 3 охлаждаются и конденсируются в холодильнике 4, после чего часть конденсата возвращается в реактор 3 как орошение, остальное количество идёт на разделение в колонны 5, 6, 7 и 8.

Сначала в экстракторе 5 реакционную массу промывают щелочной водой от метанола и метакриловой кислоты. Полученный водный экстракт с низа колонны 5 частично поступает для разбавления сульфата метакриламида перед эфиризатором 3, а остальное количество направляется в отпарную колонну 6. С верха колонны 6 отгоняют метанол с метилметакрилатом и возвращают их в реактор 3. С низа отпарной колонны 6 отводится щелочная вода, которая после отдачи тепла в теплообменнике 9 возвращается в экстрактор 5.

Органический слой с верха экстрактора 5 поступает на разделение в ректификационную колонну 7, с верха которой отгоняют азеотропную смесь метилметакрилата с водой и направляют на экстракцию в колонну 5. Кубовая жидкость колонны 7 разделяется в колонне 8 на метилметакрилат в виде дистиллята, побочные смолы и полимеры в виде остатка – на сжигание.

Для подавления побочных реакций полимеризации метилметакрилата на стадиях этерификации и разделения добавляют ингибитор гидрохинон.

 

3.6.Технологическая схема производства меламина

 

Карбамид из бункера 1 подаётся транспортёром 2 в реактор 3, обогреваемый топочными газами для поддержания температуры 320…330^оС. Реактор может быть выполнен в виде аппарата с псевдоожиженным слоем катализатора. В реакторе 3 происходит образование циановой кислоты дегидратацией карбамида.

В низ реактора 3 подаётся газообразный аммиак. Образующаяся смесь циановой кислоты вместе с аммиаком поступает во второй реактор 4, где происходит образование меламина. Вторая стадия экзотермична и осуществляется в адиабатическом реакторе. Температура за счёт тепла реакции поднимается до 460^оС.

 

 

Рис. 3.6. Технологическая схема производства меламина

 

Смесь аммиака, диоксида углерода, меламина и воды охлаждается в смесителе 5 за счёт впрыска холодной воды. Далее в сепараторе 6 диоксид углерода, аммиак и пары воды отделяются от суспензии меламина в воде. Суспензия поступает на центрифугу 11, где отделяется основная масса воды. Влажный меламин направляется в блок 12 на сушку и измельчение.

Газы и пары из сепаратора 6 поступают в скруббер 7, орошаемый холодным водным раствором аммиака. Вода при этом конденсируется, диоксид углерода с аммиаком образует водный раствор карбоната аммония, который отводится с низа колонны 7 на производство карбамида. Аммиак, не поглотившийся в скруббере 7, освобождается от остатков паров воды в насадочной колонне 9, орошаемой жидким аммиаком. Аммиачная вода из куба колонны 9 возвращается на орошение скруббера 7, а аммиак с верха колонны 9 газодувкой 10 возвращается в реактор 3.

 

3.7.Технологическая схема нитрования пропана

 

Процесс ведут в газовой фазе при температуре 400…450^ОС, давлении 0,5…1,0 МПа, времени контакта 0,5…2,0 с. Нитрующий агент – 40…70%-ная азотная кислота. Мольное соотношение кислоты к пропану 1: 5.

Реакцию проводят в цилиндрическом реакторе 2. Тепло реакции расходуется на нагревание пропана и испарение азотной кислоты, которую впрыскивают в реактор через форсунки в разных точках по высоте аппарата. Это позволяет поддерживать избыток пропана в объёме реактора, предотвращая образование взрывоопасных смесей, перегревов и глубокого окисления.

 

 

Рис. 3.7. Технологическая схема нитрования пропана

 

Подогретый пропан поступает в низ реактора. Продукты реакции с избыточным пропаном охлаждаются в водяном холодильнике 3 и поступают в абсорбер 4, который орошается водным раствором хлорида гидроксиламмония (NH₃OH)Cl. В абсорбере происходит конденсация нитросоединений и улавливание побочных продуктов окисления.

Газы, уходящие с верха абсорбера 4, содержат около 85% пропана и 10% оксида азота. Они поступают в блоки регенерации 11 и 12. В блоке 11 регенерируют пропан и возвращают его в реактор 1. В блоке 12 за счёт подвода воздуха происходит окисление оксида азота до диоксида азота и утилизация его в виде азотной кислоты, возвращаемой в реактор 1. Оставшийся газ сбрасывается в атмосферу.

Жидкость с низа абсорбера 4 поступает в отпарную колонну 6 через теплообменник 5. Нитропарафины, продукты окисления и водяной пар уходят с верха колонны 6. Регенерированный абсорбент (NH₃OH)Cl с низа колонны насосом 13 подаётся в теплообменник 5, где он отдаёт своё тепло, и далее в абсорбер 4.

Пары из колонны 6 охлаждаются и конденсируются в водяном холодильнике 7 и разделяются в сепараторе 8 на два слоя. Нижний, водный слой поступает на орошение колонны 6. Верхний, органический слой поступает в ректификационную колонну 9, в которой с верха колонны отгоняются летучие продукты окисления - альдегиды и кетоны. Целевые продукты – нитропарафины - с низа колонны 9 направляются на дополнительную очистку и ректификацию (на схеме не показано), при которой последовательно отгоняют воду, нитрометан, нитроэтан, 2-нитропропан и 1-нитропропан.

