На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Технология получения формальдегида

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 27.09.2012. Сдан: 2012. Страниц: 11. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Министерство  образования науки
ФГБОУ ВПО  «Чувашский Государственный Университет 
им. И.Н. Ульянова»
Химико-фармацевтический факультет
Кафедра химической технологии и защиты окружающей среды 
 
 
 
 

Курсовой  проект
по  дисциплине: Основы технологий получения  органических веществ 

на тему:
«Технология получения формальдегида» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил студент группы Х-21-07:
Свайкина  Юлия Юрьевна 
 
 
 
 
 

Проверил  доцент:
Константинова Татьяна Геннадьевна 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Чебоксары 2011 

     СОДЕРЖАНИЕ 

1. Введение……………………………………………………………………………3
2. Литературный обзор…………………………………………………………….....5
2. 1. Промышленные  методы получения формальдегида…………………………5
  2. 1. 1. Каталитическое окисление метанола на металлических катализаторах...5
   2. 1. 1. 1 . Каталитическое окисление дегидрированием метанола на серебряном катализаторе…………………………………………………………...5
   2. 1. 1. 2. Каталитическое окисление дегидрированием метанола на медном катализаторе……………………………………………………………………….…6
  2. 1. 2. Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах……...8
  2. 1. 3. Окисление природного газа и низших парафинов………………………..9
2. 2. Сравнительная характеристика техники производства формальдегида…..12
  2. 2. 1. Выбор катализатора и его характеристика……………………………….13
3. Каталитическое  окисление дегидрированием метанола на серебряном катализаторе………………………………………………………………………....16
3. 1. Физико-химические основы технологического процесса………………….16
  3. 1. 1. Химизм  процесса…………………………………………………………..16
  3. 1. 2. Механизм процесса………………………………………………………..17
  3. 1. 3. Термодинамика реакций…………………………………………………..18
  3. 1. 4. Кинетика реакций………………………………………………………….20
3. 2. Описание технологического процесса……………………………………….21
  3. 2. 1. Получение метанола……………………………………………………….21
  3. 2. 2. Получение катализатора…………………………………………………..23
  3. 2. 3. Синтез  формальдегида…………………………………………………….25
4. Безопасность и экологичность проекта производства формальдегида……….27
5. Экологический  аспект……………………………………………………………29
6. Заключение………………………………………………………………………..30
7. Список используемой литературы………………………………………………31 
 
 

     1. ВВЕДЕНИЕ 

     Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее  время, формальдегиду, принадлежит  особая роль.
     Формальдегид  – весьма активное химическое соединение, легко вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса новых соединений, многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного органического синтеза. Он находит применение в производстве синтетических смол, волокон, каучука, пластмасс, органических красителей. Его используют в металлургии, в нефтяной и нефтехимической промышленности, в кожевенном и меховом производстве, в сельском хозяйстве и в бумажной промышленности. Формальдегид широко применяется при изготовлении пластмасс (таких, как фенопласты и аминопласты), искусственных волокон, из него получают пентаэритрит (сырьё для производства взрывчатых веществ и пластификаторов), триметилолпропан. Основная часть формальдегида идет на изготовление древесностружечных материалов, где он используется для получения карбамидной смолы.
     Круг  применения формальдегида растет из года в год. В связи с этим растет и его производство.
    Целью данной работы является сравнение основных способов производства формальдегида с последующим выявлением наиболее эффективного.
    Задачами  данной работы являются:
    Определение основных способов промышленного получения формальдегида;
    Определение сырьевой базы;
    Рассмотрение аппаратурного оформления и технологии получения продукта для каждого способа;
    Определение образующихся отходов, сбросов и выбросов в результате получения формальдегида и способов их обезвреживания;
    Выявление наиболее эффективного на данный момент времени промышленного способа получения формальдегида.
 
 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. 

2.1. Промышленные методы  получения формальдегида. 

Основной  производственный метод получения формальдегида во всём мире уже много лет – каталитическое взаимодействие метанола с кислородом воздуха:        
      СН3ОН + 1/2О2           СН2О + Н2О
     Этот  процесс часто называют окислением метанола, хотя в соответствии с  принятыми представлениями об окислении, как о реакции присоединения кислорода, это название следовало бы заменить на окислительное дегидрирование. С учетом того, что на практике при взаимодействии метанола с кислородом протекают также реакции обычного дегидрирования, и некоторые другие, правильнее, по-видимому, говорить об окислительной конверсии метанола в формальдегид.
     В общем, формальдегид получают из метанола, диметилового эфира, природного и попутных газов (газа коксохимического производства и нефтепереработки). Промышленно освоенные способы получения формальдегида:
     1) Каталитическое окисление метанола  на металлических катализаторах.
     2) Каталитическое окисление метанола  на оксидных катализаторах.
     3) Окисление природного газа и  низших парафинов. 

