.

Xімія і технологія органічних речовин (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 3157
Скачать документ

ХІМІЯ І ТЕХНОЛОГІЯ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН

Значення органічного синтезу і його перспективи

Історичний огляд. Виробництво органічних речовин спочатку базувалося на
переробці рослинної чи тваринної сировини і складалося у виділенні
коштовних речовин (цукор, олії) чи їхньому розщепленні (мило, спирт і
ін.). Органічний синтез, тобто одержання складних речовин із порівняно
простих з’єднань, зародився на початку XIX сторіччя на основі продуктів
коксування кам’яного вугілля, що містять ароматичні з’єднання. У
двадцятому сторіччі як джерело органічної сировини основну роль стали
грати нафта й газ. На цих трьох видах сировини тепер і базується
промисловість органічного синтезу.

Перспективи розвитку. Промисловість основного органічного і
нафтохімічного синтезу являє собою могутню область з величезною
розмаїтістю одержуваних продуктів, реакцій їхнього синтезу й процесів
розподілу речовин. Великі масштаби виробництва визначають широке
поширення високоефективних технологічних процесів, що характеризуються
безперервністю, високим рівнем автоматизації і високопродуктивним
устаткуванням.

Динамізм області визначається освоєнням випуску нових видів продукції
розробкою нових реакцій, удосконалюванням технологічних процесів,
розробкою нових каталітичних систем, використанням нових типів
апаратури.

У розробці, проектуванні й керуванні виробництвом застосовуються
сучасні методи математичного моделювання, оптимізації й автоматизованих
досліджень.

Головні задачі виробництва: економія матеріальних, енергетичних і
трудових ресурсів, комплексне використання високоякісної сировини,
створення безвідхідних і маловідходних технологій, зниження втрат
сировини й продуктів, охорона навколишнього середовища.

Шляхи економії матеріальних ресурсів.

Витрати на сировину й матеріали е основна частина собівартості продукції
(до 2/3), чим обумовлене перебазування синтезів із кам’яного вугілля на
нафту й вуглеводневі гази, заміна ацетилену на етан і етилен, розвиток
синтезів на основі CO і водню, заміна коштовних окислювачів (пероксид
водню, азотна кислота) на повітря і відновлювачів (на водень).

Основні тенденції розвитку: розробка одностадійних, з’єднаних процесів
і прямих методів синтезу; підвищення селективності процесів вибором
оптимальних параметрів; інтенсифікація виробництва шляхом підвищення
питомої производительности устаткування, збільшення одиничної потужності
установок, агрегатів до оптимальних величин; автоматизація процесу
(застосування АСУ ТП); оптимізація (математичний розрахунок оптимальних
параметрів процесу й устаткування); зниження втрат через нещільності
устаткування (із газами, що відходять), стічними водами, підвищення
надійності і долговечності устаткування; утилізація побічних продуктів,
їхня комплексна переробка, та економія енергії. Рішення цих задач
приводить до зниження видаткових коефіцієнтів і собівартості продукції.

Масштаби виробництва. Промисловість основного (важкого) органічного
синтезу охоплює виробництво багатотоннажних продуктів, які е основою
для іншої технології виробництва органічних продуктів і напівпродуктів.
У зв’язку з переважним базуванням технології органічних речовин на
нафтовій сировині виділився “нафто-хімічний синтез”.

Основні процеси хімічної технології органічних речовин :

– термічне й каталітичне розщеплення (крекінг, піроліз, риформінг,
конверсія, коксування, циклізація);

– фізичний розподіл (вимораживание, депарафннизация, дистиляція,
екстракція і т.д.).

У результаті цих процесів виділяють наступні групи вихідних речовин для
подальшого органічного синтезу:

1) парафіни;

2) ненасичені углеводороди;

3) циклосоединения;

4) оксид вуглецю й синтез-газ.

Основні продукти галузі:

Мономери ( олефіни, дієни, винилбензолы й ін.);

Вихідні речовини для поліконденсації (дікарбоновые кислоти, ангідриди,
гликоли й полигликоли, фенол, формальдегід і ін.).

