Реферат на тему Xімія і технологія органічних речовин - Хімія - Реферати - Каталог статей

Реферат на тему Xімія і технологія органічних речовин. Xімія 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, м³ ; 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 ³ ;Об'ємна концентрація - м ³/м ³; Мольна концентрація - моль /м ³; 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 ³; 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 ², 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: ρср = Мср./22,4, кг/м³; Відносна щільність газу по повітрю при н.у. : Δ = ρг / 1,293; В'язкість газів і рідин, Па•с (1 Па•с = 10 пуаз). Вязкість суміши газів : μсм = 1 /(Σ х і /μі); Залежнисть вязкості газів від температури (формула Сатерленда): μ т = μ0 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 τ, де Vc, - об'ємна витрата, м3/c, τ - 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; ΔН = (Δ Нобр.) исх. - (Δ 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 молекулиПобічні 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.
1 2 3 4 5 Категория: Хімія \| Добавил: Aspirant (03.05.2013)
Просмотров: 509 \| Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0


Имя *:
Email *:

Код *: