Получение формальдегида окисленным дегидрированием метилового спирта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального образования

«Московский Государственный Машиностроительный университет »

Курсовая работа

по курсу «Общая химическая технология»

на тему: «Получение формальдегида окисленным дегидрированием метилового спирта»

2013



Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Физико-химические, технологические свойства формальдегида

1.2 Производство формальдегида

1.3 Производство формальдегида окислительным дегидрированием метанола

1.3.1 Производство формальдегида окислением метанола

1.4 Применение формальдегида

2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные для расчета

2.2 Расчёт данных для составления материального баланса

2.3 Материальный баланс

Вывод

Список литературы



Введение

Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее время, формальдегиду бесспорно принадлежит особая роль.

Различными исследователями доказана возможность образования формальдегида в условиях, близких к природным. Так, зарегистрировано образование формальдегида при фотохимическом окислении метана или метанола, при атмосферном давлении в отсутствие катализаторов.

Термодинамически возможно получение формальдегида гидрированием оксида и диоксида углерода. Хорошо известно, что гидрирование легко протекает в присутствии металлов, распространенных в земной коре,- хрома, меди и т.д.

Формальдегид реагирует с представителями подавляющего большинства классов органических веществ, за исключением лишь насыщенных углеводородов и эфиров. Рассматривая эти превращения, нетрудно убедиться, что исходя из формальдегида можно сравнительно просто перейти к соединениям практически любых классов - кислотам, спиртам, аминам, нитрилам и т.д.

Как и все летучие органические вещества, чистый формальдегид может находиться в одном из трех состояний- твердом, жидком или газообразном. Однако в этих состояниях фактически формальдегид может присутствовать в виде целого ряда модификаций, принципиально различающихся и по химическим, и тем более по физическим свойствам.

Во всем мире производится около 8 млн. тонн формальдегида в год. Формальдегид применяется в медицине, косметологии, но наиболее широкое применение он получил в промышленности, в частности для производства полимерных материалов. Формальдегид играет большую роль в фундаментальных реакциях и промышленном органическом синтезе, поэтому производство формальдегида является актуальной темой, требующей изучения и развития.

1. Теоретическая часть

1.1 Физико-химические, технологические свойства формальдегида

Формальдегид (СН2=О) (метаналь, муравьиный альдегид) - бесцветный газ с резким раздражающим запахом, хорошо растворим в воде, метаноле, этаноле и других полярных растворителях. При низких температурах смешивается в любых соотношениях с толуолом, диэтиловым эфиром, этилацетатом, хлороформом. Формальдегид ? горючий и токсичный газ. Предел взрыва ёмкости смесей с воздухом 7-73% (по объему). Формальдегид оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки глаз, верхние дыхательные пути, вызывает дерматит. Формальдегид оказывает также общетоксическое, аллергическое и мутагенное действие на организм человека.

Смертельная доза 37% водного раствора формальдегида (формалина) составляет 10-50 г.

Основные физико-химические константы формальдегида приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические характеристики формальдегида

Показатель	Обозначение	Единица измерения	Значение
Молекулярная масса	М	а.е.м.	30,03
Плотность при -20 оС	с	г/см3	0,8153
Температура плавления	Т пл	оС	- 118
Температура кипения	Т кип	оС	- 19,5
Давление паров при -79,6 оС	Р	мм.рт.ст.	20
Стандартная энтальпия образования	ДНообр.	кДж/моль	- 115,9
Энтальпия плавления	ДНопл.	кДж/моль	23,3
Энтальпия испарения	ДНоисп.	кДж/моль	23,3
Энтальпия сгорания	ДНосг.	кДж/моль	570,8
Стандартная энергия образования Гиббса	ДоG		- 110,0
Стандартная энергия образования	Sо	Дж/моль • К	218,8
Стандартная мольная теплоёмкость	Сор	Дж/моль • К	35,35
Предельно допустимая концентрация
в воздухе рабочей зоны	ПДК	мг/м3	0,5
максимально-разовая		мг/м3	0,035
среднесуточная		мг/м3	0,003

Формальдегид является крайне реакционным химическим соединением, и в чистом молекулярном виде он практически недоступен.

Легко полимеризуется, особенно при нагревании и в присутствии полярных примесей, образуя твердый полимер линейного строения (пара-форм) с оксиметиленовыми звеньями:

nНСНО + Н2О = Н--(-- О--СН2--)n -- ОН

где: n = 8--100.

