Синтез метилового спирта - раздел Химия, Химическая технология Метиловый Спирт (Метанол) В Течение Длительного Времени Получали Из Надсмольн...
Метиловый спирт (метанол) в течение длительного времени получали из надсмольной воды, выделяющейся при сухой перегонке древесины. Выход спирта при этом зависит от породы древесины и колеблется от 3 до 6 кг/м3 древесины. В 1933г была пущена первая установка по получению метанола из синтез-газа (смесь СО и Н2) и в н.в. более 90% его получают таким способом.
Метанол по значению и масштабам производства является одним из важнейших многотоннажных продуктов, выпускаемых современной химической промышленностью. Он широко применяется для получения пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука, в качестве растворителя и т. п. Метиловый спирт – важный вид сырья для получения формальдегида, ингибиторов, антидетонационных смесей, антифризов, лаков, красок и других продуктов. В чистом виде применяется как высокооктановая добавка к топливу.
Области применения метанола все расширяются: он является, в частности, перспективным продуктом для транспорта энергии на дальние расстояния, возможным компонентом автомобильных бензинов, сырьем для микробиологического синтеза и т. д.
Производство метанола синтезом из оксида углерода и водорода впервые было организовано в Германии в 1923 г. Динамика мирового производства метанола показана в табл. 17.1 на примере развитых капиталистических стран. Из таблицы видно, что в течение 10 лет производство метанола в среднем удваивается. Выпуск метанола в СССР также постоянно увеличивается. Так, если в 1970 г. он составлял ~1 млн. т, то в 1980 г. уже 1,9 млн. т, а в 1987 г. — 3,3 млн. т.
Таблица 17.1. Производство метанола в развитых капиталистических странах
(тыс. т в год)
Страна
I960 г.
1965 г.
1970 г
1975 г.
1980 г.
США
Япония
ФРГ
1600=
Италия
Франция
Англия
Метанол СН3ОН представляет бесцветную легкоподвижную жидкость с температурой кипения 650С, температурой кристаллизации –97.90С и плотностью 0.792 т/м3. Критическая температура метанола 239.650С. Метанол смешивается во всех отношениях с водой, спиртами, бензолом, ацетоном и др. органическими растворителями, образуя с некоторыми из них азеотропные смеси. Хорошо растворяет многие газы, вследствие чего используется для абсорбции примесей из технологических газов. Пары сухого метанола образуют с воздухом взрывчатые смеси. Метанол токсичен, вызывает отравление через органы дыхания, кожу и при приеме внутрь, действуя на нервную и сосудистую систему. ПДК составляет 5 мг/м3. Прием внутрь 5-10 см3 приводит к тяжелому отравлению, доза 30 см3 – смертельна. Чистый метанол СН3ОН – бесцветная, прозрачная, горючая жидкость. Молекулярный вес 32, плотность 0.791 г/см3, температура кипения 64.70С, температура плавления 97.80С, теплота испарения 1101 кДж/кг, теплота растворения в воде 269.63 кДж/кг. Метанол – сильный яд кумулятивного действия.
Метанол очень хорошо растворим в воде, и широко применяется, как растворитель и как сырье в производстве лаков, красок, антифризов, антидетонационных смесей. Основное количество метанола используется для получения формальдегида с газообразной соляной кислотой метанол образует хлористый метил СН3Сl, с аммиаком – метиламин СН3NН2. Высокой растворимостью газов в метаноле широко пользуются в промышленности, применяя метанол и его растворы в качестве поглотителя для извлечения примесей из технологических газов. Метанол сочетает в себе свойства очень слабого основания и очень слабой кислоты, что обусловливает наличие алкильной и гидроксильной групп. При действии кислорода воздуха он окисляется
+О2 +О2 +О
СН3ОН НСНО НСООН СО2
формальдегид мурав. к-та
При обычной температуре метанол стабилен, а при температуре 3500 –4000С и атмосферном давлении он разлагается на СО и Н2.
Метанол получают различными методами, отличающимися исходным сырьем, способами его переработки в технологический газ, а также условиями проведения синтеза метанола.
Ниже приведены сведения о доле различных источников сырья, используемых при получении технологического газа для синтеза метанола в СССР.
Природный газ 71.6
Синтез-газ производства ацетилена 15,7
Газы нефтепереработки 3,8
Твердое топливо 8,9
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
Синтез метанола по физико-химическим условиям его проведения и по технологическому оформлению аналогичен синтезу аммиака. Как азото-водородную смесь, так и синтез-газ можно получить конверсией генераторных газов или природного газа. В обоих процессах взаимодействие смесей тщательно очищенных газов происходит при высоком давлении и температуре в присутствии катализатора. Из-за малого выхода конечных продуктов и тот и другой процессы являются непрерывно циклическими, причем реакцию никогда не ведут до полного превращения. Такая аналогия дала возможность вести оба синтеза на подобных установках, которые монтируют в составе одного завода. Для синтеза берут смесь газов при соотношении СО и Н2 от 1:4 до 1:8. Процесс ведут при 350-4000С и 200-300 атм в присутствии смешанного цинк-хромового катализатора ( ZnО + Сr2О3). Основная реакция процесса:
Для достижения максимальных значений выхода метанола и степени превращения синтез-газа необходимо проведение процесса при низких температурах и высоких давлениях.
