Производство синильной и акриловой кислот

Технологическая схема производства синильной кислоты, ее применение в химической и горнодобывающей промышленности. Методы синтеза нитрила акриловой кислоты: взаимодействие ацетилена и синильной кислоты; дегидратация этиленциангидрина; основные параметры.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Реферат

Тема

Производство синильной и акриловой кислот

По дисциплине

Органический синтез



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Схема методов синтеза нитрила акриловой кислоты

2. Производство синильной кислоты. Основные параметры производства

3. Производство нитрила акриловой кислоты из ацетилена и синильной кислоты. Основные параметры производства

4. Производство нитрила акриловой кислоты из этиленциангидрина. Основные параметры производства

Литература



1. СХЕМА МЕТОДОВ СИНТЕЗА НИТРИЛА АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

Нитрил акриловой кислоты СН₂=СН--С =N -- бесцветная жидкость своеобразного запаха. Температура кипения 77,3°С; температура замерзания -- 83°С, удельный вес (при 20°С) 0,806. Наличие двойной связи в сочетании с полярной циангруппой в молекуле акрилонитрила обусловливает большую реакционную способность и склонность его к полимеризации и сополимеризации.

Акрилонитрил применяется в качестве сырья для получения бутадиен-нитрильных каучуков, путем совместной полимеризации с бутадиеном; для получения полиакрилнитрильного волокна (нитрона). Сополимеризацией акрилонитрила с хлористым винилом получают материал для синтетических волокон -- акрилона, дайнела. Акрилонитрил применяется в производстве пластмасс в качестве пластификатора и вещества, повышающего их термостойкость. Обработка акрилонитрилом некоторых природных волокон, например, хлопка, делает их более прочными и более устойчивыми против гниения. Нитрил акриловой кислоты получают одним из следующих методов:

1) взаимодействием ацетилена с синильной кислотой,

2) дегидратацией этиленциангидрина.

Первый метод становится особенно рентабельным при использовании в качестве исходного вещества природного газа или метана, полученного при нефтепереработке. Подвергая метан термическому крекингу или электрокрекингу, получают ацетилен.

Взаимодействием метана, аммиака и воздуха синтезируют синильную кислоту. Синтез аммиака в этом случае также осуществляется за счет газов, получающихся при термическом крекинге метана. Таким образом, этот метод базируется на комплексном использовании дешевого сырья.

Получение акрилонитрила по второму методу базируется на этилене, ресурсы которого ограничены, и протекает через большее количество стадий, чем при первом методе, что видно из прилагаемой схемы промышленных синтезов этого продукта (Схема 1). Стоимость этилена выше, чем стоимость природного газа.

Размещено на

Размещено на

Схема 1. Схема методов синтеза нитрила акриловой кислоты

2. ПРОИЗВОДСТВО СИНИЛЬНОЙ КИСЛОТЫ

Синильная кислота HCN -- бесцветная жидкость, пахнущая горьким миндалем; температура кипения--25,7°С, температура плавления-- 14,9°С, удельный вес 0,697 (при 18°С); ее константа электролитической диссоциации К₂₀=4,8 • 10 ^-10. Синильная кислота и ее электрически диссоциирующие в водных растворах соли сильно ядовиты.

Применяется синильная кислота для синтезов акрилонитрила этилен-циангидрина ацетонцпангидрина. Некоторые соли этой кислоты применяются для извлечения золота из руды, в гальванопластике, для борьбы с вредителями сельского хозяйства и пр. Синильную кислоту получают:

1. Путем извлечения из коксового газа водным раствором железного купороса, с помощью болотной руды или раствором моноэтаноламина. Выделение цианидов из коксового газа необходимо также с целью уменьшения коррозии аппаратуры и устранения сильно ядовитых примесей, поэтому этот процесс получения HCN можно рассматривать как утилизацию отходов коксохимического производства.

2. Методом Андрусова -- взаимодействием метана, аммиака и кислорода, являющимся наиболее современным и перспективным методом производства.

Процесс производства осуществляется при этом по следующей схеме: воздух, природный газ (или метан) после очистки в фильтрах 9 и 10 от пыли, загрязняющей катализатор, смешиваются в смесителе 8 с аммиаком. Образовавшаяся смесь с содержанием 11 -- 12% аммиака, пройдя подогреватель 7, поступает в контактный аппарат 1, с горизонтально расположенными сетками из платино-родиевого сплава, служащими катализатором.