 

3.8.Технологическая схема производства синтетических

моющих средств

 

Процесс осуществляют сульфатированием спиртов триоксидом серы SO₃. В реактор 1 плёночного типа непрерывно подают сверху вниз спирт и пары SO₃, разбавленные воздухом до концентрации 4…7% об. Снижение концентрации SO₃ необходимо для замедления высокой скорости очень экзотермичной реакции, что позволяет избежать перегревов смеси, снижения доли побочных реакций и потемнения продукта.

 

 

Рис. 3.8. Технологическая схема производства синтетических

моющих средств

 

Отвод выделяющегося тепла производится рассолом, проходящим по межтрубному пространству реактора. Продукты реакции поступают в сепаратор 2, где от жидкой фазы отделяется воздух и SO₃. Газы поступают в абсорбер 3, орошаемый водой, для улавливания остатков SO₃.

Алкилсульфат из сепаратора 2 поступает на нейтрализацию концентрированным раствором щёлочи в аппарат 4 с мешалкой и выносным холодильником. Температура в аппарате 4 поддерживается не выше 60^оС. Затем в аппарате 6 производится окончательная нейтрализация алкилсульфата до рН 7. В смесителе 7 к раствору алкилсульфата добавляют ряд компонентов и полученную смесь сушат распылением в токе горячих топочных газов в сушилке 8. Унесённые с газами частицы улавливают в циклоне 9. Порошок СМС транспортёром 10 поступает на расфасовку.

 

 

3.9.Технологическая схема сульфохлорирования

парафинов

 

Газообразный хлор и диоксид серы в 5%-ном избытке подают в низ реактора-сульфохлоратора 1 через специальные барботажные устройства. Газы барботируют через слой реакционной массы, заполняющей реактор. Туда же подают жидкую парафиновую фракцию и непревращённые продукты. Процесс осуществляют фотохимическим способом. Для этого сульфохлоратор снабжён по всей высоте ртутно-кварцевыми лампами для облучения смеси.

 

 

Рис. 3.9. Технологическая схема сульфохлорирования парафинов

 

Тепло реакции снимается циркуляцией реакционной массы насосом 3 через холодильник 2. Газы, отходящие с верха реактора 1, состоят из хлорида водорода и непревращённого диоксида серы. Они поступают в блок очистки 4, где утилизируют хлорид водорода в виде соляной кислоты и улавливают в скруббере диоксид серы.

Жидкая реакционная масса из реактора через боковой перелив поступает в отдувочную колонну тарельчатого типа 5, где в токе воздуха удаляют остатки хлорида водорода и диоксида серы. Далее реакционную массу нейтрализуют водным раствором щёлочи в аппарате 6 при температуре около 100^оС. Тепло реакции нейтрализации снимается водой через рубашку аппарата 6.

В сепараторе 7 происходит разделение реакционной массы на два слоя. Верхний, органический слой, содержащий непревращённые углеводороды, возвращают в реактор 1 насосом 8. Нижний, водный слой, насосом 3 подают на охлаждение до 5…10^оС в холодильник 9 и затем в сепаратор 10. При такой температуре происходит "высаливание" алкилсульфонатов из раствора и они собираются в верхнем, органическом слое сепаратора 10, их разбавляют водой в смесителе 11 и отбеливают хлором в колонне 12. Далее раствор поступает на выпаривание под вакуумом с получением готового продукта в виде 50…60%-го раствора алкилсульфоната.

Нижний, водный раствор хлорида натрия, ещё содержит около 20% алкилсульфонатов. Его из сепаратора 10 направляют на экстракцию алкилсульфонатов спиртом (на схеме не показано).

 

ОЦЕНКА ЗНАНИЙ

 

Проверка знаний студентов по химии и технологии органических веществ осуществляется в форме тестирования в электронной системе EDUCON. Тесты содержат задания на химизм, катализ, механизм, термодинамику и технологию процессов.

Ниже приводятся примеры основных типов тестовых заданий по технологическим схемам.

1) Задание на основные технологические параметры процесса:

 

 

2) Задание на определение места технологического потока схемы:

 

 

3) Задание на процессы, протекающие в отдельных аппаратах схемы:

 

 

4) Задание на предназначение отдельных аппаратов схемы:

 

 

5) Задание на химический состав потоков схемы:

 

 

6) Задания на определение аппаратов схемы:

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

Основная

1. Лебедев, Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: учебник / Н.Н. Лебедев. - М.: Химия, 1988. - 592 с.

 

Дополнительная

2. Тимофеев, В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению "Химическая технология органических веществ" / В.С. Тимофеев, Л.А. Серафимов. - 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 2003. - 536 с.:

3. Адельсон, С.В. Технология нефтехимического синтеза: учебник / С.В. Адельсон, Т.П. Вишнякова, Я.М. Паушкин. - М.: Химия, 1985. - 608 с.

4. Белов, П.С. Основы технологии нефтехимического синтеза: учебник / П.С. Белов. – М.: Химия, 1982. – 280 с.

5. Паушкин, Я. М. Технология нефтехимического синтеза: в двух частях: учебник / Я.М. Паушкин; С.В. Адельсон, Т.П. Вишнякова. - М.: Химия, 1973 - Ч. 1: Углеводородное сырье и продукты его окисления. - 446 с.

6. Паушкин, Я.М. Технология нефтехимического синтеза: учебник / Я. М. Паушкин, С. В. Адельсон, Т. П. Вишнякова. - М.: Химия, 1975 - Ч. 2: Нефтехимические продукты и полимеры. - 351 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Образец оформления титульного листа контрольной работы

 

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» Технологический институт Кафедра переработки нефти и газа   КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по химии и технологии органических веществ вариант № ____     Выполнил: студент гр. ХТОз-10-1 Петров Н.М.   Проверил: доцент кафедры ПНГ Савченков А.Л.     Тюмень 2012