     2.1.1. Каталитическое окисление  метанола на металлических  катализаторах. 

     В первом случае катализатором чаще всего  является серебро (можно использовать золото или медь), с целью экономии метанола серебро равномерно наносят на инертный носитель, например на пемзу. 

     2.1.1.1. Каталитическое окисление  метанола на серебряном  катализаторе.
     Сущность  метода состоит в парофазном окислении  гидрировании метанола кислородом воздуха  в адиабатическом реакторе с последующим  поглощением продуктов реакции  водой. В процессе подается метаноло-воздушная  смесь состава выше верхнего предела  взрываемости (36,4% - объемные доли) и с недостатками кислорода по химическому уравнению окисления метанола в формальдегид, т.к. катализатор – окислительно - дегидрирующийся: 
 

     СН3ОН + ?О2 > СН2О + Н2О + Q (147,4кДж/моль);
     СН3ОН > СН2О + Н2 – Q (93,4 кДж/моль);
     Н2 + ?О2 > Н2О + Q (241,8 кДж/моль).  

     Вместе  с тем протекают побочные реакции, что снижает выход формальдегида  и повышает расход метанола. Выход  формальдегида достигает 80 – 85%, при  степени конверсии метанола 85 – 90%. Так как окислительное дегидрирование проводят при недостатке кислорода, процесс глубокого окисления, не получает значительного развития. В то же время само дегидрирование, инициируемое кислородом, протекает быстрее, поэтому процент побочных реакций не велик. Этим способом можно получить формалин двух марок: ФМ – 37% с содержанием метанола до 10% и ФБМ – 50% с содержанием метанола менее 1%. Транспортировке и хранению подлежит формалин марки ФМ, т.к. метанол стабилизирует его. 
 
 

2.1.1.2. Каталитическое окисление дегидрированием метанола на медном катализаторе.  
 

СН3ОН + 0,5О2a НСНО + Н2О; ?Н = - 158 кДж/моль
СН3ОН a НСНО + Н2
Н2 + 0,5О2 a2О
Выход формальдегида составляет около 80% при степени конверсии метилового спирта 85%.

Технологическая схема производства формальдегида 
дегидрированием метанола на медном катализаторе.
1 – напорный  бак
2 – испаритель
3 – перегреватель
4 – реактор
5,7 – холодильник
6 – абсорбер
8 – скруббер  
 

Из напорного  бака 1 метиловый спирт, содержащий 10 – 12% воды, непрерывно подают в испаритель 2; сюда же поступает очищенный воздух, барботирующий через слой СН3ОН ; при этом воздух насыщается парами спирта (смесь должна содержать около 5 г/л СН3ОН для обеспечения безопасности и необходимого направления процесса). Затем паровоздушная смесь проходит перегреватель 3 и поступает в реактор 4. Образующийся в реакторе формальдегид сразу же попадает в смонтированный вместе с реактором холодильник 5. Быстрое снижение температуры предотвращает окисление формальдегида до СО, СО2 и Н2О. Далее в абсорбере 6 формальдегид поглощается водным раствором формальдегида, поступающим из скруббера 8 и охлаждаемым в холодильнике 7. Получаемый в абсорбере 36 – 37%-ный раствор формалина собирают в сборнике 9.
     2.1.2. Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах. 

     Во  втором способе катализатором является смесь оксидов железа и молибдена. Окисление метанола на оксидных катализаторах протекает по окислительно – восстановительному механизму: 

     СН3ОН + 2МоО3 > СН2О + Н2О + Мо2О5
     Мо2О5 + ?О2 > 2МоО3  

     Процесс осуществляется в избытке воздуха при (350 – 430)оС и обычном давлении, иначе под действием метанола и формальдегида катализатор быстро восстанавливается. Реакция протекает при соотношении метанола и воздуха ниже предела взрываемости (7 – 8% - объемные доли).
     Процесс отличается высокой степенью конверсии метанола – 99%, а так же сильной экзотермичностью, что заставляет использовать трубчатые реакторы с охлаждением. Этот способ позволяет получать формалин – 37% с содержанием метанола не выше 0,5%. Применение технологий с оксидным катализатором заслуживает некоторого предпочтения, когда требуемая производительность не выше 8 – 10 тыс. т./год.
Технологическая схема производства формальдегида  окислительной конверсией метанола на оксидном катализаторе:  
 
 
 
 
 
 
 
 

1 –  компрессор; 2, 4 – теплообменники; 3 – реактор; 5 – скруббер.
а –  свежий воздух; б – метанол; в  – вода; г – вторичный водяной  пар; д – отработанный воздух; е  – формалин. 

