рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Синтез метанола

Синтез метанола - раздел Химия, 1. Товарные И Определяющие Технологию Свойства Метанола, Области При...

1. Товарные и определяющие технологию свойства метанола, области применения в химической технологии. Метанол представляет собой бесцветную жидкость (т. кип. 64,70С, т. пл 97,80С, плотность 0,79 г/см3, теплота испарения 263 ккал/кг, критическая температура 2400С) с запахом, подобным запаху этилового спирта.Он горюч, дает с воздухом взрывоопасные смеси (6 – 34,7 % объемн.) температура воспламенения его паров в воздухе 5350С. Теплота растворения в воде при бесконечном разбавлении 64,4 ккал/кг. Смешивается во всех отношениях с водой, спиртами, бензолом, ацетоном и мнгими другими жидкостями, но не смешивается с алифатическими углеводородами С некоторыми органическими жидкостями (например, с ацетоном, бензолом, дихлорэтаном) образует азеотропные смеси.

Метанол представляет собой большую опасность из-за своей высокой токсичности. Является сильным нервным и сосудистым ядом кумулятивного действия; обладает также слабым наркотическим действием.Предельно допустимая концентрация паров метилового спирта в воздухе производственных помещений 50 мг/м3. В химической промышленности метанол применяется в качестве полупродукта для многих промышленных синтезов. В наибольших количествах метанол используется для получения формальдегида, а также в качестве метилирующего агента в производстве таких важных продуктов, как диметилтерефталат, метилметакрилат, некоторые пестициды.

В нефтеперерабатывающей промышленности метиловый спирт служит селективным растворителем для очистки бензинов от меркаптанов и азеотропным реагентом при выделении толуола ректификацией.

В смеси с этиленгликолем метиловый спирт применяется для экстракции толуола из бензинов.Также метанол применяется для производства карбамидных смол, уксусной кислоты, синтетических каучуков, поливинилового спирта и ацеталей, антифризов, денатурирующих добавок. Значительно возрос интерес к метанолу как к важному и экономически эффективному сырью для получения водорода и синтез-газа, которые широко применяют в металлургии, в производстве аммиака.

Существенно расширяется использование метанола для очистки сточных вод от вредных соединений азота, для производства кормового белка. В последнее время предполагается, что метанол найдет широкое применение в качестве источника энергии, газового топлива для тепловых электростанций моторного топлива и как компонент автомобильных бензинов.Благодаря добавке метанола улучшаются антиденотационные свойства бензинов, повышается КПД двигателя и уменьшается содержание вредных веществ в выхлопных газах. 2. Сырьевые источники получения метанола. Перспективы использования различных видов сырья.

Раньше метанол получали сухой перегонкой древесины (древесный спирт), но этот метод полностью вытеснен синтезом из окиси углерода и водорода, который осуществлен в крупных масштабах во всех передовых странах. Твердое топливо сохраняет в качестве сырья определенное значение.Разработка процесса газификации угля с целью получения синтез-газа, содержащего Н2, СО2, СО, может изменить структуру сырьевой базы производства метанола и таким образом неудобный для транспортирования уголь будет превращен в удобный для хранения, транспортирования и использования метанол.

Перспективным способом получения метанолы является неполное окисления метана и его гомологов. 3. Современные промышленные способы получения метанола. а) Синтез метанола из оксида углерода и водорода осуществляют чаще всего на промышленных установках при 20 – 35 МПа, 370 – 4200С и объемной скорости 10 000 – 35 000 ч-1 (время контакта 10 – 40 с). В этих условиях фактическая степень конверсии составляет 10 – 20 %. Более высокой температуре соответствуют более высокие давление и объемная скорость. В последнее время с целью снижения энергетических затрат разработаны и реализованы в промышленности способы синтеза метанола при более низких давлениях (5 – 10 МПа) и температуре (300 – 3500С). Этого удалось достичь путем применения новых, более активных гетерогенных катализаторов и улучшения очистки синтез-газа от сернистых соединений, дезактивирующих эти катализаторы. б) Из метана метиловый спирт получают при высоком давлении и большом избытке метана в газовой смеси. Для того, чтобы основным продуктом окисления метана был метанол, необходимо давление 106 атм. и темпреатура реакции 3400С. В этих условиях и соотношении метан : кислород = 9 : 1 степень окисления метана составляет 22 %, причем 17 % прореагировавшего метана превращается в спирт, 0,75 % - в формальдегид, а остальное количество полностью окисляется до двуокиси углерода и воды. Гомологи метана окисляются легче, но при окислении их образуется много побочных продуктов, что затрудняет их разделение.

Таким образом, наиболее удобным и экономичным является способ получения метанола из окиси углерода и водорода. 4. Физико-химические свойства системы, положенной в основу процесса получения метанола из синтез-газа. Синтез метанола основан на обратимых реакциях, описываемых уравнениями: СО + 2Н2 ↔ СН3ОН + 90,8 кДж (1) СО2 + 3Н2 ↔ СН3ОН + 49,6 кДж (2) Эти реакции экзотермичны и протекают с уменьшением объема. Из этого следует, что для достижения максимальных значений выхода метанола и степени превращения синтез-газа необходимо проведение процесса при низких температурах и высоких давлениях.

Константа уравнения (1) может быть вычислена по уравнению: В табл. 1 приведены значения констант равновесия реакции (1) при различных давлениях и температурах: Константа равновесия К Температура, 0С Мольная доля СН3ОН, 1 атм 100 атм 300 атм 0,34 0,0011 0,000018 200 300 400 12•10-4 5•10-4 8• 10-6 0,95 0,66 0,07 0,98 0,85 0,33 Как видно, степень превращения смеси СО + 2Н2 в метанол (степень конверсии) увеличивается с повышением давления и уменьшается с повышением температуры.

Однако для увеличения скорости реакции необходимо повышение температуры.

При этом, выбирая оптимальный температурный режим, необходимо учитывать образование побочных соединений: метана, высших спиртов, кислот, альдегидов, кетонов и эфиров. Эти реакции обусловливают бесполезный расход синтез-газа и удорожают очистку метанола.

Оптимальный интервал температур, соответствующих наибольшему выходу продукта, определяется активностью катализатора, объемной скоростью газовой смеси и давлением.

Процессы низкого давления (5 – 10 МПа) на медьсодержащих катализаторах осуществляют при температуре 220 – 2800С. Для цинк-хромового катализатора характерны более высокие давление (20 – 30 МПа) и температуры (350 – 4000С). В промышленных синтезах высокого давления повышение давления ограничено величиной 40 МПа, так как выше этого значения ускоряются побочные реакции и, кроме того, увеличение затрат на компрессию газа ухудшают экономические показатели процесса.

В синтезах низкого давления повышение давления ограничено термической стабильностью медных катализаторов. 5. Промышленный синтез метилового спирта включает три основные стадии: 1) получение смеси окиси углерода и водорода (синтез-газ); 2) получение метилового спирта-сырца; 3) выделение и очистка метилового спирта.

Рассмотрим технологическую схему производства метанола при низком давлении.Природный газ сжимается турбокомпрессором 1 до давления 3 МПа, подогревается в подогревателе 2 за счет сжигания в межтрубном пространстве природного газа и направляется на сероочистку в аппараты 3 и 4, где последовательно осуществляется каталитическое гидрирование органических соединений серы и поглощение образующегося сероводорода адсорбентом на основе оксида цинка.

После этого газ смешивается с водяным паром и диоксидом углерода в соотношении СН4 : Н2О : СО2 = 1 : 3,3 : 0,24. Смесь направляется в трубчатый конвектор 5, где на никелевом катализаторе происходит паро-углекислотная конверсия при 850 – 8700С. Теплоту, необходимую для конверсии, получают в результате сжигания природного газа в специальных горелках.

Конвертированный газ поступает в котел-утилизатор 6, где охлаждается до 280 – 2900С. Затем теплоту газа используют в теплообменнике 7 для подогрева питательной воды, направляемой в котел-утилизатор.Пройдя воздушный холодильник 8 и сепаратор 9, газ охлаждается до 35 – 400С. Охлажденный конвертированный газ сжимают до 5 МПа в компрессоре 10, смешивают с циркуляционным газом и подают в теплообменники 11, 12, где он нагревается до температуры 220 – 2300С. Нагретая газовая смесь поступает в колонну синтеза 13, температурный режим в которой регулируют с помощью холодных байпасов.