Допоміжні речовини для полімерних матеріалів (пластифікатори,
каталізатори, прискорювачі вулканизації і полімеризації, ініціатори,
регулятори, інгібітори, стабілізатори );

Синтетичні миючі речовини: іоногенні (анионоактивные-мила зі СЖК,
алкилсульфонаты і т.п., та катионоатнвные – солі амінів амонієвих основ)
і неіоногенні -продукти синтезу этиленоксида і різних органічних речовин
з активними атомами водню (кислоти, спирти, аміни);

Синтетичне паливо, олії і присадки;

Синтетичні розчинники й екстрагенты;

Інсектофунгіціди і хімічні засоби захисту рослин (пестициди, фунгіциди,
бактерициди, інсектициди, гербіциди, дефоліанти, зооціди).

Основні показники хіміко – технологічних процесів

Концентрація речовини:

Мольна маса ( М ) – маса 1 моль речовини, кг

Мольний обсяг (V м) – обсяг 1 моль речовини, м? ;

Способи вираження концентрацій компонентів у суміші:

Мольна частка – число молів речовини А / загальне число молей;

Масова частка – маса речовини А / загальна маса суміші;

Об’ємна частка – обсяг речовини А / загальний обсяг суміші.

Масова концентрація – кг/м ? ;

Об’ємна концентрація – м ?/м ?;

Мольна концентрація – моль /м ?;

Характеристики газових сумішей:

Нормальні умови (н.у.): Т = 273?С; Р = 0, 1 МПа (0,1013 МПа );

Обсяг, займаний 1 кмоль газу при н.у. = 22,4 м ?;

Залежності, між тиском (Р), обсягом (V) і температурою (Т): (рівняння
Менделєєва) для n моль газу: P V = n RT;

Універсальна газова постійна: 8,314 кДж/моль•К; (якщо Р = кгс/м ?, то R
= 848 кгс/кмоль•град, )

Для двох різних станів газу: P,V,Т и P?V? Т?: Р V = P? V ? ;

PV/T = P?V?/T?;

Тиск газової суміші: Р = P1+ Р2 +…+Pi ;

Обсяг газової суміші: V = V1+ V2 +…+Vi ;

Середня мольна маса суміші: х1М1 + х2М2 +…+хi Мi

Средня щільність газу: ?ср = Мср./22,4, кг/м?;

Відносна щільність газу по повітрю при н.у. : ? = ?г / 1,293;

В’язкість газів і рідин, Па•с (1 Па•с = 10 пуаз).

Вязкість суміши газів : ?см = 1 /(? х і /?і);

1,5

Критична температура (Ткр.) – температура, при якій щільність рідини і
насичених її пар однакові.

Критичні тиск (Ркр) – тиск насиченої пари при Ткр. (при Т > Ткр стан
речовини газоподібне).

Критичний обсяг (Vкр) – обсяг, займаний речовиною в критичному стані
(наибільший обсяг у рідкому стані).

Показники стадій хімічного перетворення:

Конверсія – К (ступінь перетворення) – відношення кількості речовини,
що вступили в реакцію (тобто прореагировавшего речовини) до кількості
цієї речовини, подаваного в реакційний апарат.

Вихід цільового продукту, (%):

на пропущену сировину – кількість отриманого цільового продукту
віднесене до кількості сировини, завантаженого в реактор;

на розкладену сировину — те ж, віднесене до кількості сировини, що
вступили в реакцію.

Селективність – кількість отриманого цільового продукту, віднесена
до максимально можливого теоретичний, % (для процесів, що
протікають у кілька стадій враховують селективність на кожній стадії).

Видаткові коефіцієнти – чи кількостей сировини його компонентів, а також
допоміжних матеріалів, пари, електроенергії, холоду і т.д. витраченого
на виробництво 1 т продукції.

Продуктивність – кількість цільового продукту, одержуваного в одиницю
часу (кг/з, т/рік і т.д.).

Потужність виробництва -максимально можлива продуктивність при
оптимальних умовах процесу.

Інтенсивність процесу – продуктивність, віднесена до одиниці корисного
обсягу цеху, виробництва (Кз) до годовй потужності (Р):

Ку = Кз / Р ;

Обсяг реакційної зони: Vp = Vс ?,

де Vc, – об’ємна витрата, м3/c,

? – час контакту, c

Висота реакційної зони: Н == Vp / S,

де S – площа перетинання, м 2.

Об’ємна швидкість – обсяг газової суміші рідини, що проходить
через одиниця об’єму каталиэатора за одиницю часу:

Vоб. = Vсырья / Vкат.

Продуктивність каталізатора – маса цільового продукту, що знімається з
одиниця об’єму чи маси каталізатора:

П = Gпрод./ Vкат, кг/ м 3 или

П = G прод./ G кат., кг/кг.

