Начало на реферати

Лекции по технология на органичния синтез


N + 5H2  C5H12 + NH3 ;;;OH + H2  + H2O VVРазделяна на т-те п-ти от пиролиз.на ВВ фр. Кол.на алкените в теч.п-ти от пиролизата е сравнително по-голямо и отстраняването им се извършва само ч/з

каталитично хидриране. В п-те от пиролизата, се съдържа значително кол. алкани, които не могат да се отделят от ар.с-я ч/з ректиф. За целта предварително се прави екстракция на ар.ВВ с ди-, три- или тетра етилен гликол или друг селективен разтв-л. Фиг. 11. Екстракция на ар.ВВ 1,2-екстрактори; 3-топлообменник; 4, 7-ректиф.колони; 5-хладник; 6-сепаратор. ВВ фр.се подава в дъното, а екстрагентът в горната част на екстракц.колона-1 и двете т-ти се движат в противоток. Алкановата фр.от върха на колоната съдържа известно

кол.екстрагент, който се извлича ч/з екстракция с вода в колона 2. Насит.екстрагент от дъното на колона-1 се нагрява в топлообм.3 и се подава в колона 4, където се извършва екстракц.ректиф.на ар. ВВ с вода. От сепаратор 6 Н2О се връща в колона 4, а сместа от ар.ВВ се разделя ч/з ректиф.Екстрагентът от дъното на колона 4 след охл.в топлообм.3 се връща за екстракция, а част от него се подава за регенерация в колона 7. Тук водата се отдестилира и връща в колони 2 и 4, а от куба се отделят смолисти в-ва-ар. с-я с кондензирани ядра. Степента на извличане на ар.ВВ е 93-99%. Изомеризация и диспропорцион.Ар ВВ. Кол.на опред.ар.с-я в пол.при прераб.на природ.суровини фр.не отговаря на потребностите. Два, близки по природа и тех.изпъл.п-са за превръщане на 1 ар.с-я в др.са изомериз.и диспропорцион. Изомер.на Ар.ВВ. По- част от ксилените се ох до съответните дикарбоксилни к-ни или анхидриди – фталов анхидрид, изофталова и терефталова к-на- които се изпол.за п-во на полимерни материали. Р/та се ускорява от кат.от киселинен тип. На практика се изпол.хетерогенни алумосиликатни или зеолитни кат.които са активни при Т= 400-500ºС. Тех.схема на п-са е дадена на фиг. 12. Изомеризация на ксиленова фр. В колона 1 от ксиленовата фр.се отдестилира съдърж.се в нея етилбензен. След това в колона 2 като кубов остатък се пол.

най- кипящият изомер – о-ксиленът. Сместа от m- и р-ксилен от върха на колоната постъпва в блок 4, където се охл.до -70ºС. Пол.кристали от р-ксилен се отделят ч/з центрофугиране. Теч.фаза съдържа 75 – 85% m-ксилен. Тя се подава в блок за изомериз.5, където се пол.нови кол.о- и р-ксилен. В колона 3 от изомериз.п-т се отделят странич.п-ти – бензен, толуен и полиметилбензени, а ксилените се подават в колона-2. 1, 2, 3 –РК ; 4 – блок за първа степен на кристализ. 5 – блок за изомериз.; 6 – блок за втора степен на кристализ.Тв.фаза, пол.прикристализ.съдържа 70-80% р-ксилен. За да се „С” му той се подлага

на втора кристализ.в блок 6 и след центрофугиране се пол.98%-ен р-ксилен. Филтратът, който съдържа значително кол.р-ксилен се връща в блока на първата кристализ. Диспропорциониране. При Т =400-500ºС в присъствие на същите

кат.протича диспропорц.на толуен до бензен и ксилени. Практич.знач.на този п-с е превръщането на едно по-малко ценно ар.с-е в други две с по-широко приложение.П-т се провежда в присъствие на Н2 при Р=2-5 МРа, с което се потиска обр.на кокс и дезактивирането на кат.Конверсията на толуена е от 30 до 50%. Деалкилиране на Ар.с-я. Др.п-с за превръщане на едни ар.ВВ в др. наред с изомериз.и диспропорц.е

деалкилирането на алкилбензени и алкилнафталени съответно до бензен и нафтален. Знач.на този м-д се опред.от наличието на излишни кол.алкилар.с-я и от