Процесс полимеризации обратим, поэтому параформ легко деполимеризуется под воздействием щелочных и кислотных реагентов, что используется на практике для хранения и транспортировки формальдегида. Токсичен, ПДК составляет 0,05 мг/м3.

Товарный продукт выпускается обычно в виде 37% -ого водного раствора (формалин), в котором формальдегид содержится в форме гидрата НСНОН2О и низкомолекулярных полимеров -- полиоксиметиленгликолей. Для предотвращения более глубокой полимеризации формальдегида и выпадения осадка, который может отлагаться в аппаратуре, в формалин добавляется 6--15% объема метанола.

Поскольку мономерный формальдегид из-за его высокой реакционной способности трудно хранить и транспортировать, он обычно используется в химически связанной форме и может быть легко выделен непосредственно в момент реакции. Наиболее часто употребляют водный раствор формальдегида - формалин. Кроме этого применяют параформальдегид ? низкомолекулярный твердый полимер формальдегида, а также гексаметилентетрамин - уротропин и карбамидоформальдегидный концентрат (КФК). В небольших масштабах производят б-полиоксиметилен ? более высокомолекулярный, чем параформальдегид, линейный полимер формальдегида и триоксан.

Перспективно применение формалина с концентрацией до 55%, выпуск которого в России начался в 2006 году.

Исключительная реакционная способность сделали формальдегид ценным полупродуктом для различного рода синтезов. Формальдегид находит широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве для самых разнообразных целей. Формальдегид широко применяется при изготовлении пластмасс (таких, как фенопласты и аминопласты), искусственных волокон, он является одним из компонентов, необходимых для производства бутадиена.

Методом конденсации с ацетальдегидом из него получают пентаэритрит (сырьё для производства взрывчатых веществ и пластификаторов), при взаимодействии с аммиаком - уротропин. Формальдегид свёртывает белки, поэтому он применяется для дубления желатина при производстве кинофотоплёнки, для консервации биологических материалов, а также как антисептик. Основная часть формальдегида используется для получения карбамидоформальдегидных смол (КФС), которые применяются для изготовления древесностружечных материалов.

КФК имеет всего два направления использования - производство КФС и обработка карбамида против слеживаемости.

В области производства карбамидоформальдегидных смол КФК более перспективен в плане транспортировки, времени производственного цикла, экологии, чем формалин. Однако активное внедрение КФК не означает, что от формалина в скором времени в производстве КФС полностью откажутся, однако, в ближайшее время произойдут дальнейшие структурные изменения, в процессе которых объем использования формалина сократится. Формалин с концентрацией 37% будет замещаться, с одной стороны, КФК в производстве карбамидоформальдегидных смол, с другой - формалином более высокой концентрации в большинстве остальных направлений использования.

Формальдегид широко используется в различных областях органического синтеза, а также в качестве дезинфицирующего и дезинсекционного средства.

Формальдегид может быть получен окислением метана и его гомологов или из метанола. При окислении метана в газовой фазе воздухом или кислородом при атмосферном давлении последовательно протекают реакции:

СH4 + 0,5 O2 = СН3ОН - ?Н (а)

СН3ОН + 0,5 O2 = НСНО + Н2O- ?Н (б)

Реакция (б) селективно ускоряется катализаторами на основе соединений меди и серебра. Однако достаточная для промышленного использования селективность процесса по формальдегиду может быть достигнута только при очень малой степени окисления метана и недостатке кислорода, то есть при весьма большой кратности циркуляции метанола. В противном случае образовавшийся формальдегид подвергается дальнейшему окислению:

НСНО +0,5 O2 = НСООН (в)

НСООН +0,5 O2 = СO2 + Н2O (г)

1.3 Производство формальдегида окислительным дегидрированием метанола

Вследствие этого и, следовательно, малого выхода формальдегида технологический процесс прямого окисления метана становится экономически невыгодным. Основная масса формальдегида производится поэтому из метанола по двум методам: окислительным дегидрированием и окислением.