Очищенный воздух с помощью воздуходувки подается в теплообменник 2, где нагревается  за счёт тепла контактных газов. В трубопровод после теплообменника впрыскивается метанол. Нагретая до 180?С спиртовоздушная смесь, содержащая 6 – 7% метанола, поступает в верхнюю часть реактора 3. Температура внутри трубок с катализатором составляет 360 - 380?С,  а в межтрубном пространстве 250 - 290?С. Термостатирование реактора осуществляется с помощью нагретого теплоносителя (хладагента).
     Избыточное  тепло реакции используется в  теплообменнике 4 для получения вторичного пара. Контактный газ, охлаждённый до 140?С, из реактора направляется в нижнюю часть скруббера 5. Примерно одна треть газов после абсорбера поступает на факел, а оставшееся количество подается в рецикл. Из нижней части абсорбера выводится 37% формалин. 
 

2.1.3. Окисление природного газа и низших парафинов. 

   Третий  способ. С точки зрения доступности  и дешевизны сырья, а также  простоты технологии (получение формальдегида  прямым окислением природного газа, состоящим в основном из метана, кислородом воздуха) заслуживает предпочтения перед сравнительно сложными и много ступенчатыми синтезом через метанол (по схеме): 

      природный газ > синтез газ > метанол > формалин
                                 прямое окисление 

     Гомогенное  окисление метана представляет собой  типичную свободорадикальную реакцию. В отсутствии инициаторов реакция характеризуется наличием индукционного периода. Для устранения или уменьшения последнего к метано – воздушной смеси добавляют вещества, легко распадающиеся на свободные радикалы – чаще всего азотную кислоту или оксид азота (II), а также озон, пероксид водорода, галогены, галогеноводороды, летучие алкилы свинца и т. д. В работах в качестве инициатор рекомендуется применять диметиловый эфир, не загрязняющий продукты реакции посторонними примесями. Для облегчения зарождения цепей на стенках реактора последние обрабатываются раствором борной кислоты и ее производных.
     На  схеме видно, что метанол и  формальдегид образуется параллельно, а на последующих стадиях метанол  превращается в формальдегид, а последний  – в оксид углерода. Понижение  температуры и повышение общего давления увеличивает выход метанола. Концентрация метана в смеси с воздухом обычно находится выше верхнего предела взрываемости.
     
     Производство  формальдегида инициированным гомогенным газофазным окислением природного газа.
     1 – горелка; 2, 4 – теплообменник; 3 – реакционная печь; 5 – скруббер; 6 – колонна.
     а – аммиак; б – воздух; в –  метан; г – отдувка;  д- вода; ж  – формалин; з – сбросная вода.
     В качестве инициатора применяется смесь  оксидов азота. Последняя получается в рамках основного производства сжиганием аммиака над платиновым катализатором. Исходный природный газ, содержащий около 98% метана, смешивается с воздухом в объёмном соотношении 1 : 3,7 и добавляется к циркулирующему потоку непрореагировавшего сырья. Полученная газовая смесь нагревается до 400?С за счет тепла продуктов окисления, после чего к ней добавляется 0,08% оксидов азота. Нагретая смесь направляется в трубчатый стальной реактор печного типа, футерованный керамическими материалами. Температура реактора доводится до 600?С за счёт сжигания части отходящих газов. Продукты реакции охлаждаются до 200?С в теплообменнике и поступают  на скруббер, орошаемый водой, где поглощается формальдегид с примесями метанола и муравьиной кислоты. Полученный раствор нейтрализуют и направляют на ректификационную колонн, по – видимому, работающую под давление. В качестве погона этой колонны отбирают формалин, содержащий 34% формальдегида и 3% метанола. Выход формальдегида за проход в расчете на свежий метан составляет около 35%, при селективности около 10%. Среди побочных продуктов 97% составляют оксиды углерода, а остальное – метанол и примеси муравьиной кислоты.
   Однако  на практике возникает ряд трудностей, которые связаны с недостаточной  устойчивостью формальдегида в  условиях реакции. Окисление метанола происходит при 600оС, в то же время термическое разложение формальдегида наблюдается уже при 400оС. Выход формальдегида не превышает 3% при селективности 10 – 25%. Поэтому рассмотренный метод занимает весьма скромное место в балансе производства формалина и только в перспективе используется новые технологические приемы окисления (с учетом возрастания дефицитности метанола и сравнительной доступности природного газа).
     Поэтому в выборе метода производства формалина  заслуживают внимания способ каталитического окисления метанола на серебряном катализаторе и способ окисления на оксидном катализаторе. Рассмотрим их в сравнении и выберем для себя нужный.  
 