Теплоту реакционной смеси используют в теплообменниках 11, 12 для подогрева поступающего в колонну газа. Далее газовая смесь охлаждается в холодильнике-конденсаторе 14, сконденсировавшийся метанол-сырец отделяется в сепараторе 15 и поступает в сборник 16. Циркуляционный газ возвращают на синтез, продувочные и танковые газы передают на сжигание в трубчатую печь. Вследствие снижения температуры синтеза при низком давлении процесс осуществляется в условиях, близких к равновесию, что позволяет увеличить производительность агрегата.

Конструкция и изготовление реакторов для проведения процесса при низком давлении проще благодаря более мягким условиям синтеза.При этом применяют реакторы как шахтные, так и трубчатые. В реакторах для синтеза при низком давлении особое внимание уделяется теплосъему, так как медьсодержащие катализаторы чувствительны к колебаниям температуры.

В шахтных реакторах температурный режим регулируют с помощъю байпасов, холодный газ вводят через специальные распределительные устройства. В трубчатых реакторах катализатор находится в трубках, охлаждаемых кипящей водой. Температуру катализатора поддерживают постоянной по всей длине реактора с помощью регуляторов давления, причем перегревы катализатора практически исключены. Выгрузка отработанноготкатализатора протекает тоже достаточно просто – путем снятия колосниковых решеток.Диаметр реакторов достигает 6 м при длине 8 – 16 м. 6. Расчет материального баланса процесса получения метанола, интенсивности работы катализатора, часовой производительности установки (вариант 1.1). В результате процесса происходят следующие процессы: 1) СО + 2Н2 = СН3ОН + Q 2) СО + 3Н2 = СН4 + Н2О 3) 2СО + 2Н2 = СН4 + СО2 4) 2СО = СО2 + С 5) СО + Н2 = НСНО 6) 2СН3ОН = (СН3)2О + Н2О 7) СН3ОН + Н2 = СН4 + Н2О Данные для расчета: 1. Рабочий объем катализатора – 24 м3. 2. Расход окиси углерода и метанола на побочные продукты: СО СН3О Реакция 2 – 3,8 Реакция 6 – 1,9 Реакция 3 – 4,1 Реакция 7 – 0,5 Реакция 4 – 2,5 Реакция 5 – 0,7 Температура Т = 643 К Давление Р = 36,5 МПа Объемная скорость Мольное соотношение Н2 : СО = 6,2 : 1 3. База для расчета – 1 час работы установки.

Решение: 1. Рассчитаем объем синтез-газа, подаваемый за 1 час в реактор.

Пересчитаем объем газа из нормальных условий в условия реактора: где р, V, Т – соответственно давление, объем при данной температуре, р0, V0 – давление и объем при нормальных условиях.

Отсюда Тогда учитывая объем катализатора, объем синтез-газа будет равен: м3/ч 2. Зная мольные отношения, определим массы Н2 и СО2, подаваемые в реактор за 1 час. Зная, что при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л (0, 224 м3), определим количество молей водорода и оксида углерода: моль Тогда количества молей газов составят: моль/ч моль/ч Массовый расход водорода составит 26,57 • 106 • 2 = 53,14 • 106 г/ч = 53,14 • 103 кг/ч 4,29 • 106 • 28 = 120 • 106 г/ч = 120 • 103 кг/ч 3. Расход окиси углерода на побочные и прямую реакции составит: На реакцию 2 m (СО) = 120000 • 0,038 = 4560 кг/ч На реакцию 3 m (СО) = 120000 • 0,041 = 4920 кг/ч На реакцию 4 m (СО) = 120000 • 0,025 = 3000 кг/ч На реакцию 5 m (СО) = 120000 • 0,007 = 840 кг/ч Тогда на прямую реакцию будет израсходовано СО: m (СО) = 120000 - 4560 – 4920 – 3000 – 840 = 106 680 кг/ч 4. Рассчитаем массу метанола исходя из уравнения реакции (1): кг/ч 5. Рассчитаем массу метанола, реагирующего по побочным реакциям и метанола, полученного в виде продукта: На реакцию 6 m(СН3ОН) = 121 920 • 0,019 = 2316,5 кг/ч На реакцию 7 m(СН3ОН) = 121 920 • 0,005 = 609,6 кг/ч Тогда в качестве продукта будет получено метанола: m(СН3ОН) = 121920 – 2316,5 - 609,6 = 118993,9 кг/ч 6.Проведем балансовые расчеты по основной и побочным реакциям: Реакция 1: Расход водорода составит: кг/ч Реакция 2: Расход водорода составит: 977,1 кг/ч будет получено метана: кг/ч будет получено воды: Реакция 3: Расход водорода составит: кг/ч Будет получено метана: кг/ч Будет получено диоксида углерода: кг/ч Реакция 4: Будет получено диоксида углерода: кг/ч Будет получено углерода: кг/ч Реакция 5: Израсходовано водорода: кг/ч Будет получено формальдегида: кг/ч Реакция 6: Будет получено диметилового эфира: кг/ч Будет получено воды: кг/ч Реакция 7: Будет израсходовано водорода: кг/ч Будет получено метана: кг/ Будет получено воды: кг/ч Масса непрореагировавшеговодорода составит: m(Н2) = 53 140 – 15 240 – 977,1 – 351,4 – 60 – 38,1 = 36 473,4 кг/ч 7. Результаты расчетов сведем в таблицу материального баланса: Компонент Загрузка, кг/ч Не вступило в реакцию, кг/ч Продукты реакции, кг/ч СО Н2 СН3ОН СН4 СО2 Н2О НСНО С (СН3)2О 120 000 53 140 36473,4 118 993,9 4316,2 6222,8 3925,8 900 642,9 1665 Итого: 173140 36473,4 136666,6 Составим баланс по метанолу: Приход кг/ч т/сут Расход кг/ч т/сут Синтез-газ, в т. ч. Н2 СО 53 140 120 000 1275,36 2880 СН3ОН (СН3 )2О Н2О СН4 СО2 НСНО С Н2 118 993,9 1 665 3 925,8 4 316,2 6 222,8 900 642,9 36473,4 2855,85 39,96 94,22 103,59 149,35 21,6 15,43 875,36 ИТОГО 173 140 4155,36 ИТОГО 173 140 4155,36 2) Селективность – доля (или процент) превращенного сырья, израсходованная на образование целевого продукта: Так как в реактор поступает 120 000 кг/ч оксида углерода, а на образование метанола израсходуется 106 680 кг/ч СО, то селективность процесса составит: Так как расход водорода на основную реакцию составит 15 240 кг/ч, то селективность по водороду составит: 3) Расходный коэффициент - расход сырья на получение одной тонны целевого продукта.

Расходный коэффициент с учетом селективности рассчитывается по уравнению: Таким образом, расходный коэффициент оксида углерода на получение 1 тонны метанола составит: т/т Суммарные потери водорода в % масс. на всех стадиях будет равна: Расходный коэффициент по водороду с учетом потерь составит: т/т 4) Конверсия исходного сырья – количество превращенного сырья, отнесенное к загрузке реактора, выраженное в процентах или долях единицы.

Конверсия характеризует степень превращения сырья в целевые и побочные продукты и, в конечном счете, количество сырья, подлежащего рециркуляции.

Конверсию определяем по формуле: где - количество компонента А в загрузке реактора, кг/ч - количество компонента А в продуктах реакции, кг/ч. Конверсия по оксиду углерода СО составит: Конверсия по водороду составит:.

– Конец работы –

Используемые теги: Синтез, метанола0.045

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Синтез метанола

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Синтез метанола
Не растворим в алифатических углеводородах. В водных растворах образует эвтектику, содержащую 93,3%(мол.) метанола. Хорошо растворяет многие газы, в… ПДК составляет 5 мг/м3. Прием внутрь 5—10 мл приводит к тяжелому отравлению,… Его применяют в качестве метилирующего средства для получения метиламинов и диметиланилина, карбофоса, хлорофоса и…

Физико-химические основы синтеза аммиака Модель колонны синтеза
На сайте allrefs.net читайте: "Физико-химические основы синтеза аммиака Модель колонны синтеза"