1.2 Производство формальдегида

Окислительное дегидрирование метанола представляет гетерогенно-каталитический процесс, протекающий в газовой фазе на твердом катализаторе. В этом процессе совмещены экзотермическая реакция окисления метанола:

СНзОН + 0,5 O2 = НСНО + Н2O - ?Н1 , ?Н1 = - 156,ЗкДж (д)

и эндотермическая реакция его дегидрирования:

СНзОН - НСНО + Н2 - ?Н2 , ?Н2 = 85,3 кДж (е)

При соотношении реакций (д) и (е) равным 0,55:0,45 тепловой эффект процесса достаточен для возмещения потерь тепла системы в окружающую среду и для нагревания исходных продуктов до нужной температуры. Если это отношение соблюдается, а в исходной паровоздушной смеси содержится около 45% об. метанола, что лежит за верхним пределом взрываемости ее (34,7%), процесс можно проводить в реакторах адиабатического типа, не имеющих поверхностей теплообмена.

В качестве катализаторов процесса окислительного дегидрирования используют медь (в виде сетки или стружки) и серебро, нанесенное на пемзу. Одновременно с основными реакциями (д, е) протекают побочные реакции глубокого окисления (в, г), а также реакции дегидрирования и гидрирования, приводящие к образованию смеси продуктов:

СН 3ОН > НСНО >СО; СН3ОН + Н2 > СН4 + Н2O

для подавления которых в метанол вводится до 10% воды. Во избежание глубокого окисления метанола процесс окислительного дегидрирования проводится при недостатке кислорода. В то же время реакция дегидрирования (е) инициируется кислородом, что позволяет уменьшить удельный вес побочных реакций. Процесс окислительного дегидрирования проводится при температуре 500--600°С и времени контактирования около 0,02 с. В этих условиях выход формальдегида в расчете на пропущенное сырье составляет 80--85% при степени контактирования 0,85--0,90.

На рис.1 Представлена технологическая схема производства формальдегида окислительным дегидрированием метанола.

Метанол, содержащий 10% воды, из напорного бака 1 поступает в испаритель 2, обогреваемый горячей водой или паром из холодильника реактора 6. В испаритель подается также очищенный от пыли воздух, барботирующий через слой метанола. Образовавшаяся паровоздушная смесь освобождается от брызг в брызг уловителе 3 и через перегреватель 4, обогреваемый также горячей водой из холодильника реактора 6, подается в реактор 5, в верхней части которого находится катализатор. Продукты реакции быстро охлаждаются для предотвращения распада формальдегида в подконтактном холодильнике 6 и направляются в абсорбер 7, орошаемый водой. Образовавшийся в абсорбере 37% -ньй раствор формальдегида (формалин), содержащий для стабилизации 7-- 12% метанола, охлаждается в холодильнике 8 и поступает в сборник формалина 9. Эта примесь является желательной, так как она препятствует полимеризации формальдегида в процессе его хранения. Непоглощенные газы проходят санитарную башню 10 и вакуум-компрессором 11 подаются в водоотделитель 12, после чего выбрасываются в атмосферу. Выход формальдегида составляет около 80%.

Рисунок 1-Технологическая схема окислительного дегидрирования метанола:

1.3.1 Производство формальдегида окислением метанола

В этом методе, метанол окисляется в избытке воздуха при температуре 350--430°С и атмосферном давлении на окисном железо-молибденовом катализаторе состава Мо3•Fе 2(МоO4)з. Этот катализатор имеет высокую активность и малочувствителен к каталитическим ядам.

Технологический процесс прямого окисления отличается от ранее описанного процесса окислительного дегидрирования высокой степенью конверсии метанола (0,99), селективностью по формальдегиду, достигающей 96% и высокой экзотермичностью. Поэтому для окисления метанола в нем используют трубчатые реакторы с интенсивным охлаждением циркулирующей в межтрубном пространстве водой или другими хладоагентами. К достоинствам метода относятся также низкие расходные коэффициенты по сырью и энергии.

На рис.2 представлена технологическая схема производства формальдегида прямым окислением метанола.

Метанол испаряется в теплообменнике 1, обогреваемом реакционной смесью, смешивается с воздухом, нагнетаемым турбокомпрессором 2 и через теплообменник 3 подается в реактор 4., очищенный воздух при 45°С барботирует через метиловый спирт, находящийся в испарителе, образующаяся здесь спирто-воздушная смесь, содержащая 0,5--1,0 г паров спирта в 1л воздуха, через подогреватель поступает в контактный аппарат. Большое значение для нормального ведения процесса имеет постоянство состава паро-воздушной смеси, так как изменение ее состава может понизить выход формальдегида, а уменьшение концентрации спирта в смеси создает" опасность взрыва. Это постоянство достигается автоматическим регулированием уровня спирта в испарителе, температуры воздуха и спирта и давления в системе. В контактном аппарате на серебряном катализаторе при температуре около 600°С происходит неполное окисление метанола в формальдегид. Этот процесс можно описать двумя основными реакциями:

- дегидрирование метанола

CH3OH> HCOH + H2

- окисление образующегося водорода кислородом воздуха

Н2 + 1/2O2 >Н20.