по- търсене на бензен и нафтален.Деалкилирането на ар.с-я се основава на деструкционното хидриране: -СН3 + Н2 CH4. Суровини за пол.на бензен са толуен и висши алкилбензени или техни смеси, а също така и смеси с други ВВ- алкани, циклоалкани и др. На практика това са

хидростабилизирани фр.от пиробензина и суровия бензен, а в някои случаи и фр.от катал.реформинг. Ако в суров.се съдържат алкени, те предварит.се хидрират в/у оксидни или Ме+ кат.При ус-та на п-са насит.ВВсе превръщат газообр. п-ти и разходът на Н2 се повишава. Затова „С” на ар.с-я в суров.трябва да бъде над 65 – 70%. П-те за деалкилиране са два типа: термични и каталитични. Термичното деалкилиране на толуена се провежда при 700-760ºС и Р=4-5 МРа. За  на добива и потискане на коксообраз.молното отнош. м/у Н2 и ВВ е 4 : 1. Селектив. достига 98% при конверсия на толуена 50%. За каталитичното деалкилиране се

изпол.хетерогенни кат.MoO3, CoO, NiO или Cr2O3, нанесени на Al2O3 и п-те се провеждат приТ= 580-640ºC, Р=3,5 – 6,0 МРа и молно отнош.м/у Н2 и суров.от 4 до 10 : 1. Селективността е 95% при конверсия на ар.ВВ 75%.Термич.деалкилиране е с по-опростено апар.оформление, но се провежда при по- Т и поради това са необх.спец.стомани. Разходът на Н2 при кат.деалкилиране е по-и селектив.на р/та е по-.



6. Ацетилен. Ацетиленът Tк= -83,8ºC е силно взривоопас.в-во. Той

обр.взривооп.смеси с в/ха в широки граници. В отсъствие на О2 ацетиленът се разлага на С2 и Н2 с отделяне на голямо кол.топлина, като при Р над 0,2 МРа се обр.детонационна вълна, разпростран.се със скорост над 1000 м/сек. Поради това ацетиленът се транспортира и съхранява #-н в ацетон или диметилформамид. Ацетиленът се изпол.в хим.индустрия и в техниката за рязане и заваряване на Ме+. Съществуват 2 м-да за пол.на ацетилен от калциев карбид и от

ВВ. Пол.на ацетилен от СаС2. М-т се основава на каменни въглища и калциев карбонат въглищата се превръщат в кокс, а калциевият карбонат- в калциев

окис. СаС2 се пол.при нагряване на кокс с СаО до 2000ºС в електродъговипещи: 3C + CaO  CaC2 + CO Реакции. Калциевият карбид взаимод.с Н2О при което се пол.ацетилен: CaC2 + 2H2O  C2H2 + Ca(OH)2. Р/та е екзотер.и хетерофазна, като обр.се Са(ОН)2 се отлага в/у F на карбида и я забавя. За предотвратяване на местните прегрявания които освен разлагане на ацетилена, могат предизвикат неговата полимериз.и за осигуряване на ефективно отвеждане на реакц.топлина при достатъчна скорост на р/та п-т се провежда при непрекъснато разбъркване.

Карбидът съдържа примеси от Si, S, N, Р и др. Съединения, които при разлагането си образуват НN3, Н2S, Н3Р , силани и др., например: CaS + 2H2O  H2S + Ca(OH)2. Тези примеси отравят кат.при следващите синтези с ацетилен и затова се отстраняват. Технология. Реакторите за пол.на ацетилен от CaC2 се нар.ацетиленови генератори. Според нач.на отвеждане на реакц.топлина те биват два типа: 1) Генератори от мокър тип – реакц.топлина се поглъща от вода в излишък, която се нагрява до 50-60ºC. Обр.се Ca(OH)2 е във вид на суспензия, неудобна за понататъшно изпол. 2) Генератори от сух тип- изпол.се почти стехиометрично кол.вода и топлината се отвежда при нейното изпарение.

Ca(OH)2 се пол.във вид на прах, който се връща в п-то на карбид, изпол.се за строителни цели, в хим.индустрия или в земеделието. Генераторите от мокър тип раб.по с-та «карбид в/у вода» и «вода в/у карбид». По разпространен е първия тип. Тяхната конструкция е показана на фиг. 13. Генератор за синтез на ацетилен от типа "карбид върху вода" . Представлява воден резервоар, в който постепенно се прибавя карбидът. От бункер 1 карбидът се подава в резервоара с опред.скорост посредством разпределит.мех. 2. По вертикалната тръба 3, завършваща под нивото на водата, карбидът пада в/у горната решетка 4, наклонена към стените на апарата. През центъра на генератора минава вертикален вал, на който са закрепени гребла 5. С тях карбидът се премества от центъра към края на решет. откъдето той пада в/у долната реш.Тя има наклон към вала и също е снабдена с гребла, които придвижват карбида към отвора в центъра на реш. откъдето разложеният вече карбид попада в долната конична част на генератора. Нивото на водата се регулира със сифонна тръба 6, през която варното мляко непрекъснато се отвежда за утаяване. Избистреният р-р след това се връща в генератора. Р на ацетилена се поддържа с хидрозатвор 7. Фиг. 14. Получаване на ацетилен от калциев карбид. 1 – генератор; 2 – утаител; 3, 4 – хладници; 5, 6, 7 – промивни колони; 8 – газосъбирател. СаС2 се транспорт.до бункера на генератора 1. Обр.се варно мляко постъпва в утаител 2. Избистреният разтвор след охл. в хладник 3 се смесва с прясна вода и се връща в генератора. Т на теч.в генератора е 50-60ºС. Пол.ацетилен е със същата Т охл.се в хладник 4, отделя се от кондензата и минава през колони с пълнеж 5 и 6. Първата от тях се оросява с раз.Н2SO4 която свързва амоняка, а във втората- примесите от Р и S с-я се ох с N a-хипохлорит или с к. Н2SO4 . H2S + 4NaOCl + 2NaOH Na2SO4 + 4NaCl + 2H2O. Накрая, в колона 7, с р-р на NaOН се улавят следите от к-ни. Чистият ацетилен се събира в газосъбирателя 8, откъдето се подава към потребителите. Пол.на ацетилен от ВВ. Р/и,механизъм, селективност. За суровина се изпол.ВВ от п.газ до нефтени фр.или суров нефт. Синтезът на ацетилен може да се изрази със следното у-е: 2CH4  C2H2 + 3H2. Както и пиролизата до алкени, механизмът на обр.на ацетилена е радикало-верижен.

Р/те са ендотермични и = им се измества надясно едва при 1000 – 1300ºС, но за практическото осъществяване на п-са е необходима Т над 1400ºС. Повишаване на селективността се постига чрез бързо пренасяне на Е при Т , много кратко време на престой в реакц.зона,  парциално налягане на ацетилена и бързо охл.на пол.пирогаз. Освен нисши алкани и алкени, в пол.газ се съдържат малко бензен и хомолози на ацетилена метилацетилен, винилацетилен, диацетилен. Друга стр.р/я е разлагането на ацетилена до С- (сажди) и Н2. Технология. М-те за пиролиза се #-т по нач.на нагряване на суровината. 1) Регенерационна пиролиза. Провежда се в пещи с огнеупорен пълнеж. В нач.той се нагрява при изгаряне на газообр. гориво, а след това п/з него се пропуска суровината и двата стадия се редуват. 2) Пиролиза в електродъгови пещи. За суровина се изпол.ВВ сТк до 200ºС. 3) Автотермич.ох пиролиза, при който топлината от частичното изгаряне на суров.се изпол.за пиролиза на останалата част от нея. Сравнително най-икономич.м-д е автотермичната пиролиза. Подходящ е за суровини като метан, пропан-бутан или

лек бензин. Провежда се в недостиг от О2 и горенето протича

по уравнението: CH4 + O2  CO + H2 + H2O. Р/та е много бърза и обр.на ацетилена, което е по-бавна р/я, започва в зоната, където О2 практически

отсъства. Тук се извършва и конверсия на СО. CO + H2O  CO2 + H2 Автотермичната пиролиза се провежда при съотношение м/у СН4 и О2 ; 2 : 1, необходимо за непълното горене и се достига необх.Т от около 1500ºС. Безопасността се осигурява и от конструкцията на реактора, която позволява бързо и ефективно смесване на суровината с ох-ля. Схема на реактор за автотермична пиролиза е дадена на Фиг. 15. Реактор за автотермична пиролиза. СН4 и О2 постъпват в смесителна камера 1, минават през решетката 2 на горелката и попадат в камерата под нея 3, където протича горенето на СН4 и обр.на ацетилен. За поддържане на устойчиво горене тук се подава О2. Непосредствено под горивната камера се впръсква вода за бързо охл. В долната камера 4 газообр.п-ти се отделят от водата и саждите и се изпращат за разделяне. Конверсията на СН4 достига 90%. Получената смес съдържа 7 – 9% ацетилен, останалото е Н2,СО, СН4 и СО2. Технологична схема за получаване на ацетилен чрез автотермична пиролиза на метан е представена на фиг. 16. Получаване на ацетилен от ВВ. О2и СН4 се нагряват отделно до 500-600ºС в тръбните пещи 1 и 2. Пол.при пиролизата реакц.п-ти се охл.още в Р-3 до 80ºС. Саждите се задържат ч/з промиване с вода в колона 4 и електрофилтър 5. Водата от апаратите 3, 4 и 5 се събира в утаител 6. Отделеният в него орг.слой, съдържащ смолисти в-ва и сажди се изгаря, а водният слой се рециклира. 1, 2 – тръбни пещи; 3 – реактор; 4 – промивна колона; 5 – филтър; 6 – утаител; 7 – компресор; 8 – абсорбер; 9, 11 – десорбери; 10 – топлообм. След това реакц.газове се сгъстяват постепенно с компресора 7 до 1 Мра, като след всяка степен се охлаждат. В абсорбер 8 ацетиленът се абсорбира с диметилформамид.

Непогълнатият газ се изпол.като синтез-газ или като гориво. Разтворът от дъното на 8 се дроселира и постъпва в десорбер 9. Тук при Р около 0,15 Мра и 40ºС се десорбират ацетиленът и по-слабо#-те газове. Заедно с част от ацетилена, тези газове се отделят и връщат за компримиране. Концен.стоков ацетилен се отделя от по-долните тарелки. От дъното на колона 9 абсорбентът, съдържащ малко ацетилен и хомолозите му се подава в десорбер 11. От върха на този апарат се отделя ацетиленът, който се връща в колона 9, от средата- висшите му хомолози, а от дъното – диметилформами-дът. Натрупващите се в р-ля вода и полимери се отстраняват в блок за регенерация.Пол.ацетилен е с „С” 99,0-99,5%. Сравнение на м-те за пол.на ацетилен. Основен недостатък на карбидния м-д за пол.на

ацетилен е големият разход на електроенергия за получаване на калциев карбид. Предимство на м-да е „С”на пол.ацетилен и лесното му пречистване. П-т за пол.на ацетилен от ВВ е едностадиен и изисква по-малко капитални и Е разходи. Ацетиленът, обаче, се пол.разреден и пречистването му е доста сложно. Главно поради  Е разходи карбидният м-д се изпол.по-малко. В САЩ и Западна Европа най-често се раб.по м-да на автотермичната пиролиза на п.газ.



7. СО и синтез газ. Сместа от СО (т.к. -192ºС) и Н2 (т.к. -252,8ºС) в отношение от 1 : 1 до 1 : 2 се нар.синтез-газ. Източници за неговото пол.са въглищата, п.газ и нефтът.Катал.конверсия на ВВ. Основната р/я, на този м-д за пол.на синтез-газ е  конверсия на ВВ с в.п в присъствие на кат.Ni, нанесен на Al2O3: CH4 + H2O  CO + 3H2. Р/та е силно ендотермична и за изместване на = надясно конверсията се провежда при 800 – 900ºС и излишък от в.п. В ус-та на п-са се извършва и конверсия на СО. CO + H2O  CO2 + H2 Тази р/я е екзотермична, затова = й при T е изместено наляво. Конверсията на СО

протича бързо и съставът на реакц.смес се опр.от =. Газовата смес, пол.при конверсия на СН4 съдържа  кол.Н2 сътношението Н2 : СО е най-малко 3 : 1 и за да се  съществуват 2 възможности: (1) за суровина да се изпол.течни ВВ -CH2- + H2O  CO + 2H2 и (2) към в.п да се добавя СО2, който също конвертира ВВ. CH4 + CO2  2CO + 2H2. Тази р/я е ендотермична и при Т = й е изместено надясно. Тя протича по-бавно, отколкото конверсията с в.п Технология. Каталит.конверсия на ВВ се провежда съвместно с изгаряне на част от сур. при което се пол.топлината за достигане на необх.Т CH4 + O2  CO + H2 + H2O. Изх.смес съдържа СН4 и О2 в отношение 1,0 : 0,55, която се намира извън границите на взривоопасност, а и разреждането с в.п също спомага за това. Съотношението

