Xимия и технология органических веществ


Значение органического синтеза и его перспективы

Исторический обзор. Производство органических веществ прежде базировалось для переработке растительного или животного сырья и складывалось в выделении ценных веществ (сахар, масла) или их расщеплении (мило, спирт и др.). Органический синтез, то есть получение сложных веществ из против простых соединений, зародился в начале XIX столетия для основе продуктов коксования каменного угля, которые содержат ароматические соединения. В двадцатом столетии или начало органического сырья основную занятие стали забавлять нефть и газ. На этих трех видах сырья ныне и базируется занятие органического синтеза.

Перспективы развития. Промышленность основного органического и нефтехимического синтеза являет собой могучую земля с огромной разнообразностью получаемых продуктов, реакций их синтеза и процессов распределения веществ. Большие масштабы производства определяют широкое распространение высокоэффективных технологических процессов, которые характеризуются непрерывностью, высоким уровнем автоматизации и высокопродуктивным оборудованием.

Динамизм области определяется освоением выпуска новых видов продукции разработкой новых реакций, совершенствованием технологических процессов, разработкой новых каталитических систем, использованием новых типов аппаратуры.

В разработке, проектировании и управлении производством применяются современные методы математического моделирования, оптимизации и автоматизированных исследований.

Главные задачи производства: бережливость материальных, энергетических и трудовых ресурсов, комплексное использование высококачественного сырья, создания безвидхидних и маловидходних технологий, снижение потерь сырья и продуктов, защита окружающей среды.

Пути экономии материальных ресурсов.

Расходы для сырье и материалы е основная купон себестоимости продукции (до 2/3), чем обусловлено перебазирование синтезов из каменного угля для нефть и углеводородные газы, замена ацетилена для етан и этилен, развитие синтезов для основе CO и водорода, замена ценных окислителей (пероксид водороду, азотная кислота) для атмосфера и обновителей (на водород).

Основные тенденции развития: разработка одинстадийных, соединенных процессов и прямых методов синтеза; повышение селективности процессов выбором оптимальных параметров; интенсификация производства через повышения удельной производительности оборудование, увеличение единичной мощности установок, агрегатов к оптимальным величинам; автоматизация процесса (применение АСУ ТП); оптимизация (математический намерение оптимальных параметров процесса и оборудования); снижение потерь через неплотности оборудования (с газами, которые отходят), стоковыми водами, повышение надежности и долговечности оборудование; утилизация побочных продуктов, их комплексная переработка, та бережливость энергии. Решение этих задач приводит к снижению расходных коэффициентов и себестоимости продукции.

Масштабы производства. Промышленность основного (тяжелого) органического синтеза охватывает действие многотоннажных продуктов, которые е основой воеже другой технологии производства органических продуктов и полупродуктов. В связи с подавляющим базированием технологии органических веществ для нефтяном сырье выделился нефте "химический синтез".

Основные процессы химической технологии органических веществ : - термическое и каталитическое деление (крекинг, пиролиз, риформинг, конверсия, коксование, циклизация); - физическое деление (вимораживание, депарафннизация, дистилляция, экстракция и беспричинно далее).

В результате этих процессов моль вещества, кг

Молярный величина (V м) - величина 1 моль вещества, м³ ;

Способы выражения концентраций компонентов в смеси:

Молярная частица - день молов вещества А / общее день молей;

Массовая частица - улица вещества А / общая улица смеси;

Объемная частица - величина вещества А / общий величина смеси.

Массовая концентрация - кг/м ³ ;

Объемная концентрация - м ³/м ³;

Молярная концентрация - моль /м ³;

Характеристики газовых смесей:

Нормальные условия (н.у.): Т = 273˚С; Р = 0, 1 Мпа (0,1013 Мпа );

Объем, безумный 1 кмоль газу около н.у. = 22,4 м ³;

Зависимости, между давлением (Р), объемом (V) и температурой (Т): (уравнение Менделеева) воеже n моль газа: P V = n RT;

Универсальная газовая постоянная: 8,314 кдж/моль•к; (если Р = кгс/м ², то R = 848 кгс/кмоль•град )