Рисунок 2-Технологическая схема окисления метанола

Съем тепла и тепловой режим в реакторе обеспечивается хладоагентом, циркулирующим через котел-утилизатор 5. Реакционная смесь, выходящая из реактора 4, охлаждается в теплообменниках 3 и 1 и поступает в абсорбер 6, орошаемый водой. Тепло абсорбции отводится и утилизируется в выносных теплообменниках 7, подогревающих обессоленную воду, подаваемую на абсорбцию и питающую котел-утилизатор 5, вырабатывающий технологический пар. Образующийся формалин выводится из нижней части абсорбера и поступает в сборник 8. Часть отходящих из верхней части абсорбера б газов смешивается с воздухом перед входом его в реактор для снижения взрывоопасности смеси воздуха с парами метанола, а остальное количество их направляется в печь для дожигания (на схеме не указана) и выбрасывается в атмосферу. Из нижней части абсорбера вытекает формалин-- водный раствор формальдегида, содержащий 37,6% НСНО и около 10% СН3ОН. Метиловый спирт стабилизирует формальдегид, предотвращая его полимеризацию. Формалин направляют на склад как товарную продукцию. Для получения концентрированного формальдегида формалин подвергают ректификации. Производство формальдегида по этой схеме работает по замкнутому циклу и в нем отсутствуют отходы, сточные воды и вредные газовые выбросы.

1.4 Применение формальдегида

Производство полимеризационных материалов и поликонденсационных продуктов бесспорно является наиболее важным направлением использования формальдегида. Получают следующие материалы: мочевиноформальдегидные смолы и концентрат, фенолоформальдегидные смолы, полиформальдегид (полиацетальные смолы), меламинные смолы, пентаэритрит, уротропин (гексамин), этиленгликоль, 1,4-бутандиол, 4,4-дифенилметаидиизоцианат (MDI).

При получении этих материалов формальдегид может применяться либо непосредственно в виде мономера (сополимера), либо в качестве сырья для синтеза полимеризующего продукта. Значительная часть формальдегида используется и непосредственно, в виде водно-метанольного раствора или низкомолекулярного полимера (параформ), в качестве консерванта, дубителя, инсектицида и т.п. формальдегид окисление метан кислород

Традиционно одним из наиболее массовых потребителей формальдегида является производство пластических масс и смол. Различают следующие типы этих материалов на основе формальдегида: фенолоформальдегидные (продукт конденсации с фенолом); аминоформальдегидные (конденсация с карбамидом или меламином); полиформальдегид и т.д.

С учетом назначения выпускаемого изделия широко практикуется введение в рецептуру небольших добавок различных реагентов, придающих основному продукту те или иные эксплуатационные свойства - спиртов, кислот, эфиров, аминов и т.д. Поэтому подлинный механизм образования многих материалов весьма сложен и не всегда полностью изучен. Специфичны и многообразны также технология и аппаратурное оформление синтеза полимерных смол и пластмасс, в связи с чем это производство, по существу, выделяется в самостоятельную отрасль промышленности.

Раствор формальдегида применяется в медицине как дезинфицирующее средство. Действие его основано на способности свертывать белок. Белковые вещества бактерий свертываются под влиянием формальдегида, что приводит их к гибели. Являясь протоплазматическим ядом, раствор формальдегида не может назначаться внутрь. Он применяется как дезинфицирующее средство для мытья рук хирургов, обработки хирургических инструментов (0,5% раствор), обмывания ног при потливости (0,5-1% раствор), спринцеваний в разведении 1:1000- 1:3000.

Так как раствор формальдегида способен придавать тканям упругость, его часто применяют для консервации анатомических и биологических препаратов.

Также формальдегид широко используется в косметологии в качестве консерванта.



2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные для расчета

1. СН3ОН + 1/2О2 > НСНО + Н2О

2. СН3ОН > НСНО + Н2

3. СН3ОН + 3/2 О2 > СО2 +2Н2О

4. СН3ОН + Н2 > СН4 + Н2О

Данные для расчета:

1) Соотношение расхода метанола на 1 и 2 реакции: 1,6 : 1

2) Содержание продуктов реакции в отходящих газах,%:

Н2 = 18,6 %;

СО2 = 4,5%;

СН4 = 1,05%.

3) Полезная степень превращения метанола: 0,82;

4) Общая степень превращения метанола: 0,95.

5) Производительность цеха - 16000 т/год формалина следующего состава % масс:

Формальдегид - 40% масс.

Вода - 52 %

Метанол - 8%

6) В контактный аппарат подается метанол следующего состава % масс:

Метанол - 98

Вода - 2

7) Избыток воздуха, подаваемого в контактный аппарат по сравнению к стехиометрической норме 1,2:1

8) Рассчитаем молярную массу метанола:



М(СН3ОН) = 12 + 3 + 16 +1 = 32 г/моль

Рассчитаем молярную массу формальдегида:

М(НСНО) = 1+12+1+16= 30 г/моль

2.2 Расчёт данных для составления материального баланса

1) Рассчитываем по уравнению 1 массу СН3ОН, расходуемую на получение 100 кг формальдегида:

Найдем количество в-ва для формальдегида:

n(CHOH) = = 3333 моль

Найдем массу метанола. Из уравнений реакций 1 и 2 видно, что количество вещества образующегося формальдегида равно количеству вещества метанола, израсходованного в реакциях 1 и 2, то-есть:

n(CH3OH) (1,2) = n(CHOH )= 3333 моль

тогда,

m(CH3OH) (1,2) = n(CH3OH) • M(CH3OH) = 3333 моль • 32 г/моль = 106656 г => 106,7 г

2) Зная, что полезная степень превращения метанола составляет 0,82, рассчитаем массу метанола, подаваемого в реактор:



m(CH3OH)(под.) = = = 130,1 кг

3) Рассчитаем массу метанола, реагирующего по всем направлениям и массу непрореагировавшего метанола. Зная, что общая степень превращения составляет 0,95:

m(CH3OH)(реаг.) = 130,1 • 0,95 = 123,6 кг

Тогда масса непрореагировавшего метанола:

m(CH3OH)(непрореаг.) = m(CH3OH)(под.) - m(CH3OH)(реаг.) = 130,1 - 123,6 = 6,5 кг

4) Рассчитаем массу метанола, реагирующего по реакциям 3 и 4 (суммарно):

m(CH3OH)(3,4) = m(CH3OH)(реаг.) - m(CH3OH)(1,2) = 123,6 - 106,7 = 16,9 кг

5) Распределим прореагировавший метанол по каждой из реакций в отдельности.

Для этого количество вещества метанола, затраченного на каждую из 4 реакций 1,2,3,4 примем за переменные n1, n2, n3, n4.

Известно, что n(CH3OH)(1,2)=3333 моль, по условию соотношение расхода метанола на 1 и 2 реакции составляет 1,6:1 (данные таблицы 5.1) :

n1: n2=1,6:1

n1=1,6n2;

n1+n2=3333 (смотри ур-ние 2);

1,6n2+n2=3333;

2,6n2 = 3333;

n2=3333/2,6=1282 моль

n1=1,6•n2=2051 моль

Объем каждого из газов, образовавшихся в результате протекания реакций 2, 3 и 4, пропорционален количеству вещества каждого из этих газов. В свою очередь, из уравнений реакций 2, 3 и 4 видно, что количество вещества метанола, затраченного на каждую реакцию, равно количеству вещества образовавшихся H2, CO2 и CH4 соответственно. Следовательно, количества вещества метанола, затраченные на каждую из реакций n2, n3 и n4, соотносятся между собой так же, как объемы H2, CO2 и CH4 в отходящих газах.

Найдем количество вещества метанола для реакции (3,4) (смотри ур-ние 7) :

n(3,4) = = 0,528 => 528 моль

n3(CH3OH) = n(CO2)

n4(CH3OH) = n (CH4)

= =

n3/n4 =4,5/1,05 = 4,29;

n3 = 4,29n4;

n3 + n4 = 528;

4,29n4 + n4 = 528;

5,29n4 = 528;

n4 = 99,8 моль

n3 = 4,29n4; n3 = 428,1 моль

Метанол прореагировавший по всем реакциям:

n1 =2051моль • 32г/моль = 6564 г

n2 = 1282 моль • 32г/моль = 41024 г

n3 = 428,1 моль• 32г/моль = 13700,48 г

n4 =99,8 моль• 32г/моль = 3193,6 г

m CH3OH (в 1 реакции) = 65,7 кг

m CH3OH (в 2 реакции) = 41 кг

m CH3OH (в 3 реакции) = 13,7 кг

m CH3OH (в 4 реакции) = 3,2 кг

2.3 Материальный баланс

1. Рассчитаем сумму масс метанола по всем 4 реакциям:

? m(CH3OH) = m1(CH3OH) + m2(CH3OH) + m3(CH3OH) + m4(CH3OH)

? m(CH3OH) = 65,7кг + 41кг + 13,7 кг + 3,2кг

? m(CH3OH) = 123,6 кг

2. Рассчитаем сумму масс кислорода, (по реакциям 1,3) исходя из количества метанола, затраченного реакцию и стехиометрических коэффициентов:

n1 (O2) = 0,5 • 2051 моль = 1025,5 моль

m (O2) = 1025,5 моль •( 2•16г/моль )= 32816 г

n3 (O2) = 1,5 • 428,1 моль = 642,15 моль

m (O2) = 642,15 моль • (2•16 г/моль) = 20548,8 г

? m(O2) = n1 (O2) + n3 (O2)

? m(O2) = 32816 + 20548,8 = 53364,8 г => 53,4 кг



3. Рассчитаем сумму масс воды, (по реакциям 1,3,4) исходя из количества метанола, затраченного реакцию и стехиометрических коэффициентов:

n1(Н2O) = n1(CH3OH)

n1(Н2O) = 2051 моль

m(Н2O) = 2051 моль • 18 г/моль = 36918 г

n3(Н2O) = 2•428,1 моль = 856,2 моль

m(Н2O) = 856,2 моль • 18 г/моль = 15411,6 г

n4(Н2O) = n4(CH3OH)

n4(Н2O) = 99,8 моль

m(Н2O) = 99,8 моль • 18 г/моль = 1796,4 г

? m(Н2О) = n1 (Н2О) + n3 (Н2О) + n4 (Н2О)

? m(Н2О) = 36918 + 15411,6 + 1796,4 = 54126 г => 54,1 кг

4. Рассчитаем сумму масс водорода, (по реакциям 2,4) исходя из количества метанола, затраченного реакцию и стехиометрических коэффициентов:

5.

n2(Н2) = n2(CH3OH)

n2(Н2) = 1282 моль

m(Н2) = 1282 моль • 2 г/моль => 2564 г

n4(Н2) = n4(CH3OH)

n4(Н2) = 99,8 моль

m(Н2) = 99,8 моль • 2 г/моль = 199,6 г

По реакции 4 водород расходуется

m(Н2) = n2 (Н2) - n4 (Н2)

m(Н2) = 2564 - 199,6 = 2364,4 => 2,4 кг

6. Рассчитаем массу углекислого газа, (по реакции 3) исходя из количества метанола, затраченного на реакцию и стехиометрических коэффициентов:

n3(CO2) =n3(CH3OH)

n3(CO2) = 428,1 моль

m(CO2) = 428,1 моль • 44г/моль = 18836,4 г

m(CO2) = 18836,4 г => 18,8 кг

7. Рассчитаем массу метана, (по реакции 4) исходя из количества метанола, затраченного на реакцию и стехиометрических коэффициентов:

n4(CН4) =n4(CH3OH)

n4(CН4) = 99,8 моль

m(CН4) = 99,8 моль • 16 г/моль = 1596,8 г => 1,6 кг

8. Учтем непрореагировавший метанол, и запишем в «расход»:

m(CH3OH) = m(CH3OH)(реаг)+ m(CH3OH)(непрореаг) = 123,6 + 6,5 =130,1кг

9. Рассчитаем массу воды, пришедшей с метанолом:

m(H2O) = • 2 = • 2 = 2,65 кг

Прибавим массу воды пришедшей с метанолов к воде в таблицу «расход»:

m(H2O) = 54,1 кг + 2,65 кг = 56,75 кг



10. Рассчитаем избыток кислорода:

m(O2)(общ.) = m(O2) • 1,2 = 53,4 • 1,2 = 64 кг

Разница между массами кислорода - это неизрасходованный кислород, вписываем в таблицу «расход»:

m(O2)(неизрасх.) = m(O2) (общ.) - m(O2) = 64,08 - 53,4 = 10,7 кг

Таблица 2.2.1. Материальный баланс процесса получения формальдегида на серебряном катализаторе из метилового спирта.

Приход	Расход
Наименование компонента	Масса, кг	Наименование компонента	Масса, кг
Метанол	130,1	Формальдегид	100,0
Кислород	64	Вода	56,75
Вода	2,65	Водород	2,4
		Углекислый газ	18,8
		Метан	1,6
		Кислород	10,7
		Метанол	6,5
Всего	196,75	Всего	196,75

11. Необходимо определить перерасчетный коэффициент на заданный базис:

Производительность цеха - 16000 т/год формалина следующего состава:

Формальдегид - 40% масс

Вода - 52% масс

Метанол - 8% масс

Поскольку состав получаемой смеси отличается от состава требуемого продукта, необходимо добавить в «приход» необходимое количество воды и метанола.

Рассчитаем соотношение СHOH:CH3OH в «расходе» и сравним с соотношением 40:8 :

100/6,5 = 15,38

40/8 = 5

Поскольку соотношение формальдегида и метанола в расходе должно соответствовать условию и составлять 40/8 = 5, составим уравнение, где х - количество метанола в «расходе», кг:

100/х = 5

х = 20

Поскольку в продуктах уже содержится некоторое количество метанола, рассчитаем количество метанола, которое необходимо добавить в «расход» и в «приход»:

20 - 6,5 = 13,5

СН3ОН = 13,5 кг

Добавим указанное количество метанола в «приход» и в «расход» (см. таблицу 2.2.2.)

Рассчитаем соотношение СHOH:Н2О в «расходе» и сравним с соотношением 40:52 :

100/56,75 = 1,76

40/52 = 0,77



Поскольку соотношение формальдегида и воды в «расходе» должно соответствовать условию и составлять 40/52 = 0,77, составим уравнение, где х - количество воды в расходе, кг:

100/х = 0,77

х = 129,87

Поскольку в продуктах уже содержится некоторое количество воды, рассчитаем количество воды, которое необходимо добавить в «расход» и в «приход»:

129,87 - 56,75 = 73,12

Н2О = 73,12 кг

Добавим указанное количество воды в «приход» и в «расход» (см. таблицу 2.2.2.)

Найдем пересчетный коэффициент. Для этого сначала рассчитаем количество формальдегида в формалине согласно заданному базису:

,

Теперь рассчитаем пересчетный коэффициент:

,



Таблица 2.2.2. Материальный баланс процесса получения формальдегида на серебряном катализаторе из метилового спирта. С учетом заданного соотношения.

Приход	Расход
Наименование компонента	Масса, кг	Наименование компонента	Масса, кг
Метанол	143,6	Формальдегид	100,0
Кислород	64	Вода	129,87
Вода	75,77	Водород	2,4
		Углекислый газ	18,8
		Метан	1,6
		Кислород	10,7
		Метанол	20
Всего	283,37	Всего	283,37



Вывод

В данной курсовой работе было рассмотрено производство формальдегида окисленным дегидрированием метанола. Описаны свойства формальдегида, его влияние на человека и окружающую среду, физико-химические свойства, положенные в основу получения формальдегида, тип процесса и вариант технологического режима.

Приведена и описана технологическая схема получения формальдегида окисленным дегидрированием метанола.

В расчётной части работы был произведён расчёт материального баланса, сведён в таблицу. Были рассчитаны: масса метанола подаваемого в реактор, масса метанола реагирующего по всем направления и непрореагировавшего, найден перерасчетный коэффициент на заданный базис.



Список литературы

1. Лебедев Н.Н. , Монаков М.Н., Швец В.Ф. Теория технологических процессов основного органического и нефтехимического синтезов. - М.: Химия, 1984.

2. Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология (часть 1, Теоретические основы химической технологии). - М.: «Высшая школа», 1984.

3. Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология (часть 2, Важнейшие химические производства), - М.: «Высшая школа», 1984.

4. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. - М.: Химия, 1968.

Размещено на Allbest.ru

...