Синтез нитрокарбоновой кислоты адамантана
Используются следующие изображения структурной формулы адамантана: В отсутствии заместителей 4 третичных (узловых) атомов углерода в положениях… Одновременно такие соединения могут обладать оптической активностью, если в… Адамантан обладает необычно высокой температурой плавления (269С) для такого сравнительно …

Синтез этилового эфира 4-бромбенозойной кислоты
Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с… В зависимости от числа гидроксильных групп спирты подразделяются на одно двух… Простейшие спирты применяются как растворители в лакокрасочном производстве, а высшие спирты, начиная с бутилового в…

Синтез похідних 3-аміно-4-оксо-3,4-дигідрохіназоліну на основі антранілоїлгідразиду та дикарбонових кислот; їх хімічні перетворення та біологічна активність
Хіназолінонова структура входить до складу численних лікарських препаратів, а введення в їх структуру дикарбонових кислот, які є природніми… Похідні хіназолінону тривалий час є предметом досліджень в НФаУ (наукові школи… Наведені факти зумовили необхідність синтезу нових похідних 3 аміно-4-оксо-3,4-дигідрохіназоліну на основі…

Синтезы на основе малонового эфира, кислоты Мельдрума и ацетоуксусного эфира
При действии на эти соединения алкоголята натрия, а в случае кислоты Мельдрума и просто щелочи (в этом ее преимущество перед малоновым эфиром) один… Натриевые производные этих соединений далее могут реагировать с… Упр. 25. Составьте схему синтеза малонового эфира из уксусной кислоты. Напишите формулы промежуточных…

Синтезы органических соединений на основе оксида углерода
Первым катализатором процесса были комплексы кобальта, а в качестве исходного комплекса использовали кластер Co2(CO)8. Стадии процесса – типичные… Отмечено сильное торможение оксидом углерода и важная роль… Катализаторы оксосинтеза.

Проектирование и синтез дискретных устройств

Анализ и синтез электрических фильтров
Сравнить его с выходным сигналом полученным в пункте 8. Вывод 9. Список использованной литературы. Приложение.

Этапы определения АК последовательности в пептидах. Синтез белка
Видовая специфичность АК - инсулин у животных и человека. Цитохром С - белок переносчик электронов у всех животных, растений и… Эта же реакция используется и в автоматическом анализаторе АК: после разделения на колонке, заполненной специальными…

0.031
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам
  • Способы получения стирола. Совмещенное дегидрирование и окисление метанола В 1867 г. А. Бертло синтезировал стирол, пропуская через раскаленную трубку смесь паров бензола и ацетилена. Он же установил присутствие стирола в… Выход стирола составляет около 40% 2) Дегидратация фенилэтилового спирта.… При использовании оксида алюминия выход стирола составляет до 90% от теории. 3) Синтез из ацетофенона.Стирол можно…
  • Синтезы на основе СО и Н2 Основные катализаторы – соединения железа и кобальта. Процесс может быть направлен на синтез дизельного топлива, олефинов (С2, С4), спиртов… Особенности процессов ФТ на различных катализаторах: все продукты… Обрыв молекулярных цепей приводит к образованию продуктов реакции. На поверхности реализуются различные варианты…
  • Синтез и анализ ХТС в производстве ацетона Состав ацетона определили Ю. Либих и Ж. Дюма в 1832 г а А. Уильямсон установил его строение (1852 г), ко¬торое позднее было подтверждено синтезом… В настоящее время ацетон широко применяется в качестве растворителя в… Разнообразие областей применения ацетона вызвало быстрый рост его производства. В Российской Федерации ацетон…
  • Синтез и анализ аналоговых и цифровых регуляторов Оптимизация САУ производится по критерию максимальной динамической точности.В завершении был рассчитан цифровой фильтр, обеспечивающий перевод… При этом освобождается труд человека, повышается точность и скорость… Автоматизация обеспечивает работу таких обьектов, непосредственое обслуживание человеком невозможно из-за вредности,…
  • Бензимидазол, его производные, их свойства и синтез трихлорбензимидазола Действием ацилхлоридов и ангидридов кислот получают N-ацилпроизводные. Бензимидазол нитруется смесью HNO3 и H2SO4 в положение 5. При сульфировании… Нуклеофильное замещение протекает в положении 2 лишь с N-производными Б. При нагревании с NaNH2 в диметиланилине…