Анализ и технологическая оценка химического производства - конспект - Химия - Часть 2, Конспект из Химия
zaycev_ia
zaycev_ia21 June 2013

Анализ и технологическая оценка химического производства - конспект - Химия - Часть 2, Конспект из Химия

PDF (876.7 KB)
15 страница
323количество посещений
Описание
I.M. Sechenov Moscow Medical Academy. Реферат по химии. Производство полимеров Производство химических волокон Производство пластмасс Синтезы на основе ацетилена Подготовка угля к коксованию Получение синтезированного...
20очки
пункты необходимо загрузить
этот документ
скачать документ
предварительный показ3 страница / 15
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
предварительный показ закончен
консультироваться и скачать документ

30

Пластификаторы повышают пластичность, эластичность компози ции, но при

увеличении их количества прочность на разрыв и сжатие резко снижается. В качестве

пластификаторов используют малолету чие вещества (камфору, касторовое масло,

дибутклфталаты. трикре-зилфосфат). Красители придают пластическим массам

желаемую ок раску. Они должны хорошо смешиваться и совмещаться со смолой и

выдерживать воздействие температуры, воды и т. п., сохраняя цвет как в процессе

формования, так и при применении изделия.

Отвердители — вещества, способные превращать линейную струк туру полимера в

результате сшивания макромолекул в трехмерную структуру. К ним относятся

уротропин, гексаметилентетрамин и др.

Кроме перечисленных веществ, в состав сложной пластмассы вво дят стабилизаторы,

способствующие сохранению первоначальных свойств; смазки, облегчающие

прессование; порошкообразователи — для получения пено- и поропластов.

Пластические массы (пластмассы) имеют низкую плотность (900— 1750 кг/м3),

высокие механические и хорошие электроизоляционные свойства, высокую

водостойкость, теплостойкость и химическую стой кость, красивый внешний вид и т. д.

Стоимость некоторых пластиче ских масс не превышает стоимости цветных, а в

некоторых случаях и черных металлов при расчете на 1 м3 материала. Такие

технико-эконо мические преимущества пластических масс перед другими материала ми

обусловили широкое их применение. Но пластмассы имеют низкую теплостойкость

(60—300° С), подвержены «старению», что снижает их свойства.

Промышленность выпускает большое количество синтетических смол и пластмасс на

их основе, поэтому для примера рассмотрим тех нологию получения и свойства наиболее

важнейших смол и пластмасс на их основе.

Полимеризационные смолы для получения пластмасс используют без наполнителей.

Они термопластичны, обладают хорошими диэлек трическими свойствами, высокой

ударной прочностью (кроме полисти рола), химически стойки, но большинство из них

имеет низкую тепло стойкость.

30

Сырьем для получения полистирола является стирол (С6Н5СН=СН2).

Полимеризацию стирола проводят лаковым, эмульсионным и блочным способами.

Процесс полимеризации проходит по следующей схеме:

7.Синтезы на основе ацетилена

Ацетилен СН=СН — газ, легко вступающий в самые различные химические реакции

с образованием многочисленных соединений, ис пользуемых при получении волокон,

каучуков, смол и т. д. Например, из ацетилена получают ацетальдегид, этиловый спирт,

бутадиен, этил-ацетат, хлористый винил, винилацетат, хлоропрен, акрилонитрил и др.

Он используется для получения высоких температур (3200° С) при сварке и резке

металлов.

Ацетилен получают путем обработки карбида кальция водой (СаС2 + 2Н2О

->Са(ОН)2 + С2Н2) или путем термоокислительного крекинга при 1400—1500С

30

различных углеводородов (СН4, С2Н4 и до.)

Для примера рассмотрим синтез ацетальдегида на основе ацети лена.

Ацетальдегид СНзСНО — альдегид уксусной кислоты, летучая жидкость с резким

запахом, хорошо смешивается с водой и спиртом. Он используется для получения

уксусной кислоты.

В промышленности ацетальдегид по одной из схем (рис.5) получают следующим

образом. Очищенный от примесей ацетилен, сме шанный с циркуляционным газом,

30

непрерывно подается в гидрататор 1, в котором находится нагретая до 80—100° С

жидкость, содержащая сульфаты железа и ртути (в 1 л Н2О 200 е H2S04, 0,4 г Hg, 40 г

окислов железа). Ацетилен, барботируя через жидкость, переходит в ацетальде гид по

реакции:

СН = СН + Н2О --> СНзСНО + 1416 кдж.

Степень перехода ацетилена в ацетальдегид составляет 50—60%. Газы, содержащие

ацетальдегид, ацетилен и примеси, поступают на охлаждение сначала в холодильник 2,

где частично конденсируются пары воды, и конденсат возвращается в гидрататор 1, а

затем в холо дильник 3, где конденсируются пары ацетальдегида и воды, собирае мые в

сборнике 5 и направляемые на ректификацию (на схеме не пока зано).

Газы, содержащие ацетилен, поступают в колонну 4, орошаемую водой, где из них

извлекаются остатки ацетальдегида, и снова возвра щаются в процесс. Для очистки

оборотного газа от окислов углерода и азота часть его (10%) непрерывно отбирается из

цикла и направляется на очистку. Выход ацетальдегида составляет примерно 96% от

тео ретического. Так как пары ртути и ее соединения ядовиты, начинают применяться не

ртутные катализаторы в виде окислов Zn, Mg, Ni, Со, Cr.

Уксусная кислота находит применение в текстильной, фармацев тической,

парфюмерной промышленности, для получения сложных эфиров, в производстве

ацетилцеллюлозы, уксусного ангидрида, аце тона, ацетатного шелка, каучука,

пластических масс и т. д.

Раньше кислоту получали сухой перегонкой древесины, броже нием этанола, а в

настоящее время — окислением ацетальдегида или гидратацией кетона.

Окисление ацетальдегида кислородом воздуха происходит в при сутствии солей

марганца при темпеатуре 60—70° С. Так как надуксусная кислота может взрываться, то

парогазовая смесь разбавляется азотом. Образование СНзСООН идет по следующей

схеме:

30

Для очистки от примесей синтетическую кислоту подвергают пе регонке.

Техническая кислота после перегонки содержит 97—99% СНзСООН, 0,1—0,5%

НСООН, 0,5—2% Hp.

Безводная уксусная кислота плотностью 1049 кг/м3 (20 С) засты вает при 16,6° С,

кипит при 118,1° С. Она хорошо смешивается с во" дои и многими органическими

жидкостями. При попадании на кожу вызывает ожоги.

8. Подготовка угля к коксованию

Коксование—процесс сухой перегонки каменных углей при их нагревании до

900—1050° С без доступа воздуха. В результате слож ных физических и химических

превращений образуется твердый, спекшийся продукт — кокс и прямой коксовый газ.

Кокс используют в металлургии, литейном производстве, для по лучения электродов,

карбида кальция и т. д.

Прямой коксовый газ содержит каменноугольную смолу, сырой бензол и другие

продукты, поэтому его перерабатывают с получением ценных химических веществ.

Сырьем для получения кокса служат спекающиеся (коксующиеся) угли марки К,

которых в недрах земли содержится мало Для расши рения сырьевой базы для

коксования применяют смесь — шихту, состоящую из коксующихся углей и углей

других марок, мало содер жащих серы и фосфора, которые при коксовании остаются в

коксе и снижают его качество.

Перед поступлением на коксование угли тонко измельчаются— зерен размером

менее 3 мм должно быть 85—90%.

Процесс коксования осуществляется в коксовой печи, представ ляющей собой

30

камеру, выложенную огнеупорным (динасовым) кирпи чом. Камеры по 60—70 шт.

соединяются между собой в коксовые ба тареи; между ними имеются пространства

(простенки), в которых сжи гается генераторный или коксовый газ. Температура в

простенках печи достигает 1400° С. Так как огнеупорный кирпич и уголь являют ся

плохими проводниками тепла, а для получения кокса требуется на греть шихту до

900—1050° С, камеры делают в виде узких каналов — шириной — 0,4 м, длиной —

13—14 м, высотой — 4, 4,5 м. В камеру загружают до 15 т угля.

30

На рис. 6 показана схема коксовой камеры. Она имеет две тор цовые стороны —

коксовую, куда выталкивается из камеры кокс (коксовый пирог), и машинную — для

ввода в камеру коксо-выталкивателя 5, представляющего собой пластину с размерами,

немного мень шими, чем у сечения камеры. При коксовании машинная и коксовая

стороны камеры плотно закрываются дверцами / и 2. В своде камеры имеются

отверстия, через которые загружается шихта с помощью за грузочного вагона с

бункерами 4, течки которых устанавливаются над отверстиями в своде камеры. Вагон

перемещается по рельсовому пути, расположенному над коксовыми камерами, и

обслуживает десят ки камер. После загрузки шихта в камере разравнивается, загрузоч ные

отверстия закрываются и начинается процесс коксования.

Для отвода паро-газовой смеси из камеры стояк 3 соединяется с газопроводом.

30

На рис. 7 показана схе ма нагревания шихты в каме рах коксовой батареи (попе-

речный разрез) с перекидным над сводами

камер ходом топочных газов. Воздух, по-

ступающий на горение го рючих газов,

предварительно нагревается в регенераторах

4 и смешивается с газом, по ступающим из

отверстий 3 в простенках 2, расположенных

между камерами /. В прос тенке 2 происходит

сгорание газообразного топлива, и го рячие

дымовые газы огибают камеру, подогревают

ее с другой стороны и уходят че рез

регенераторы тепла в ды мовую трубу.

Через каждые 20—30 мин поток газа и

воздуха переключают на нагретые

топочными газами регенераторы и поток

газов обогревает обратную сторону камеры.

Это обеспечивает равномерный нагрев камеры с обеих сторон. На заводах применяют

различные системы обо грева камер; пребывание шихты в камере 13—17 ч.

Выделяющийся при коксовании в камерах прямой коксовый газ отсасывается возду-

ходувкой и подается на переработку.

По окончании процесса коксования разгрузка камер проводится поочередно. После

разгрузки камеры торцовые стороны ее закрывают ся и цикл работы повторяется.

Из 1 т шихты с влажностью 6% в процессе коксования получают в среднем

следующие продукты, кг:

30

Переработка прямого коксового газа

Парогазовую смесь, выходящую из коксовой камеры, называют прямым коксовым

газом. В 1 м3 газа, кроме Н2, СН4, СО и газообраз ных углеводородов, содержится:

смолы 80—130 г, бензольных углево дородов 30—40 г, аммиака 8—13 г, сероводорода и

других сернистых соединений 6—25 г, цианистых соединений — 0,5—1,5 г, паров воды

250—450 г, твердых частиц 15—35 г. Такой газ подвергают пере работке по схеме,

приведенной на рис. 8.

Прямой коксовый газ, выходящий из камеры при температуре 700—800° С,

поступает в газосборник /, где охлаждается до 80° С во дой; при этом из газа частично

конденсируется смола и твердые вещест ва. Для дополнительного выделения смолы газ

охлаждают в холодиль нике 2 до 20—30° С. Сконденсировавшаяся смола и надсмольная

вода из газосборника 7 и холодильника 2 поступают в сборник 3, где разделяются на три

слоя: нижний — твердые вещества, средний — смола» верхний — надсмольная вода. В

надсмольной воде содержится аммиак. Для окончательного выделения из газа

30

туманообразной смолы газ из холодильника 2 поступает в электрофильтр 4, где из него

выделяет ся смола, стекающая в сборник 3. Для продвижения прямого коксо вого газа