 
 

     2.2. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНИКИ И ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛЬДЕГИДА
Метод Преимущества Недостатки
1. Окисление  на серебряном катализаторе а) практически  нет ограничений по единичной  мощности установки б) простота конструкции реактора
в) низкая метало – и энергоемкость
г) высокая  производительность
а) высокий расходный  коэффициент по сырью б) дорогостоящий  катали-
затор
в) наличие  в формалине метанола до 5 – 10%
2. Окисление на оксидном катализаторе а) низкий расходный  коэффициент по сырью б) наличие  метанола в 
формальдегиде не более 0,6 – 1,0% и наличие НСООН не выше 0,02%
а) повышенный расход энергии и воздуха б) ограничение 
единичной мощности установки
в) сложность  в эксплуатации и ремонте
г) повышенная металлоемкость
3. Окисление природного газа и низших парафинов а) доступность  природного газа а) недостаточная  устойчивость формальдегида в реакции
 
Сравнивая экономические и производственные затраты, а также объем продукции для нужд формальдегидопотребляющего производства – выбираем метод производства по окислительному дегидрированию метанола на серебряном катализаторе.  
 
 

     2.2.1. Выбор катализатора и его характеристика 

     В России на всех промышленных установках по получению формальдегида из метанола применяются трегерные серебряные контакты типа серебро на пемзе. Характеристика этого катализатора:
     Внешний вид – серые блестящие зерна  неправильной формы.
     Размер  зерен, мм – 2-5.
     Массовый  фракционный состав: %
     Просев  через сито 2,2 мм, не более 2,0;
     Остаток на сите 5,5 мм, не более 5,0;
     Удельная  поверхность, м2/ч 0,5 – 1,0.
     На  большинстве зарубежных формалиновых производствах используют металлическое  серебро без носителя (сетки, кристаллы, губчатое серебро и т.п.). По селективности образования формальдегида контактный и трегерный катализаторы являются практически равноценными. Основные различия трегерных и контактных катализаторов относятся к их эксплуатационным характеристикам. К преимуществам трегерных контактов относится следующее:
    устойчивость по отношению к перегревам;
    пониженная требовательность к чистоте сырья;
    меньшая единовременная загрузка сырья;
     Основным  недостатком этого катализатора является небольшая длительность межрегенерационного  цикла работы (3 – 4 месяца).
     Использование контактного (ненанесенного) серебра  имеет следующие достоинства:
    исключение комплекса вопросов, связанных с получением и подготовкой носителя;
    «безреагентная» система приготовления катализатора;
    практическое отсутствие потерь серебра за счет истирания и измельчения контакта.
     При выборе той или иной формы серебряного  катализатора решающее значение имеют такие факторы, как накопленный опыт и традиции.
     Технология  приготовления трегерного серебра  включает в себя основные стадии:
    пропитка или осаждение на поверхности носителя соли, содержащей серебро;
    восстановление катиона серебра до свободного металлического состояния.
     На  практике содержание серебра в катализаторе СНП составляет около 40%. Катализаторы с меньшим содержанием серебра  быстрее теряют активность и требуют  «перенанесения».
     В настоящее время преимущественно  используют трехслойный контактный катализатор. Два верхних слоя представляют собой кристаллы размером 0,8 – 1,0 мм, нижний слой – серебро в виде тонких нитей.
     Также применяют нововведения, такие как: серебряный катализатор разделённый на 4 слоя общей высотой 20 – 30 мм, а серебряное кольцо по периметру реактора выполняет функции 5-го слоя. Характерной особенностью является применение бидисперсных гранул серебра. Так, в нижней части слоя рекомендуется размещать гранулы с размером мене 0,3 мм, количество которых составляет 1/8 от общего количества серебра. Другая часть катализатора в виде гранул размером до 1 – 3 мм насыпается поверх мелких частиц. Мольный выход формальдегида равен 88%.
     Применение  двухслойного катализатора позволяет  проводить процесс с конверсией метанола до 97,4% при мольной селективности 89 – 90%.
     Сравнивая зарубежный опыт производства формалина  на катализаторах в очень тонком слое, в виде металлических сит (серебряные сетки) предлагается перейти на аналогичный  вид катализатора.
     Переход на серебряный сетки позволит за счет упрощения приготовления катализатора сократить численность рабочих в катализаторном отделении, следовательно, повысить производительность труда. За счет более длительного срока службы (1 – 2 года) катализатора увеличивается объём производимого продукта. 
 