Максимально достижимая степень превращения синтез-газа при этом ограничена условиями равновесия реакций получения метанола, которые изучены экспериментально и теоретически. Для расчета константы равновесия реакции (I) получено уравнение
Константу равновесия реакции (II) можно рассчитать, исходя из значений константы равновесия реакции (I), а также используя константу равновесия реакции, которая сопровождает образование метанола:
При этом К2 = К1/К3, такой метод расчета констант равновесия в данном случае применим, так как уравнение (II) можно получить, вычтя из уравнения (I) уравнение (III) (см. гл. 2).
Следует отметить, что ранее процесс получения метанола из оксидов углерода трактовался как последовательное восстановление диоксида углерода до оксида, а затем оксида углерода до метанола:
Группой исследователей института нефтехимического синтеза АН СССР экспериментально доказан механизм синтеза метанола из оксидов углерода, согласно которому на оксидных катализаторах (медь-цинк-алюминиевом и цинк-хромовом) метанол образуется из диоксида углерода, присутствующего в исходном газе или образующегося при конверсии оксида углерода водяным паром. Синтез метанола из СО и Н2, отражается схемой:
Следовательно, «прямой» синтез метанола из диоксида углерода и водорода является основным путем его образования.
Таблица 17.2. Содержание метанола при равновесии газовой смеси при исходном молярном отношении водорода и оксида углерода 2:1
Давление, МПа
Молярная доля метанола (%) при температурах. "С
Давление, МПа
Молярная доля метанола (%) при температурах. °С
7,5 10,0 15,0 20,0
10,5
-
26,3 40,8 54,0
-
4,9 8,2 16,0
24,0
25,0 30,0 40,0 50,0
66,0 75,5 86,0 89,6
31,9 40,4 55,5 66,7
В табл. 17.2 приведены равновесные концентрации метанола, рассчитанные для исходной смеси, состоящей из водорода и оксида углерода, взятых в молярном отношении 2:1.
Из табл. 17.2 видно, что содержание метанола в газовой смеси растет с повышением давления и снижением температуры. Однако для увеличения скорости реакции необходимо повышение температуры. При этом, выбирая оптимальный температурный режим, следует учитывать образование побочных соединений: метана, высших спиртов, кислот, альдегидов, кетонов и эфиров:
Эти реакции обусловливают бесполезный расход синтез-газа и удорожают очистку метанола.
Применяемый для синтеза метанола катализатор должен обладать высокой селективностью, т. е. максимально ускорять образование метанола при одновременном подавлении побочных реакций. Для синтеза метанола предложено много катализаторов. Лучшими оказались катализаторы, основными компонентами которых являются оксид цинка или медь.
На первых крупнотоннажных установках процесс осуществлялся при давлении около 30 МПа на цинк-хромовом катализаторе. В последующие годы получили широкое распространение схемы синтеза при пониженном давлении на низкотемпературных медьсодержащих катализаторах.
Катализаторы синтеза метанола весьма чувствительны к каталитическим ядам, поэтому первой стадией процесса является очистка газа от сернистых соединений. Сернистые соединения отравляют цинк-хромовые катализаторы обратимо, а медьсодержащие катализаторы — необратимо. Необходима также тщательная очистка газа от карбонила железа, который образуется в результате взаимодействия оксида углерода с железом аппаратуры. На катализаторе карбонил железа разлагается с выделением элементного железа, что способствует образованию метана.
Для составления математической модели процесса необходимо располагать уравнениями, связывающими скорость реакции с параметрами процесса. Изучению кинетики синтеза метанола посвящено много работ. Скорость реакции на цинк-хромовом катализаторе (процесс изучался во взвешенном слое и лимитирующей стадией принималась адсорбция водорода) может быть описана уравнением
где k1, и k2 — константы скорости прямой и обратной реакций; р — парциальное давление.
Для расчета скорости на медь-цинк-алюминиевом катализаторе применимо уравнение
где k1 — константа скорости прямой реакции; К — константа равновесия.
Константа скорости k1в уравнении (17.3) может быть рассчитана по формуле
Зависимость выхода метанола от температуры представлена на рис. 17.1. Кривая зависимости количества образовавшегося метанола от температуры проходит через экстремум при всех составах газа. причем максимальный выход метанола наблюдается при 255—270 С.
Интервал оптимальных 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 температурах 220—2800С. Для цинк-хромового катализатора характерны более высокие давления (20—30 МПа) и температуры (350—400 °С).
Влияние давления на синтез метанола иллюстрируется рис. 17.2.