через систему аппаратов очистки применяется турбогазодувка 5. Пройдя

турбогазодувку, газ нагревается в подогревателе 7 до 60— 70° С и поступает в сатуратор

6 — аппарат барботажного типа, в ко тором находится 76—78% H^SO^. Аммиак,

содержащийся в газе, реа гирует с HoS04 с образованием сульфата аммония;

Образовавшийся сульфат аммония выпадает в осадок, отделяется от раствора,

сушится и используется в качестве удобрения. Затем газ охлаждается до 20—25° С в

холодильнике 9 и поступает в башни с на садкой 8, орошаемые каменноугольным маслом

(фракция при перегон ке смолы, кипящая при 230—300° С), которое извлекает из газа

бен зол, толуол, ксилол и др.

Раствор сырого бензола подвергается перегонке, в результате чего отгоняется бензол

и его гомологи, а масло после охлаждения снова возвращается на орошение башен 8.

Освобожденный от примесей кок совый газ называется обратным. Он очищается от

соединений серы. Обратный коксовый газ в основном состоит из водорода (54—59%),

метана (23—28%), окиси углерода (5—7%), углеводородов (2—3%) и примесей: азота

(3—5%), углекислоты (1,5—2,5%), кислорода (0,3— 0,8%). Теплота сгорания его

16750—17200 кдж/м3.

Коксовый газ как высококалорийное топливо применяют для полу чения высоких

температур в металлургии, стекловарении, коксова нии; его используют в качестве сырья

в химической промышленности для получения водорода, сажи, ацетилена и т. д.

9. Получение синтезированного газа

Химические методы переработки нефти проводят при высоких тем пературах без

катализатора (термический крекинг), при высоких тем пературах в присутствии

катализатора (каталитический крекинг), в присутствии водорода, при высокой

температуре и давлении (гидро крекинг) и др. Благодаря высокой температуре

30

происходит расщепле ние молекул углеводородов. Кроме того, в результате вторичных

про цессов образуются молекулы новых соединений, которые не содержат ся в нефти или

в нефтепродуктах.

Рассмотрим процесс расщепления составляющих нефти при нагре вании на примерах.

При нагревании нефти сначала расщепляются углеводороды парафи нового ряда с

длинной цепью

По мере повышения температуры разрыв цепи углеводородов сдви гается к краю

цепи, вплоть до метана СН4, т. е. С14Н30 С13Н26 + СН4, а при температуре выше

820° С метан разлагается на углерод и водород СН4 --> С + 2Н2

Нафтеновые углеводороды при нагревании дегидрируются, обра зуя ароматические

углеводороды:

30

Ароматические углеводороды более устойчивы к нагреванию, по этому они почти не

изменяются. Непредельные углеводороды, образующиеся в процессе распада, в

значительной степени вступают в реак цию полимеризации или циклизации, образуя

ароматические и дру гие сложные соединения. Чем выше температура крекинга, тем

выше скорость реакции и больше образуется газообразных продуктов. При менение

давления затрудняет процесс расщепления и благоприятно влияет на вторичные

реакции. Крекинг ведут для получения бензина и газов.

Термический крекинг в смешанной фазе (жидкой и паровой) прово дят под давлением

до 70 am при температуре 350—500° С. На рис.9 показана схема крекинга мазута. Мазут

насосом 1 подает ся на одну из нижних тарелок ректификационной колонны 2, где сме-

шивается с тяжелой фракцией. Затем смесь подается в трубчатую печь 3, где нагревается

до температуры 470—480° С. Из средней части колонны 2 выводится более

легкокипящая фракция, которая нагрева ется в трубчатой печи 4 до 500—510°. Давление

в печах поддержива ется 50—70 am (5—7 Мн/м2). Продукты крекинга из печей 3 и 4 про-

ходят редукционный вентиль 5 и поступают в испаритель 6, где проис ходит отделение

30

паров от крекинг остатка, который выводится из испарителя. Пары из испарителя

направляются в ректификационную колонну на разделение. Пары бензина и газы

проходят конденсатор 7 и сепаратор 8, где они разделяются.

