Синтез метанола - Химия контрольная работа
Главная
Химия
Синтез метанола
Товарные и определяющие технологию свойства метанола, области применения в химической технологии. Сырьевые источники получения метанола. Перспективы использования различных видов сырья. Промышленный синтез метилового спирта и его основные стадии.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
1. Товарные и определяющие технологию свойства метанола, области применения в химической технологии.
Метанол представляет собой бесцветную жидкость (т. кип. 64,7 0 С, т. пл. - 97,8 0 С, плотность 0,79 г/см 3 , теплота испарения 263 ккал/кг, критическая температура 240 0 С) с запахом, подобным запаху этилового спирта. Он горюч, дает с воздухом взрывоопасные смеси (6 - 34,7 % объемн.) температура воспламенения его паров в воздухе 535 0 С. 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/м 3 .
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 использов а ния 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 Н 2 , СО 2 , 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 - 420 0 С 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 - 350 0 С). 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 340 0 С. 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 + 2Н 2 - СН 3 ОН + 90,8 кДж (1)
СО 2 + 3Н 2 - СН 3 ОН + 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:
Как видно, степень превращения смеси СО + 2Н 2 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 - 280 0 С. Для цинк-хромового катализатора характерны более высокие давление (20 - 30 МПа) и температуры (350 - 400 0 С). 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 ст а дии:
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 СН 4 : Н 2 О : СО 2 = 1 : 3,3 : 0,24. Смесь направляется в трубчатый конвектор 5, где на никелевом катализаторе происходит паро-углекислотная конверсия при 850 - 870 0 С. Теплоту, необходимую для конверсии, получают в результате сжигания природного газа в специальных горелках. Конвертированный газ поступает в котел-утилизатор 6, где охлаждается до 280 - 290 0 С. 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 - 40 0 С. 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 - 230 0 С. 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, инте н сивности работы катализатора, часовой производительности установки (в а риант 1.1).
В результате процесса происходят следующие процессы:
1. Рабочий объем катализатора - 24 м 3 .
2. Расход окиси углерода и метанола на побочные продукты:
Реакция 2 - 3,8 Реакция 6 - 1,9
Реакция 3 - 4,1 Реакция 7 - 0,5
Мольное соотношение Н 2 : СО = 6,2 : 1
3. База для расчета - 1 час работы установки.
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,
р 0 , V 0 - давление и объем при нормальных условиях.
Тогда учитывая объем катализатора, объем синтез-газа будет равен:
2. Зная мольные отношения, определим массы Н 2 и СО 2 , подаваемые в реактор за 1 час.
Зная, что при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л (0, 224 м 3 ), определим количество молей водорода и оксида углерода:
Тогда количества молей газов составят:
26,57 · 10 6 · 2 = 53,14 · 10 6 г/ч = 53,14 · 10 3 кг/ч
4,29 · 10 6 · 28 = 120 · 10 6 г/ч = 120 · 10 3 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):
5. Рассчитаем массу метанола, реагирующего по побочным реакциям и метанола, полученного в виде продукта:
На реакцию 6 m(СН 3 ОН) = 121 920 · 0,019 = 2316,5 кг/ч
На реакцию 7 m(СН 3 ОН) = 121 920 · 0,005 = 609,6 кг/ч
Тогда в качестве продукта будет получено метанола:
m(СН 3 ОН) = 121920 - 2316,5 - 609,6 = 118993,9 кг/ч
6.Проведем балансовые расчеты по основной и побочным реакциям:
Масса непрореагировавшеговодорода составит:
m(Н 2 ) = 53 140 - 15 240 - 977,1 - 351,4 - 60 - 38,1 = 36 473,4 кг/ч
7. Результаты расчетов сведем в таблицу материального баланса:
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:
Суммарные потери водорода в % масс. на всех стадиях будет равна:
Расходный коэффициент по водороду с учетом потерь составит:
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:
Синтез метанола из оксида углерода и водорода. Технологические свойства метанола (метиловый спирт). Применение метанола и перспективы развития производства. Сырьевые источники получения метанола: очистка синтез-газа, синтез, ректификация метанола-сырца. контрольная работа [291,5 K], добавлен 30.03.2008
Физико-химические свойства метанола, области применения, текущее состояние рынка данного продукта. Производство, переработка метанола в России и перспективы его использования. Метанол как альтернативный энергоноситель. Новое топливо из природного газа. курсовая работа [2,1 M], добавлен 05.10.2011
Особенности использования метанола в органическом синтезе. Промышленные способы получения и схема производства метанола. Влияние параметров управления на на равновесие и скорость химической реакции. Оптимизация работы реактора по экономическим критериям. курсовая работа [552,7 K], добавлен 23.02.2012
Обоснование источников сырья, энергоресурсов, географической точки строительства для производства метанола. Параметры технологического процесса. Синтез и анализ химической, структурной, операторной схемы. Пути использования вторичных энергоресурсов. курсовая работа [112,1 K], добавлен 13.01.2015
Отличие условий синтеза метанола от условий синтеза высших спиртов. Стадии процесса и их тепловой эффект. Влияние вида катализатора на параметры, скорость и глубину процесса. Синтез метанола на цинк-хромовом катализаторе. Схемы синтеза метанола. реферат [748,6 K], добавлен 15.06.2010
Актуальность производства метанола. Физические и химические свойства. Подготовка углеводородного сырья. Производство синтез-газа. Получение целевого продукта. Структурный анализ затрат. Формы отравления метаноловым спиртом. Применение метанола в мире. презентация [863,6 K], добавлен 15.11.2015
Исследование возможности применения синтез–газа в виде альтернативного нефти сырья, его роль в современной химической технологии. Получение метанола, суммарная реакция образования. Продукты синтеза Фишера–Тропша. Механизм гидроформилирования олефинов. реферат [1,6 M], добавлен 27.02.2014
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .
© 2000 — 2021
Синтез метанола контрольная работа. Химия.
Курсовая Работа На Тему Перетворювач Індуктивність-Напруга
Реферат по теме Мир русской усадьбы
Декларация Независимости Сша Реферат
Техника Игры В Баскетбол Реферат
Возникновение И Развитие Конфликтологии Реферат
Дипломная работа по теме Электроснабжение птицефермы на 40000 кур-несушек КСУП 'Родина' Мозырьского района
Сочинение Про Любимый Фильм На Английском Языке
Реферат: Смысл названия произведения Салтыкова-Щедрина "История одного города". Скачать бесплатно и без регистрации
Как Оформить Титульный Курсовой
Контрольная работа: Свойства портландцемента. Основные свойства строительных материалов
Курсовая работа: Психологические особенности общения младших школьников. Скачать бесплатно и без регистрации
Сочинение Образ Дубровского 6 Класс По Плану
Доклад по теме Содержание тяжелых металлов в морепродуктах
Практическое задание по теме Розрахунок площі адміністративних та побутових приміщень
Английский Язык 8 Класс Контрольная Работа Ответы
Ел Басы Нұрсұлтан Назарбаев Туралы Эссе
Реферат по теме Современные технологии укрепления психофизического состояния и психосоциального здоровья населения
Реферат: Алхимия и даосизм
Доклад: Властелины горгоны
Реферат: Философия Эриха Фромма
Государство как политическая, структурная и территориальная организация общества - Государство и право курсовая работа
Служение – путь к лидерству - Менеджмент и трудовые отношения реферат
Электронная почта (E-mail) - Программирование, компьютеры и кибернетика презентация