 

     3. КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЯ  ДЕГИДРИРОВАНИЕМ  МЕТАНОЛА НА СЕРЕБРЯНОМ  КАТАЛИЗАТОРЕ. 

     3.1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. 

     3.1.1. Химизм процесса
     Образование формальдегида происходит при прохождении  метаноло -воздушной смеси через  слой катализатора "серебро на носителе" при температуре в зоне контактирования:(550 - 600)°С при работе в "мягком" режиме, (660 - 700)°С при работе в "жестком" режиме.
     Образование формальдегида осуществляется в  результате протекания параллельных реакций  простого и окислительного дегидрирования метанола: 

     СН3 ОН > СН2 О + Н2 - 93,4 кДж/моль (3.1)
     СН3 ОН + 1/2 О2 > СН2 О + Н2 О + 147,4 кДж/моль (3.2) 

     Наряду  с этими реакциями в системе  протекает целый комплекс побочных превращений. 

     СН3 ОН + 2/3 О2 > СО2 + 575,1 кДж/моль(3.3)
     СН2 О + 1/2 О2 > НСООН + 270,4 кДж/моль(3.4)
     НСООН + 1/2 О2 > СО2 + Н2 О + 14,5 кДж/моль(3.5)
     НСООН > СО + Н2О - 53,7 кДж/моль(3.6)
     СН2 О > СО + Н2 + 1,9 кДж/моль (3.7)
     2 СН2 О + Н2 О > СН3 ОН + НСООН + 122,0 кДж/моль(3.8)
     Н2+ 1/2 О2 > Н2 О + 241,8 кДж/моль(3.9)
     2 СН3 ОН > СН2 (ОСН3 )2 + Н2 О + 131,0 кДж/моль(3.10)
     СО + 1/2 О2 > СО2 + 283,0 кДж/моль(3.11)
     2 СО > СО2 + С + 172,5 кДж/моль (3.12) 

     Реакции (3.3) и (3.4) являются равновесными. Доля метанола израсходованного по реакции (3.4) составляет около 60 %, а остальное, по реакции (3.3).
     Превращение метанола в формальдегид происходит в результате контакта молекул спирта с кислородом, хемосорбированным на атомах серебра, т.е. активными центрами катализатора являются поверхностные окислы серебра. Процесс получения формальдегида в целом сопровождается выделением тепла, за счет которого поддерживается необходимая температура в зоне контактирования и равновесие реакции дегидрирования смещается вправо.
     Побочные  реакции снижают выход формальдегида  и определяют состав выхлопных газов (абгазов). 

     3.1.2. Механизм процесса 

     Ключевые  превращения осуществляются на поверхности катализатора. Метанол адсорбируется на поверхности окисленного серебра. На поверхности свободного неокисленного серебра метанол адсорбируется очень слабо, причем с ростом температуры, количество поглощенного продукта уменьшается. Превращение поглощенного продукта уменьшается молекул спирта с кислородом, химсорбированным на атомах серебра, т.е. активными центрами катализатора являются поверхностные окислы серебра. В процессе хемосорбции кислорода на атомах серебра на адсорбированный кислород, происходит его диссоциация на атомные ионы (атомарная адсорбция). Выделяют 3 типа (области) адсорбции в зависимости от степени окисления серебра. При степени окисления до 0,1 - 0,12 см3 О22 Ag, т.е. в пределах покрытия поверхности монослоем кислорода, один атом кислорода связан с двумя поверхностными атомами серебра (Ag2
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.