Максимальное давление, применяемое в промышленных синтезах, составляет 40 МПа; выше этого давления ускоряются побочные реакции и, кроме того, увеличение затрат на компрессию газа ухудшает экономические показатели процесса. В синтезах низкого давления повышение давления ограничено термической стабильностью медных катализаторов.
С возрастанием объемной скорости газа выход метанола падает. Это справедливо для синтеза, как при высоком, так и при низком давлении. Такая закономерность основана на том, что с увеличением объемной скорости уменьшается время контакта газа с катализатором и, следовательно, концентрация метанола в газе, выходящем из реактора (см. рис. 17.1).
На рис. 17.3 показана зависимость производительности катализатора при 30 МПа от объемной скорости. С увеличением объемной скорости подачи сырья содержание метанола в газе снижается, однако за счет большего объема газа, проходящего в единицу времени через тот же объем катализатора, производительность последнего увеличивается. На практике процесс синтеза осуществляют при объемных скоростях 20 000—40 000 ч-1.
Степень превращения синтез-газа за один его проход через реактор ограничена положением равновесия реакции образования СН3ОН из СО и Н2 и допустимым перепадом температуры по слою катализатора при адиабатическом режиме процесса. Степень превращения СО за проход составляет 15—50%, при этом в контактных газах содержится только ~ 4% СН3ОН. С целью возможно более полной переработки синтез-газа необходимо его возвращение в цикл после выделения метанола и воды. Коэффициент рециркуляции г можно рассчитать, используя зависимость между степенью превращения СО за проход и желаемой общей степенью превращения:
17.5
где Xсо — общая степень превращения СО; X’со — степень превращения за проход; с0— концентрация СО во входящем газе; сА -концентрация СО в газе, выходящем после конденсации.
При циркуляции в синтез-газе накапливаются инертные примеси (метан, азот, аргон) и их концентрацию регулируют частичной отдувкой газа. Увеличение содержания инертных компонентов в газе равнозначно уменьшению парциального давления реагирующих веществ, что снижает производительность катализатора. Состав газовой смеси существенно влияет на степень превращения сырья и производительность катализатора. В промышленных условиях всегда работают с некоторым избытком водорода; максимальная производительность наблюдается при молярном отношении Н2 : СО == 4, на практике поддерживают отношение 2,15—2,25.
Количество тех или иных побочных соединений в продукционной смеси зависит не только от температуры и давления, но и от других параметров технологического режима, таких как состав исходной газовой смеси, селективность и состояние катализатора. Наиболее существенной примесью является метан. Повышение давления в соответствии с принципом Ле-Шателье способствует сдвигу равновесия в сторону образования метанола, так как реакции идут с уменьшением объема. Так как процесс экзотермичен, то при повышении температуры равновесие сдвигается влево и равновесная степень превращения синтез-газа в метиловый спирт уменьшается. В то же время при недостаточно высоких температурах скорость процесса чрезвычайно мала. Поэтому в промышленности процесс ведут в узком интервале температур. Вследствие противоречивого влияния температуры на скорость процесса и равновесную степень превращения выход метанола за один проход реакционной смеси через реактор не превышает 20%, что делает необходимой организацию циркуляционной технологической схемы синтеза метанола. Температура процесса зависит, главным образом, от активности применяемого катализатора и варьируется в пределах 250-4200С.
Каталитическую способность для реакции синтеза метанола проявляют многие металлы. В соответствии с температурным режимом работы катализаторы синтеза метанола подразделяются на высокотемпературные и низкотемпературные. В промышленности используется высокотемпературный цинк-хромовый катализатор СМС-4, который получается осаждением окислов цинка и хрома, при соотношении ΖnО:Сr2О3= 2:1. Катализатор термостоек, мало чувствителен к каталитическим ядам, имеет высокую селективность, но активен только при Т=370-4200С. Катализатор восстанавливают в токе того же газа. Длительность работы катализатора 4-6 месяцев. Низкотемпературные катализаторы, например, цинк-медь-алюминиевый состав ZnО*СиО*Аl2О3 или цинк-медь-хромовый состав ZnО*СиО *Сr2О3, менее термостойки, необратимо отравляются каталитическими ядами, но проявляют высокую активность при относительно низких температурах 250-3000С и давлениях 5-10 МПа, что более экономично. В производстве процесс синтеза осуществляется при объемных скоростях 20000- 40000 ч-1 и выход метанола составляет 4% за один проход. При увеличении объемной скорости до 100000 ч-1 степень превращения исходной смеси за один проход уменьшается, но при циклической схеме с рециркуляцией газов количество полученного метанола возрастает, так как степень превращения снижается медленнее, чем увеличивается объемная скорость.
Состав исходной газовой смеси оказывает существенное влияние как на степень превращения оксидов углерода, так и на равновесную концентрацию метанола в продуктах реакции. С увеличением объемного соотношения Н2:СО в синтез-газе степень превращения оксидов углерода возрастает, причем оксида углерода (4) более интенсивно. Оптимальный состав газовой смеси отвечает соотношению Н2:СО = 5:1
В связи с тем, что в циркулирующей смеси скапливаются различные примеси и продукты побочных реакций, ее периодически обновляют, сжигая часть возвращаемого газа.
Многочисленные процессы синтеза метанола включают три обязательные стадии: очистка синтез-газа от сернистых соединений, масла, пентакарбонилов железа, собственно синтез и очистка, и ректификация метанола. В остальном технологические схемы отличаются аппаратурным оформлением и параметрами процесса. Все они могут быть разделены на три группы:
1.Синтез при высоком давлении проводится на цинк-хромовом катализаторе при температуре 370-4200С и давлении 20-30 МПА.
2.Синтез при низком давлении проводится на цинк-медь-хромовых катализаторах при Т=250-3000С и давлении 5-10 МПа. Использование в этой схеме низкотемпературных катализаторов, активных при более низком давлении, позволяет снизить энергозатраты на сжатие газа и уменьшить степень рециркуляции непрореагировавшего сырья.
3. Синтез в трехфазной системе» газ-жидкость – твердый катализатор», проводимый в суспензии из тонкодисперсного катализатора и инертной жидкости, через которую барботируется синтез-газ.
Полученный метанол-сырец очищают от кислот, сложных эфиров, высших спиртов, пентакарбонила железа, что в сочетании с последующей ректификацией позволяет получить чистый метиловый спирт. Основным аппаратом в синтезе метанола служит реактор (колонна синтеза) – контактный аппарат, конструкция которого зависит от способа отвода тепла и принципа осуществления процесса синтеза. В современных технологических схемах используются реакторы трех типов:
– трубчатые реакторы, в которых катализатор размещен в трубах, через которые проходит реакционная масса, охлаждаемая водяным конденсатом, кипящим в межтрубном пространстве;
– адиабатические реакторы с несколькими слоями катализатора, в которых съем тепла, и регулирование температуры обеспечивается подачей холодного газа между слоями катализатора;
– реакторы для синтеза в трехфазной системе, в которых тепло отводится за счет циркуляции жидкости через котел-утилизатор.
Технологическая схема производства метанола при низком давлении на цинк-медь-алюминиевом катализаторе из синтез-газа состава: Н2-67%, СО –22%, СО2 –9% объемных, полученного конверсией метана, производительностью 400тыс. т в год состоит из следующих стадий:
i. Очистка газа от сернистых соединений, сжатие в компрессоре до 5-9 МПа, охлаждение и удаление в сепараторе сконденсировавшейся влаги и смешение с циркуляционным газом, сжатым предварительно до рабочего давления. Газовая смесь в адсорбере очищается от пентакарбонилов железа, образовавшегося при взаимодействии оксида углерода (2) с материалом аппаратуры.
ii. Подача газовой смеси, разделенной на два потока в колонну синтеза. Один поток подается в верхнюю часть реактора, а другой между слоями катализатора для отвода тепла и регулирования температуры. Затем потоки объединяются, охлаждаются, и в сепараторе от циркуляционного газа отделяется спиртовой конденсат.
iii. Циркуляционный газ дожимается и возвращается на синтез.
iv. Конденсат метанола-сырца дросселируется до давления близкого к атмосферному, и поступает на ректификацию. В ректификационных колоннах из него отгоняются диметиловый эфир и газы, тяжелокипящие высшие спирты. Все отогнанные примеси сжигаются. Полученный товарный метанол с выходом 95% имеет чистоту 99.95%.
Технологические схемы производства метанола. Технологический процесс получения метанола из оксида углерода и водорода включает ряд операций, обязательных для любой технологической схемы синтеза. Газ предварительно очищается от карбонила железа, сернистых соединений, подогревается до температуры начала реакции и поступает в реактор синтеза метанола. По выходе из зоны катализа из газов выделяется образовавшийся метанол, что достигается охлаждением смеси, которая затем сжимается до давления синтеза и возвращается в процесс. Функциональная схема производства метанола приведена на рис. 17.4.
Федеральное государственное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Синтез метилового спирта
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Гомогенные процессы в жидкой фазе
11. 2 Основные закономерности гомогенных процессов
12.1 Характеристика гетерогенных процессов
12 Гетерогенные процессы
12.1 Характеристика гетерогенных процессов
Окружающая среда
Первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей человека – природа. Она же представляет и среду его обитания – окружающую среду. В окружающей среде выделяют природ
Производственная деятельность человека и ресурсы планеты
Условием существования и развития человечества является материальное производство, т.е. общественно – практическое отношение человека к природе. Разнообразные и гигантские масштабы промышленного пр
Биосфера и ее эволюция
Окружающая среда – это сложная многокомпонентная система, компоненты которой соединены между собой многочисленными связями.