Выход продуктов при крекинге следующий: крекинг-бензин 30— 35%, крекинг газы

10—15%, крекинг-остаток 50—56%. Крекинг газы содержат этилен, пропан, пропилен,

бутан, бутилен и др. Они служат ценным сырьем для синтеза органических соединений.

Крекинг-остаток служит котельным топливом.

Парофазный крекинг — пиролиз проводят при температуре 670— 720° С и

атмосферном давлении. В процессе пиролиза жидкие продук ты обогащаются

ароматическими соединениями, а газы — непредель ными углеводородами. Пиролиз

проводится с целью получения сырья для химической промышленности.

Каталитический крекинг проводится в паровой фазе при 450-500е С и давлении

0,5-1,0 am (0,05-0,1 Мн/м2) в присутствии алюмо-силикатных катализаторов,

представляющих собой твердые высоко. пористые вещества. Катализаторы адсорбируют

углеводороды и на поверхности происходят реакции расщепления. Одновременно мот

проходить реакции ароматизации. При каталитическом крекинге наряду с жидкими

продуктами (вы. ход бензина — 70%) образуются газы (12—15%) и кокс (4—6%) Кокс

откладывается на поверхности катализатора и снижает его активность. Для выжигания

кокса через катализатор при температуре 550— 600 С пропускают воздух.

В печи 1 подаваемое на крекинг сырье нагревают до 350—360С и затем направляют

в реактор 2, в который из бункеpa 3 поступает зернистый катализатор. Под действием

собственного веса катализатор опускается в низ реактора и перед поступлением в

регенератор (самотеком) обрабатывается паром. Продукты крекинга из реактора 2

направляются на разделение в ректификационную ко лонну (на схеме не показана). Для

регенерации катализатора сверху в регенератор 4 воздуходувкой 5 подается воздух,

который реагирует с коксом, расположенным на поверхности катализатора, очищая его.

Образовавшиеся дымовые газы выводятся снизу генератора. Из нижней части

регенератора 4 катализатор захватывается сжатым воз духом, подаваемым воздуходувкой

30

7, и по трубе 6 направляется в бун кер 3 и снова возвращается в реактор 2.

Для уменьшения отложений кокса на катализаторе применяют крекинг под

давлением в присутствии водорода. Такой процесс получил название риформинга.

Наибольшее применение риформинг находит с платиновыми, хромовыми и

молибденовыми катализаторами. Для риформинга используют фракции легких

нефтепродуктов. Процесс проводится под давлением 40—70 am (4—7 Мн/м2) при

температуре 480—520° С.

В процессе риформинга происходит образование ароматических углеводородов,

которые улучшают качество бензинов. Газы риформинга содержат СН4, C2H6, С3Н8,

С4Н10. Их используют для синтеза органических соединений.

Список использованной литературы

1. Баринов Н.А. Технология металлов. Металлургиздат.1963 2. Сидоров И.А. Основы технологии важнейших отраслей промышленности, Москва,

“высшая школа”, 1971 3. Кован В.М. (и др.) Основы технологии машиностроения “Машиностроение”, 1965

30

4. Никифоров В.М. (и др.) Технология важнейших отраслей промышленности, ч.1, изд. ВПШ при ЦК КПСС, 1959

5. Данилевский В.В. Технология машиностроения. “Высшая школа”, 1965

Если Вам пригодился мой реферат, сообщите мне об этом, буду Вам очень признателен!

My E-mail: talk2000@mail.ru

комментарии (0)
не были сделаны комментарии
Напиши ваш первый комментарий
это только предварительный показ
консультироваться и скачать документ
Docsity не оптимизирован для браузера, который вы используете. Войдите с помощью Google Chrome, Firefox, Internet Explorer 9+ или Safari! Скачать Google Chrome