Xимия и технология органических веществ
Исторический обзор. Производство органических веществ сначала базировалось на переработке растительного или животной сырья и складывалось в выделении ценных веществ (сахар, масла) или их расщеплении (мило, спирт и др.). Органический синтез, то есть получение сложных веществ из сравнительно простых соединений, зародился в начале XIX столетия на основе продуктов коксования каменного угля, которые содержат ароматические соединения. В двадцатом столетии как источник органического сырья основную роль стали играть нефть и газ. На этих трех видах сырья теперь и базируется промышленность органического синтеза.
Перспективы развития. Промышленность основного органического и нефтехимического синтеза являет собой могучую область с огромной разнообразностью получаемых продуктов, реакций их синтеза и процессов деления 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, усовершенствованием 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: экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов, комплексное использование высококачественного сырья, создания безвидхидних и маловидходних технологий, снижение потерь сырья и продуктов, охрана окружающей среды.
Пути экономии материальных ресурсов.
Расходы на сырье и материалы е основная часть себестоимости продукции (до 2/3), чем обусловлено перебазирование синтезов из каменного угля на нефть и углеводородные газы, замена ацетилена на етан и этилен, развитие синтезов на основе CO и водорода, замена ценных окислителей (пероксид водороду, азотная кислота) на воздух и обновителей (на водород).
Основные тенденции развития: разработка одностадийных, соединенных процессов и прямых методов синтеза; повышение селективности процессов выбором оптимальных параметров; интенсификация производства путем повышения удельной производительности оборудования, увеличения единичной мощности установок, агрегатов к оптимальным величинам; автоматизация процесса (применение АСУ ТП); оптимизация (математический расчет оптимальных параметров процесса и оборудования);
Масштабы производства. Промышленность основного (тяжелого) органического синтеза охватывает производство многотоннажных продуктов, которые е основой для другой технологии производства органических продуктов и полупродуктов. В связи с подавляющим базированием технологии органических веществ на нефтяном сырье выделился нефте "химический синтез".
Основные процессы химической технологии органических веществ :
- термическое и каталитическое расщепление (крекинг, пиролиз, риформинг, конверсия, коксование, циклизация);
- физическое деление (вимораживание, депарафннизация, дистилляция, экстракция и т.д.).
В результате этих процессов выделяют следующие группы исходных веществ для последующего органического синтеза:
1) парафины;
2) ненасыщенны углеводороди;
3) циклосоединения;
4) окисел углерода и синтез-газ.
Основные продукты отрасли:
Мономеры ( олефини, диени, винилбензолы и др.);
Исходные вещества для поликонденсации (дікарбоновые кислоты, ангидрид, гликоли и полигликоли, фенол, формальдегид и др.).
Вспомогательные вещества для полимерных материалов (пластификаторы, катализаторы, ускорители вулканизации и полимеризации, инициаторы, регуляторы,
ингибиторы, стабилизаторы );
Синтетические моющие вещества: ионогенни (анионоактивные-мила из СЖК, алкилсульфонаты и т.п., и катионоатнвные - соли аминов аммониевых основ) и неионогенни -продукти синтеза этиленоксида и разных органических веществ с активными атомами водорода (кислоты, спирты, амины);
Синтетическое топливо, масла и присадки;
Синтетические растворители и екстрагенты;
Инсектофунгициди и химические средства защиты растений (пестициды, фунгициды, бактерициды, инсектициды, гербициды, дефолианты, зооциди).
Основные показатели химико - технологических процессов
Концентрация вещества:
Молярная масса ( М ) - масса 1 моль вещества, кг
Молярный объем (V м) - объем 1 моль вещества, м³ ;
Способы выражения концентраций компонентов в смеси:
Молярная частица - число молов вещества А / общее
число молей;
Массовая частица - масса вещества А / общая масса смеси;
Объемная частица - объем вещества А / общий объем смеси.
Массовая концентрация - кг/м ³ ;
Объемная концентрация - м ³/м ³;
Молярная концентрация - моль /м ³;
При проектировании новых производств используется опыт существующих с учетом результатов современных исследований и расчетов на их основе.
Основой материального баланса является закон сохранения массы вещества и стехеометрични соотношения.