Техніко-економічні показники

Собівартість – грошове вираження витрат (З) підприємства на виробництвоі
збут одиниці продукції (N): З = 3 / N , грн/т;

Прибуток підприємства: П == (Я – З) •А , де; апарата.

Питомі капітальні витрати – відношення загальної вартості установки,

Ц – відпускна ціна ед. продукції, грн/т;

С – себестнмсть ед. продукції, грн/т;

А – річний обсяг виробництва продукції, т.

Рентабельність підприємства – відношення прибутку (П) до витрат (3)

Р = П / 3

Матеріальний та тепловий баланси

Матеріальні і теплові баланси є основою технологічних розрахунків.

До них відносяться визначення виходу основного і побічного продуктів,
видаткових коефіцієнтів по сировині, виробничих утрат.

Тільки визначивши матеріальні потоки, можна зробити необхідні
конструктивні розрахунки виробничого устаткування, оцінити економічну
ефективність і доцільність процесу.

Складання матеріального і теплового балансу необхідно як при
проектуванні нового, так і при аналізі роботи існуючого виробництва.

При проектуванні нових виробництв використовується досвід існуючих з
урахуванням результатів сучасних досліджень і розрахунків на їхній
основі.

Основою матеріального балансу є закон збереження маси речовини і
стехеометричні співвідношення.

Матеріальний баланс може бути представлений рівнянням;

Gвх. = Gвых. + Gпотер

Матеріальний баланс звичайно складають на одиницю маси основного
продукту в одиницю часу (кг/год, т/пора, тис.т/рік і т.п.) чи в молях.
Для процесів без зміни, що, обсягу, що протекають тільки в газової
фазе, можливе залишення балансу в кубічних м.

Теоретичний матеріальний баланс розраховується на основі
стехеометричного рівняння реакції.

Практичний матеріальний баланс враховує з’єднання вихідної сировини,
готової продукції, надлишок одного з компонентів сировини, ступінь
перетворення, утрати сировини і готового продукту і т.д.

Тепловий (енергетичний) баланс складається на основі закону збереження
енергії і матеріальних розрахунків:

Qприх. = Qрасх. + Qпотер.

Тепловий баланс дозволяє визначити потреба в тепло- чи хладоносієм,
величину теплообмінних поверхонь. Тепловий баланс враховує кількості
теплоти внесене й винесино з апарата, теплоту фізичних процесів
(розчинення, абсорбція і т.д.), теплоту хімічних, перетворень (екзо- і
ендотермічні реакції), кількість теплоти яка підводиться чи відводиться
з апарата (з димовими газами, пером, холодильниками усередині апарата і
т.д.), утрати тепла в навколишне середовище.

Сумарна теплота фізичних процесів (конденсація, випар, розчинення й ін.)
визначається з урахуванням теплоти фазових переходів:

Тепловий ефект реакції дорівнює сумі теплот утворення вихідних речовин
за винятком суми теплот утворення продуктів реакції;

?Н = (? Нобр.) исх. – (? Нобр.) прод.

Видаткові коефіцієнти характеризують витрата різних видів сировини,
води, палива, пари, електроенергії, холоду на одиницю вироблюваної
продукції.

Процеси переробки нафти:

Установки ЭЛОУ-АТ (ЭЛОУ-АВТ) складаються з 2-3 блоків:

1) Обессоливанне;

2) Атмосферна перегонка (AT);

3) Вакуумна перегонка мазуту (ВТ).

Продукти переробки нафти:

Вуглеводневиый газ – виводиться у виді газу і голівки стабілізації;
використовується у виді палива.

Бензинова фракція (30-1800С): компонент товарного бензину, сировина для
каталітичного риформинга, вторинної перегонки, пиролизных установок.

Гасова фракція (120-3150С): паливо для реактивних і тракторних
карбюраторних двигунів, сировина установок гідроочищення; для
освітлювальних цілей.

Дизельна фракці-атмосферний газоойль (180—3500С): паливо для дизельних
двигунів і сировина установок гідроочищення.

Мазут-залишок атмосферної перегонки (>350 0С): казанове паливо, сировина
термічного крекінгу.

Вакуумний вакуумний-дистилят-вакуумний газйль (350-500 0С): сировина
каталітичного крекінгу, сировина гідрокрекінгу;

Гудрон-залишок АВТ (>5000С): сировина термічного крекінгу, коксування,
виробництва бітуму й олій.

Установки неглибокої переробки нафти працюють по паливному варіанті
(основні напрямки – збільшення добору світлих нафтопродуктів і
підвищення їхньої якості).

Установки глибокої переробки нафти забезпечують одержання сировини для
процесів органічного синтезу в результаті термо- і каталітичних
процесів.

Вторинна перегонка бензину (.до -1800С) на фракції:

нк-620С – компонент автбензина і сировина установки ізомеризації та
каталітичного риформингу:

62 – 850С -для одержання бензолу;

85-1050С – ” – толуолу;

105-1400С – ” – ксилолів;

140—1800С – компонент товарного бензину й авіагасу; сировина
каталітичного риформинга, що працює в режимі одержання високооктанового
бензину; сировина установок гідроочищення гасу.

. Виробництво нижчих парафинов.

Характеристика нижчих парафинов [1]

Фізичний стан Найменування Формула Температура

конден-сації критична

Гази Метан СН4 -161,6 82,1

Этан С2Н6 -88,6 32,3

Пропан С3Н8 -42,1 152,1

Бутан С4Н10 -0,5 96,8

Изобутан i-С4Н10 -11,7 134,5

Низкокиплячі рідини Изопентан С5Н12 27,8

Нижчі парафины погано розчинні у воді і полярних рідинах.
Вибухонебезпечні. Границі взрываемости 1,3-15%про. (виробництва
відносяться до категорії «А»). Слабкі наркотики. Зі збільшенням атомів
вуглецю зростає здатність абсорбуватися й адсорбироваться.

Основні кількості нижчіх парафінів міститися в газах:

Випадний нафтовий газ – газоподібні вуглеводні, що супроводжують сиру
нафту. В умовах пластового тиску газ розкритий у нафті ( >1200м = Р >10
МПа). Його відокремлюють від нафти в сепараторах (траппах). Для більш
повного витягу газоподібних углевородов нафту піддають фізичної
стабілізації. Гази стабілізації містять в основному вуглеводні З1-З5 і
представляють коштовна сировина для переробки в різні продукти ООС.

З’єднання газів стабілізації: бутан = 30-40%; пентан = 15-25%; пропан =
20-30%; этан = 5-15%;

Залишковий зміст метану в стабілізованому газі 1-5% (у той час як у
вихідних газах): природному = 70-97,5; попутне = 75-95%; газоконденсате
= 35-90%. Поділ випадного газу проводять на газофракционных установках
(ГФУ) при тиску Р=2,4 МПа і зниженій температурі.

Ізомеризація – додаткове джерело одержання ізобутану і изопентана, що є
сировиною для виробництва мономерів СК – ізобутілену й ізопрену.

Каталізатори: хлорид алюмінію в присутності хлориду водню; метали
платинової групи на носіях кислотного типу (оксид алюмінію,
алюмосилікат, цеоліт). Mеханизм ізомеризації – іонний, через проміжне
утворення карбокатионов:

1. Утворення олефнна внаслідок чи крекінгу дегидрирования;

2. Утворення з олефина на активних центрам каталізатора, що відіграють
роль донорів протона, карбокатионов:

Карбокатионы здатні відволікатися атоми й у виді гідридів-іонів від
інших молекул вуглеводню і изомеризоваться з переміщенням чи атомів
водню алкильных груп усередині молекули

Побічні реакції: розщеплення (крекінг); полімеризація; алкилирование;

При використанні каталізатора – алюминийхлорида процес проводять при
90-1200С в реакторі з мішалкою, попередньо насичуючи вуглеводень
хлористим воднем (активатор). Вуглеводневый шар відокремлюють від
катализатора, відганяють пари соляної кислоти і нейтралізують.

При використанні каталізатора – металів платинової групи, (палладій на
носіях) процес проводять при 350-4500С и 2-3 МПа в адіабатичному
реакторі з надлишком водню для запобігання дегидрирування і
полімеризації олефинов. Продукти реакції після конденсації і відділення
від циркулюючого водню піддають ректифікації. Неперетворені вуглеводні
(бутан, пентан) повертають у цикл. Технологічні схемі наведені у [2, с.
10-11].

Виробництво вищих парафінів

Тверді і м’які парафииы (до 30%) містяться в нефтепродутках у виді
розчинів. Парафины виділяють иэ мастил, що незастигає газойля, керсина,
диэельного палива, і ін. фракцій. Тверді парафины (С20-С35) с
Тпл.>5000С і Тк=350-5000С. М’які парафины (С11-С20) с Tпл.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Ответить

Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020