м/у в.п и СН4 е от 1 до 3 : 1 в зависимост от раб.Р. Разглежданият п-с, нар.автотермична или ох конверсия не изисква външно нагряване и се осъществява в пещи с неподвижен слой кат. Конверторът е облицован с огнеупорни тухли и има кожух за охл.в който се пол.в.п. Сн4 и О2 разредени с в.п. се смесват при у-я за ефективно хомогенизиране, което изключва взрив или възпламеняване. Изгарянето на СН4 протича 10 пъти по-бързо от конверсията и затова в горния слой на кат.Т се  до 1100-1200ºС, а на изхода пада до 800-900ºС. Раб.Р е 2-3 МРа. Въпреки неблагоприятното влияние в/у = Р води до ускоряване на п-са и  на размерите на апар.и на Е разходи. Изместване на= се постига ч/з по- излишък от в.п- съотношението м/у нея и СН4 е 4 :1. Наличието на S-с-я в суров.за пол.на синтез-газ води до отравяне на Ni-кат.Затова в такива случаи предварително се провежда хидриране и отстраняване на Н2S. Тех.схема на ох конверсия на СН4 е представена на фиг.17.Пол.на синтез-газ чрез каталит.конверс.н ВВ.СН4 се сгъстява с турбокомпрес-1 до Р=2-3 МРа и се смесва с необх.кол.в.п и CО2. Сместа се нагрява в топлообм-2 доТ= 400ºС с потока от реакц.п-ти и постъпва в смесителя на конвертора 3, където се подава и сместа от О2 и в.п. Конверторът се охл.с воден кондензат, при което се пол.пара.1-компресор; 2, 5, 9-топлообм. 3-конвертор; 4-котел-утилизатор; 6-охл.колона; 7-хладник; 8-абсорбер;10-десорбер. Топлината на реакц.газ се изпол.в котела 4 и с

пол.пара се задвижва турбокомпресора. След топлообм-2 реакц.п-ти нагряват водния кондензат втоплообм- 5. Накрая, в колона 6 газът се охл.с вода. Освен СО и Н2 реакц.п-т съдържа CО2, CН4, N2 и Ar. Извличането на СО2 се извършва ч/з абсорбция с вода под Р или ч/з хемосорбция с моноетаноламин или калиев карбонат: HO-CH2-CH2-NH2 + CO2  HO-CH2-CH2-NH2.CO2 ;;; K2CO3 + CO2 + H2O  2KHCO3. Обратната р/я протича при нагряване и на Р. Конверторният газ постъпва в абсорбер 8, където се поглъща CО2. Наситеният абсорбент се нагрява в топлообм.9 и постъпва в десорбер 10, откъдето CО2 се връща за конверсия. Термична конверсия. В отсъствие на кат.превръщането на ВВ-те в синтез-газ става при по-Т=1350-1450ºС. Като стр.п-т се обр.сажди, които се пол.при разлагането на обр.се ацетилен. Част от тях също се превръщат в синтез-газ: C + H2O  CO + H2. Кол.на саждите е по- при конверсия на течни ВВ и в тези случаи към суровината се добавя още в.п. Освен това и при този процес в пол.синтез-газ се съдържат CО2, CH4, N2 и Ar. В крайна сметка съотнош.м/у СО и H2 и при термич.конверсия на ВВ зависи от изх. суровина и е в границите от 1 : 1 до 1 : 2. Технол. Термич.конверсия се провежда при Р=2-15 МРа и частично изгаряне на суров.за достигане на зададената Т. Конверторът е подобен на този при кат.конверсия, но не съдържа кат. и е изчислен за Р. Предимства на термичната конверсия са  скорост на конверс.опростената конструкция на конвертора и  изисквания към кач.на суров. Тех.схема за термична конверсия на мазут е дадена на фиг. 18. Мазутът се подава под Р=2-3 МРа в блок 1, където се нагрява до 500-800ºС от конверторните газове. В този блок се генерира и пара с Р до 15 МРа. Нагрятият мазут се впръсква в смесителя на конвертора 2, където се подава и сместа от О2 и в.п. В кожуха на конвертора се пол.пара с Р. Фиг. 18. Пол.на синтез-газ ч/з термична конверсия на

Лекции по технология на органичния синтез facebook image
Публикувано от: Параскева Андонова

Използване на фолио от напълнен полиетилен 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.