Для двух разных состояний газа: P,v,т и P′V′ Т′: Р V = P′ V ′ ; Pv/t = P′V′/T′;

Давление газовой смеси: Р = P1 Р2 . Pi ;

Объем газовой смеси: V = V1 V2 . Vi ;

Средняя молярная улица смеси: х1м1 х2м2 . хi Ми

Средня плотность газа: ρср = Мср./22,4, кг/м³;

Относительная плотность газа применительно воздуху около н.у. : Δ = ρг / 1,293;

Вязкость газов и жидкостей, Па•с (1 Па•с = 10 пуаз).

Вязкисть сумиши газов : μсм = 1 /(Σ х и /μи);

Залежнисть вязкости газов через температуры (формула Сатерленда): μ т = μ0 1,5

Критическая температура (Ткр.) - температура, около которой плотность жидкости и насыщенных ее пар одинаковые.

Критические бремя (Ркр) - бремя насыщенной облако около Ткр. (при Т > Ткр имущество вещества газообразное).

Критический величина (Vкр) - объем, безумный веществом в критическом состоянии (наибильший величина в жидком состоянии).

Показатели стадий химического превращения:

Конверсия - К (степень превращения) - приказ количества вещества, которые вступили в реакцию (то есть прореагировавшего вещества) к количеству этого вещества, подаваного в реакционный аппарат.

Выход целевого продукта (%): на пропущенное сырье - величина полученного целевого продукта отнесено к количеству сырья, загруженного в реактор; на разложенное сырье — то же, отнесенное к количеству сырья, который вступили в реакцию.

Селективность - величина полученного целевого продукта, отнесенная к максимально возможному отвлеченный % (для процессов, которые протекают в изрядно стадий учитывают селективность для каждой стадии).

Расходные коэффициенты - или количеств сырья его компонентов, а также вспомогательных материалов, пары, электроэнергии, холоду и беспричинно исключая потраченного для действие 1 т продукции.

Производительность - величина целевого продукта, получаемого в единицу времени (кг/з, т/рик и беспричинно далее).

Мощность производства -максимально возможна производительность около оптимальных условиях процесса.

Интенсивность процесса - производительность, отнесенная к единице полезного объема цеха, производства (Кз) к годовй мощности (Р):

Ку = Кз / Р ;

Объем реакционной зоны: Vp = Vс τ, где Vc, - объемная затрата, м3/c или

П = G прод./ G палач., кг/кг.

Технико-экономические показатели

Себестоимость - денежное вид расходов (З) предприятия для виробництвои сбыт единицы продукции (N): Из = 3 / N, грн/т;

Прибыль предприятия: П == (Я - Из) •а, где; аппарата.

Удельные капитальные расходы - приказ общей стоимости установки

Ц - отпускная курс ед. продукции, грн/т;

С - себестнмсть ед. продукции, грн/т;

А - годовой величина производства продукции, т.

Рентабельность предприятия - приказ прибыли (П) к расходам (3)

Р = П / 3

Материальный и тепловой балансы

Материальные и тепловые балансы являются основой технологических расчетов.

К ним относятся определения выхода основного и побочного продуктов, расходных коэффициентов применительно сырью производственных потерь.

Только определив материальные потоки, дозволено исполнять необходимые конструктивные расчеты производственного оборудования, оценить экономическую эффективность и целесообразность процесса.

Составление материального и теплового баланса надо или около проектировании нового, беспричинно и около анализе работы существующего производства.

При проектировании новых производств используется рачение существующих в молях ли. Для процессов без изменения, что, объему, который протекають лишь у газовой фазе, вероятно оставление баланса в кубических м.

Теоретический материальный баланс рассчитывается для основе стехеометричного уравнения реакции.

Практический материальный баланс учитывает соединение исходного сырья, готовой продукции, разница некоторый из компонентов сырья, степень превращения, потери сырья и готового продукта и беспричинно далее

Тепловой (энергетический) баланс складывается для основе закона сохранения энергии и материальных расчетов: Qприх. = Qрасх. Qпотер.

Тепловой баланс позволяет определить нужда в тепло- или хладоносием, величину теплообменных поверхностей. Тепловой баланс учитывает количества теплоты внесено и винесино из аппарата, теплоту физических процессов (растворение, абсорбция и беспричинно далее), теплоту химических, превращений (екзо- и эндотермические реакции), величина теплоты которая подводится или отводится из аппарата (с дымовыми газами, пэром, холодильниками внутри аппарата и беспричинно далее), потери тепла в навколишне среду.

Суммарная теплота физических процессов (конденсация, испарение, растворение и др.) определяется с учетом теплоты фазовых переходов:

Тепловой действие реакции Керосиновая купон (120-3150с): топливо воеже реактивных и тракторных карбюраторных двигателей, сырье установок гидроочистки; воеже осветительных целей.

Дизельная фракци-атмосферний газоойль (180—3500с): топливо воеже дизельных двигателей и сырье установок гидроочистки.

Мазут-остаток атмосферной перегонки (>350 0с): топливо казана, сырье термического крекинга.

Вакуумный вакуумний-дистилят-вакуумний газйль (350-500 0с): сырье каталитического крекинга, сырье гидрокрекингу;

Гудрон-остаток АВТ (>5000С): сырье термического крекинга, коксования, производства битума и масел.

Установки неглубокой переработки нефти работают применительно топливном варианте (основные направления - увеличение отбора светлых нефтепродуктов и повышения их качества).

Установки глубокой переработки нефти обеспечивают получение сырья воеже процессов органического синтеза в результате термо- и каталитических процессов.

Вторичная перегонка бензина (.до -1800С) для фракции: нк-620С - компонент автбензина и сырье установки изомеризации и каталитического риформингу: 62 - 850с -для получения бензола; 85-1050с - " - толуолу; 105-1400с - " - ксилолив; 140—1800с - компонент товарного бензина и авиакеросина; сырье каталитического риформинга, который работает в режиме получения высокооктанового бензина; сырье установок гидроочистки керосина.

. Производство низших парафинов.

Характеристика низших парафинов [1]

Физическое состояние

Наименование

Формула

Температура конден-сации критическая

Газы изобутилену и изопрену.

Катализаторы: хлорид алюминия в присутствии хлорида водорода; метали платиновой группы для носителях кислотного типа (окисел алюминия, алюмосиликат, цеолит). Mеханизм изомеризации - ионный, через промежуточное образование карбокатионов: 1. Образование олефнна в результате или крекингу дегидрирования; 2. Образование из олефина для активных центрам катализатора, которые играют занятие (бензин, керосин и беспричинно далее). Проводится около 10-400с. При обработке тяжелых фракций, богатым парафином используют вольно кипящий растворитель (хлористый метилен), который после регенерируют и возвращают в процесс. При использовании 70-80% раствора карбамида кристализацийна вода весь содержится аддуктом, чем запобигаеться образование третьей фазы. Недостатком является меньшая выборочность, поскольку вместе вытягиваются нормальные и изопарафини, а также некоторые другие углеводороды с довольно длинными цепями.

Выделение парафинов для цеолите. Процесс проводится в жидкой или газовой фазе около Т = 350-400 0с и Р = 0,7-1,2 Мпа и состоит из стадий адсорбции и десорбции. Используется сырье из Tкиn = 240-320 0c. Соотношение азот: сырье = 300- 400 м куб. /м куб. Марка цеолита (молекулярного сита) - 5а. Степень выдержки 80-98%. Достоинства порядок - применимость к любым фракциям и высокая чистота продукта (98-99,2%).

Графические зависимости процессов приведенный в [3, с. 23], технологические схемы процессов – в [2, с. 6-9].

Дополнительная литература: 1. Лебедев н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза.- М.:Химия, 1988.-592 с.

2. Методические указания к изучению схем применительно курсу “Химическая технология органических веществ”/ А.Т. Гриневич.- Одесса: ОГПУ, 1995.-49 с.

3. Графики функциональних зависимостей технологических процессов органического синтеза / А.Т. Гриневич.- Одеса:опи.-28 с.