Окружающая среда состоит из ряда подсистем, каждая из которых вк
Химическая промышленность
По назначению производимой продукции промышленность подразделяется на отрасли, одной из которых является химическая промышленность. Удельный вес химической и нефтехимической отраслей в общем произв
Химическая наука и производство
3.1 Химическая технология – научная основа химического производства
Современное химическое производство представляет многотоннажное, автоматизированное производство, основ
Особенности химической технологии как науки
Химическая технология отличается от теоретической химии не только необходимостью учитывать экономические требования к изучаемому ею производству. Между задачами, целями и содержанием теоретической
Химическое сырье
Сырье – один из основных элементов технологического процесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, выбор технологии.
Сырьемназываются природные материал
Ресурсы и рациональное использование сырья
В себестоимости химической продукции доля сырья достигает 70%. Поэтому весьма актуальна проблема ресурсов и рационального использования сырья при его переработке и добыче. В химической промышленнос
Подготовка химического сырья к переработке
Сырье, предназначенное для переработки в готовую продукцию, должно удовлетворять определенным требованиям. Это достигается комплексом операций, составляющих процесс подготовки сырья к переработке.
Замена пищевого сырья не пищевым и растительного минеральным.
Успехи органической химии позволяют производить ряд ценных органических веществ из разнообразного сырья. Так, например, этиловый спирт, используемый в больших количествах в производстве синтетическ
Использование воды, свойства воды
Химическая промышленность - один из крупных потребителей воды. Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление вод
Промышленная водоподготовка
Вредное влияние примесей, содержащихся в промышленной воде, зависит от их химической природы, концентрации, дисперсного состояния, а также технологии конкретного производства использования воды. Вс
Использование энергии в химической промышленности
В химической промышленности протекают разнообразные процессы, связанные или с выделением, или с затратой, или с взаимными превращениями энергии. Энергия затрачивается не только на проведение химиче
Источники энергии
Основным источником энергии, потребляемой химической промышленностью, являются горючие ископаемые и продукты их переработки, энергия воды, биомасса и ядерное топливо. Энергетическая ценность отдель
Технико-экономические показатели химического производства
Для химической промышленности, как отрасли крупномасштабного материального производства, имеет значение не только технологии, но и тесно связанный с ней экономический аспект, от которого зависит но
Структура экономики химической промышленности
Важное значение для оценки экономической эффективности имеют и такие показатели как капитальные затраты, себестоимость продукции и производительность труда. Эти показатели зависят от структуры экон
Материальные и энергетические балансы химического производства
Исходные данные для всех количественных расчетов, производимых при организации нового производства или оценке эффективности действующего основываются на материальных и энергетических балансах. Эти
Понятие о химико-технологическом процессе
В процессе химического производства исходные вещества (сырье) перерабатываются в целевой продукт. Для этого необходимо осуществить ряд операций, включающих подготовку сырья для перевода его в реакц
Химический процесс
Химические процессы осуществляются в химическом реакторе, представляющем основной аппарат производственного процесса. От конструкции химического реактора и режима его работы зависит эффективность в
Скорость химической реакции
Скорость химической реакции, протекающей в реакторе, описывается общим уравнением:
V = K* L *DC
L-параметр, характеризующий состояние реагирующей системы;
К- конст
Общая скорость химического процесса
Поскольку для гетерогенных систем процессы в зонах реактора 1, 3 и 2 подчиняются различным законам, они протекают с различной скоростью. Общая скорость химического процесса в реакторе определяется
Термодинамические расчеты химико-технологических процессов
При проектировании технологических процессов очень важны термодинамические расчеты химических реакций. Они позволяют сделать заключение о принципиальной возможности данного химического превращения,
Равновесие в системе
Выход целевого продукта химического процесса в реакторе определяется степенью приближения реакционной системы к состоянию устойчивого равновесия. Устойчивое равновесие отвечает следующим условиям:
Расчет равновесия по термодинамическим данным
Расчет константы равновесия и изменение энергии Гиббса позволяет определять равновесный состав реакционной смеси, а также и максимально возможное количество продукта.
В основе расчета конс
Термодинамический анализ
Знание законов термодинамики необходимо инженеру не только для проведения термодинамических расчетов, но и для оценки энергетической эффективности химико-технологических процессов. Ценность анализа
Химическое производство как система
Производственные процессы в химической промышленности могут существенно различаться видами сырья и продукции, условиям их проведения, мощностью аппаратуры и т. д. Однако при всем многообразии конкр
Моделирование химико-технологической системой
Проблема масштабного перехода от лабораторного эксперимента к промышленному производству при проектировании последнего решается методом моделирования. Моделированием называется метод исследовани
Выбор схемы процесса
Организация любого ХТП включает следующие стадии:
– разработку химической, принципиальной и технологической схем процесса;
– выбор оптимальных технологических параметров и установ
Выбор параметров процесса
Параметры ХТП выбираются так, чтобы обеспечить максимально высокую экономическую эффективность не отдельной его операции, а всего производства в целом. Так, например, для рассмотренного выше произв
Управление химическим производством
Сложность химического производства как многофакторной и многоуровневой системы, приводит к необходимости использовать в нем разнообразные системы управления отдельными производственными процессами,
Гидромеханические процессы
Гидромеханическими процессами называются процессы, протекающие в гетерогенных, минимум двухфазных системах и подчиняющихся законам гидродинамики. Подобные системы состоят из дисперсной фазы,
Тепловые процессы
Тепловыми называются процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода тепла. В тепловых процессах принимают участие минимум две среды с различными температурами, прич
Массообменные процессы
Массообменными называются процессы, скорость которых определяется скоростью переноса вещества из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия (скоростью массопередачи). В процессе массоо
Принципы проектирования химических реакторов
Главная стадия химико-технологического процесса, определяющая его назначение и место в химическом производстве, реализуется в основном аппарате химико-технологической схемы, в котором протекает хим
Конструкции химических реакторов
Конструктивно химические реакторы могут иметь различную форму и устройство, т.к. в них осуществляется разнообразные химические и физические процессы, протекающие в сложных условиях массо-и теплопер
Устройство контактных аппаратов
Химические реактора для проведения гетерогенно–каталитических процессов называются контактными аппаратами. В зависимости от состояния катализатора и режима его движения в аппарате, они делятся на:
Характеристика гомогенных процессов
Гомогенные процессы, т.е. процессы, протекающие в однородной среде (жидкие или газообразные смеси, не имеющие поверхностей раздела, отделяющих части системы друг от друга), сравнительно редко встре
Гомогенные процессы в газовой фазе
Гомогенные процессы в газовой фазе широко применяются в технологии органических веществ. Для осуществления этих процессов органическое вещество испаряется, и затем его пары обрабатываются тем или и
Гомогенные процессы в жидкой фазе
Из большого числа процессов, идущих в жидкой фазе, можно отнести к гомогенным процессы нейтрализации щелочи в технологии минеральных солей без образования твердой соли. Например, получение сульфата
Основные закономерности гомогенных процессов
Гомогенные процессы, как правило, идут в кинетической области, т.е. общая скорость процесса определяется скоростью химической реакции, поэтому закономерности, установленные для реакций, применимы и
Характеристика гетерогенных процессов
Гетерогенные химические процессы основаны на реакциях между реагентами, находящимися в разных фазах. Химические реакции являются одной из стадий гетерогенного процесса и протекают после перемещения
Процессы в системе газ- жидкость (Г-Ж)
Процессы, основанные на взаимодействии газообразных и жидких реагентов, широко используются в химической промышленности. К таким процессам относятся абсорбция и десорбция газов, испарение жидкостей
Высокотемпературные процессы и аппараты
Повышение температуры влияет на равновесие и скорость химико-технологических процессов, происходящих как в кинетической, так и в диффузионной области. Поэтому регулирование температурного режима пр
Сущность и виды катализа.
Катализом называется изменение скорости химических реакций или их возбуждение в результате воздействия веществ-катализаторов, которые, участвуя в процессе, остаются по окончании его химически не
Свойства твердых катализаторов и их изготовление
Промышленные твердые катализаторы представляют собой сложную смесь, которая называется контактной массой. В контактной массе одни вещества являются собственно катализатором, а другие служат активат
Аппаратурное оформление каталитических процессов
Аппараты гомогенного катализа не имеют каких-либо характерных особенностей, проведение каталитических реакций в однородной среде технически легко осуществимо и не требует аппаратов специальн
Важнейшие химические производства
В н.в. известно свыше 50000 индивидуальных неорганических и около трех миллионов органических веществ. В производственных условиях получают лишь незначительную часть открытых веществ. Собственно
Применение
Высокая активность серной кислоты в сочетании со сравнительно небольшой стоимостью производства предопределило большие масштабы и чрезвычайное разнообразие ее применения.
Среди минеральных
Технологические свойства серной кислоты
Безводная серная кислота (моногидрат) Н2SО4 представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях с выделением большого количества
Способы получения
Еще в 13 веке серную кислоту получали термическим разложением железного купороса FеSО4, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называют купоросным маслом, хотя давно уже серная к
Сырье для производства серной кислоты
Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащие соединения, из которых могут быть получена сера или непосредственно оксид серы.
Природные залеж
Контактный способ производства серной кислоты
Контактным способом производится большое количесвто серной кислоты, воом числе оллеум.
Контактный способ включает три стадии: 1) очистку газа от вредных для катализатора примесей; 2) конта
Производство серной кислоты из серы
Сжигание серы происходит значительно проще и легче, чем обжиг колчедан.
Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы отличается от процесса производства
Технология связанного азота
Газообразный азот представляет собой одно из самых устойчивых химических веществ. Энергия связи в молекуле азота составляет 945 кДж/моль; он обладает одной из самых высоких энтропий в расчете на а
Сырьевая база азотной промышленности
Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности являются атмосферный воздух и различные виды топлива. Одной из составных частей воздуха является азот, который используется в процессах полу
Получение технологических газов
Синтез-газ из твердого топлива. Первым из основных источников сырья для получения синтез-газа явилось твердое топливо, которое перерабатывалось в газогенераторах водяного газа по следующим р
Синтез аммиака
Рассмотрим элементарную технологическую схему современного производства аммиака при среднем давлении производительностью 1360 т/сутки. Режим ее работы характеризуется следующими параметрами: темпер
Типовые процессы солевой технологии
Большинство МУ представляет различные минеральные соли или твердые вещества с подобными солям свойствами. Технологические схемы производства МУ весьма разнообразны, но, в большинстве случаев, склад
Производство фосфорной кислоты
Экстракционный методпроизводства фосфорной кислоты основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислотой. Процесс состоит из двух стадий: разложение фосфатов и фильтровании образо
Производство простого суперфосфата
Сущность производства простого суперфосфата состоит в превращении природного фторапатита, нерастворимого в воде и почвенных растворах, в растворимые соединения, преимущественно в монокальцийфосфат
Производство двойного суперфосфата
Двойной суперфосфат — концентрированное фосфорное удобрение, получаемое разложением природных фосфатов фосфорной кислотой. Он содержит 42—50% усвояемого Р2О5, в том числе в в
Азотнокислотное разложение фосфатов
Получение сложных удобрений.
Прогрессивным направлением в переработке фосфатного сырья является применение метода азотнокислотного разложения апатитов и фосфоритов. Этот метод позв
Производство азотных удобрений
Важнейшим видом минеральных удобрений являются азотные: аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония, водные растворы аммиака и др. Азоту принадлежит исключительно важная роль в жизнедеятельности
Производство аммиачной селитры
Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NH4NO3 — кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах, обе формы азота легко усваиваютс
Производство карбамида
Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском
Производство сульфата аммония
Сульфат аммония(NН4)2SО4 – бесцветное кристаллическое вещество, содержит 21.21% азота, при нагревании до 5130С полностью разлагается на
Производство нитрата кальция.
Свойства
Нитрат кальция (известковая или кальциевая селитра) образует несколько кристаллогидратов. Безводная соль плавится при температуре 5610С, однако уже при 5000
Производство жидких азотных удобрений
Наряду с твердыми удобрениями применяются и жидкие азотные удобрения, представляющие собой растворы аммиачной селитры, карбамида, кальциевой селитры и их смесей в жидком аммиаке или в концентрирова
Общая характеристика
Больше 90% добываемых из недр земли и вырабатываемых заводскими методами калийных солей используют в качестве удобрений. Калийные минеральные удобрения представляют собой природные или синтетически
Получение хлористого калия
Флотационный способ производства
Флотационный способ выделения хлорида калия из сильвинита основан на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калийной руды в среде
Типовые процессы технологии силикатных материалов
В производстве силикатных материалов используются типовые технологические процессы, что обусловлено близостью физико-химических основ их получения. В самом общем виде производство любого силикатног
Производство воздушной извести
Воздушной или строительной известью называется бессиликатный вяжущий материал на основе оксида и гидроксида кальция. Различают три вида воздушной извести:
-кипелка (негашен
Процесс производства стекла
Сырьем для производства стекол служат разнообразные природные и синтетические материалы. По их роли в образовании стекла, они делятся на пять групп:
1.Стеклообразователи, создающие основу
Производство огнеупоров
Огнеупорными материалами (огнеупорами) называют неметаллические материалы, характеризующиеся повышенной огнеупорностью, т.е. способностью противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких темпера
Электролиз водных растворов хлористого натрия
При электролизе водных растворов хлористого натрия получают хлор, водород и едкий натр (каустическая сода).
Хлор при атмосферном давлении и обычной температуре газ желто-зеленого цвета с у
Производство соляной кислоты
Соляная кислота представляет собой раствор хлористого водорода в воде.
Хлористый водород – это бесцветный газ, имеющий температуру плавления –114.20С и температуру кипения –85
Электролиз расплавов. Производство алюминия
При электролизе водных растворов могут получаться только вещества, потенциал выделения которых на катоде более положителен, чем потенциал выделения водорода. В частности, такие электроотрицательные
Производство глинозема
Сущность производства глинозема заключается в отделении гидроокиси алюминия от других минералов. Это достигается применением ряда сложных технологических приемов: перевод глинозема в растворимую со
Производство алюминия
Производство алюминия осуществляется из глинозема, растворенного в криолите Nа3АlF6. Криолит, как растворитель глинозема, удобен потому, что он достаточно хорошо растворяет Аl
Металлургия
Металлургия – наука о способах получения металлов из руд и другого сырья и отрасль промышленности, производящая металлы. Металлургическое производство возникло в глубокой древности. Еще на заре раз
Руды и способы их переработки
Сырье в производстве металлов – металлические руды. За исключением небольшого числа (платина, золото, серебро) металлы находятся в природе в виде химических соединений, входящих в состав металличес
Производство чугуна
Сырьем для производства чугуна служат железные руды, подразделяющиеся на четыре группы:
Руды магнитной окиси железа или магнитные железняки, содержат 50-70% железа и состоят в основ
Производство меди
Медь – металл, получивший широкое распространение в технике. В чистом виде медь имеет светло-розовый цвет. Температура плавления ее 10830С, температура кипения 23000С, она хор
Химическая переработка топлива
Топливом называют существующие в природе или искусственно изготовленные горючие органические вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для химической промышленности. По природе проц
Коксование каменных углей
Коксование – метод переработки топлив, преимущественно углей, заключающийся в нагревании их без доступа воздуха до 900-10500С. Топливо при этом разлагается с образованием с образованием
Производство и переработка газообразного топлива
Газообразным топливом называется топливо, находящееся в состоянии газа при температуре и давлении его эксплуатации. По происхождению газообразное топливо подразделяется на природное и синтетическое
Основной органический синтез
Основным органическим синтезом (ООС) называется совокупность производств органических веществ относительно простого строения, вырабатываемых в очень больших количествах и используемых в качестве це
Сырье и процессы ООС
Производство продуктов ООС базируется на ископаемом органическом сырье: нефти, природном газе, каменном угле и сланцах. В результате разнообразных химических и физико-химических пре
Синтезы на основе оксида углерода и водорода
Органический синтез на основе оксида углерода и водорода получил широкое промышленное развитие.
Каталитический синтез углеводородов из СО и Н2 впервые осуществлен Сабатье, синт
Производство этанола
Этанол- бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом, температура кипения 78.40С, температура плавления –115.150С, плотность 0.794 т/м3. Этанол смешивается в
Производство формальдегида
Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид) – бесцветный газ с острым раздражающим запахом, с температурой кипения-19.20С, температурой плавления –1180С и плотностью (в жидко
Получение карбамидо-формальдегидных смол.
Типичными представителями искусственных смол являются мочевино-формальдегидные смолы, которые образуются в результате реакции поликонденсации, протекающей при взаимодействии молекул мочевины и форм
Производство уксусной кислоты и ангидрида
Уксусная кислота (этановая кислота) представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом, с температурой кипения 118.10С, температурой плавления 16.750С и плотностью
Полимеризационные мономеры
Мономерами называются низкомолекулярные соединения преимущественно органической природы, молекулы которых способны вступать в реакцию друг с другом или с молекулами других соединений с образованием
Производство поливинилацетатной дисперсии
В СССР промышленное производство ПВАД впервые осуществлено в 1965г. Основным способом получения ПВАД в СССР являлся неперывно-каскадный, однако, имелись производства, в которых был принят периодиче
Высокомолекулярные соединения
Большое значение в народном хозяйстве имеют природные и синтетические высокомолекулярные органические соединения: целлюлоза, химические волокна, каучуки, пластмассы, резина, лаки, клеи и т.д. Как п
Производство целлюлозы
Целлюлоза – один из основных видов полимерных материалов. Более 80% древесины, идущей для химической переработки, используется для получения целлюлозы и древесной массы.
Целлюлоза, иногда
Производство химических волокон
Волокнами называют тела, длина которых во много раз превышает их очень малые размеры поперечного сечения, обычно измеряемого микронами. Волокнистые материалы, т.е. вещества, состоящие из волокон, и
Производство пластических масс
К пластмассам относят обширную группу материалов, главной составной частью которых являются природные или синтетические ВМС, способные при повышенной температуре и давлению переходить в пластическо
Получение каучука и резины
К каучукам относят эластичные ВМС, способные под влиянием внешних сил значительно деформироваться и быстро возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузки. Упругие свойства
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
где k1, и k2 — константы скорости прямой и обратной реакций; р — парциальное давление.
Константа скорости k1 в уравнении (17.3) может быть рассчитана по формуле
Максимальное давление, применяемое в промышленных синтезах, составляет 40 МПа; выше этого давления ускоряются побочные реакции и, кроме того, увеличение затрат на компрессию газа ухудшает экономические показатели процесса. В синтезах низкого давления повышение давления ограничено термической стабильностью медных катализаторов.
Степень превращения синтез-газа за один его проход через реактор ограничена положением равновесия реакции образования СН3ОН из СО и Н2 и допустимым перепадом температуры по слою катализатора при адиабатическом режиме процесса. Степень превращения СО за проход составляет 15—50%, при этом в контактных газах содержится только ~ 4% СН3ОН. С целью возможно более полной переработки синтез-газа необходимо его возвращение в цикл после выделения метанола и воды. Коэффициент рециркуляции г можно рассчитать, используя зависимость между степенью превращения СО за проход и желаемой общей степенью превращения:
Новости и инфо для студентов