Материальный баланс может быть представлен уравнением;
Gвх. = Gвых. + Gпотер
Материальный баланс обычно составляют на единицу массы основного продукта в единицу времени (кг/год, т/пора, тис.т/рік и т.п.) или в молях. Для процессов без изменения, что, объему, что протекають только у газовой фазе,
возможно оставление баланса в кубическом г.
Теоретический материальный баланс рассчитывается на основе стехеометричного уравнения реакции.
Практический материальный баланс учитывает соединение исходного сырья, готовой продукции, избыток одного из компонентов сырья, степень превращения, потери сырья и готового продукта.
Тепловой (энергетический) баланс складывается на основе закона сохранения энергии и материальных расчетов:
Qприх. = Qрасх. + Qпотер.
Тепловой баланс позволяет определить потребность в тепло- или хладоносием, величину теплообменных поверхностей. Тепловой баланс учитывает количества теплоты внесено и винесино из аппарата, теплоту физических процессов (растворение, абсорбция и т.д.), теплоту химических, превращений (екзо- и эндотермические реакции), количество теплоты которая подводится или отводится из аппарата (с дымовыми газами, пэром, холодильниками внутри аппарата и т.д.), потери тепла в навколишне среду.
Суммарная теплота физических процессов (конденсация, испарение, растворение и др.) определяется с учетом теплоты фазовых переходов:
Тепловой эффект реакции равняется сумме теплот образования исходных веществ за исключением суммы теплот образования продуктов реакции;
ΔН = (Δ Нобр.) исх. - (Δ Нобр.) прод.
Расходные коэффициенты характеризуют затрата разных видов сырья, воды, топлива, пары, электроэнергии, холода на единицу производимой продукции.
Процессы переработки нефти:
Установки ЭЛОУ-АТ (ЭЛОУ-АВТ) состоят из 2-3 блоков:
1) Обессоливанне;
2) Атмосферная перегонка (AT);
3) Вакуумная перегонка мазута (ВТ).
Продукты переработки нефти:
Вуглеводневиый газ - выводится в виде газа и головки стабилизации; используется в виде топлива.
Бензиновая фракция (30-1800С): компонент товарного бензина, сырье для каталитического риформинга, вторичной перегонки,
пиролизных установок.
Керосиновая фракция (120-3150С): топливо для реактивных и тракторных карбюраторных двигателей, сырье установок гидроочистки;
для осветительных целей.
Дизельная фракці-атмосферный газоойль (180—3500С): топливо для дизельных двигателей и сырье установок гидроочистки.
Мазут-остаток атмосферной перегонки (>350 0С): топливо казана, сырье термического крекинга.
Вакуумный вакуумний-дистилят-вакуумный газйль (350-500 0С): сырье каталитического крекинга, сырье гидрокрекингу;
Гудрон-остаток АВТ (>5000С): сырье термического крекинга, коксования, производства битума и масел.
Установки глубокой переработки нефти обеспечивают получение сырья для процессов органического синтеза в результате термо- и каталитических процессов.
Вторичная перегонка бензина (.до -1800С) на 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, что работает в режиме получения высокооктанового бензина; сырье
установок гидроочистки керосина.
Низшие парафины плохо растворимые в воде и полярных жидкостях. Взрывоопасные. Граници взрываемости 1,3-15%про. (производства относятся к категории «А»). Слабые наркотики. С увеличением атомов углерода растет способность абсорбироваться и адсорбироваться.
Основные количества нижчих парафинов содержаться в газах:
Выпадающий нефтяной газ – газообразные углеводороды, которые сопровождают сырую нефть. В условиях пластового давления газ раскрыт в нефти ( >1200м = Р >10 Мпа). Его отделяют от нефти в сепараторах (траппах). Для более полной выдержки газообразных углевородов нефть поддают физической стабилизации. Газы стабилизации содержат в основном углеводороды З1-З5 и представляют ценное сырье для переработки в разные продукты ООС.
Соединение газов стабилизации: бутан = 30-40%; пентан = 15-25%; пропан = 20-30%; этан = 5-15%;
Остаточное содержание метана в стабилизированном газе 1-5% (в то время как в исходных газах): естественному = 70-97,5; попутное = 75-95%; газоконденсате = 35-90%. Подол выпадающего газа проводят на газофракционных установках (ГФУ) при давлении Р=2,4 Мпа и сниженной температуре.
Страницы: 1 2