Основная реакция процесса синтеза

CH₄+NH₃+1,50₂ > HCN+3H₂0 + 114,9 ккал/г-моль

обычно сопровождается побочными реакциями:

1) неполного сгорания метана 2СН₄+О₂ > 2CO + 4H₂;

2) взаимодействия метана с водой, образующейся в результате основной реакции, а также поступающей с исходными газами

СН₄+Н₂0 > СО+3Н₂;

3) окисления аммиака до элементарного азота по уравнению



4NH₃+30₂ > 2N₂+6H₂0,

сопровождающаяся выделением значительного количества тепла;

4) диссоциация аммиака

2NНз > N₂+3H₂.

Соблюдение оптимальной скорости газов в контактном аппарате и быстрое их охлаждение уменьшает протекание побочных реакций, поэтому реакционные газы из контактного аппарата 1 поступают в котел-утилизатор 11, в котором тепло реакций используется для получения пара из воды, поступающей в межтрубное пространство (схема 2). Охлажденные контактные газы направляются в абсорбер 2, орошаемый охлажденным водным раствором нентаэритрита и борной кислоты во избежание полимеризации синильной кислоты иепрореагировавшим аммиаком. Отходящие из абсорбера 2 газы после соответствующей очистки (на схеме не указано) сбрасываются в атмосферу. Раствор синильной кислоты, стекающий из абсорбера 2 в сборник 12, после нагревания в теплообменнике 13, поступает в работающий при разрежении около 250 мм рт. ст. десорбер 4. Выделяющиеся из него пары синильной кислоты охлаждаются в холодильнике 3; для улавливания следов аммиака с целью избежания последующей полимеризации синильной кислоты пары ее промываются кислотой в колонне 17, проходят ловушку брызг 6 и через вакуум-насос выводятся из системы на переработку или подвергаются конденсации для получения товарной почти 100% HCN.

Вытекающая из десорбера 4 жидкость собирается в сборнике 14, из которого центробежным насосом, через теплообменник 13, подается в отгонную колонну 5. Отгоняющийся аммиак и пары воды охлаждаются частично в нижней секции кипятильника 15, затем проходят холодильник 3. Образовавшаяся при этом аммиачная вода стекает в сборник 16, водный раствор аммиака поступает в отгонную аммиачную колонну 5. При давлении 3,5 атм. аммиак из этой колонны отгоняется и вместе с газообразным аммиаком, выделившимся как газовая фаза из сборника 16, возвращается в цикл через смеситель 8.

Регенерированный раствор пентаэритрита и борной кислоты из колонны 5, работающей при 1,7 атм., через теплообменники 13 холодильник 3 поступает на орошение абсорбера 2. Вода из отгонной колонны 5, работающей при давлении 1,7 атм. выводится из системы.

Основные параметры производства

Газовая смесь, поступающая в контактный аппарат содержит:

- метана 12--13%,

- аммиака 11 --12%,

- воздуха 72--75% (объемн).

Катализатор -- платино-родиевые сетки, содержащие 6--10% родия.

Температура в контактном аппарате 980--1000°С

Давление в контактном аппарате 0,4--0,7 атм.

Реакционные газы после контактного аппарата содержат:

синильной кислоты около 6%,

- метана--0,5%,

- аммиака--1,6%,

- кислорода--0,5%,

- водорода--7,0%, углекислого газа и окиси

- углерода--5,0

- азота--56,0

- водяного пара--27,0% (объемных).

Абсорбция аммиака из реакционных газов производится водным раствором, содержащим пентаэритрита 8,3%, борной кислоты 2,5% (вес)

Температура в десорбере 4 88°С

Разрежение 254 мм рт. ст.

Температура в отгонной колонне 132°С

Давление в ней 1,7 атм.

Температура в отгонной (аммиачной) колонне 149°С

Давление в ней 3,5 атм.

Из поступающего в контактный аппарат аммиака превращается в синильную кислоту 67%

Диссоциирует на водород и азот 18% не реагирует 15%

Схема 2. Технологическая схема производства синильной кислоты

На схеме 2, обозначено: 1-контактный аппарат, 2--абсорбер, 3 -- холодильник, 4 -- десорбер, 5 -- отгонная колонна, 6 -- ловушка, 7 -- подогреватель, 8 -- смеситель, 9, 10 -- фильтры, 11 -- котел-утилизатор, 12, 14, 16 -- сборники, 13 -- теплообменник, 15 -- кипятильник, 17 -- промывная колонна.

синильный акриловый кислота этиленциангидрид

3. ПРОИЗВОДСТВО НИТРИЛА АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ...