Получение пестицида "Каптан"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Чебоксары 2012

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Химико-фармацевтический факультет

Курсовая работа

по курсу «Технология производства пестицидов»

Получение пестицида “КАПТАН”

Выполнил

студент группы Х-31-08

Павлов М.С.

Руководитель

доцент Сазанова А.А.



ОГЛАВЛЕНИЕ

технология каптан пестицид производство

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Производные сульфеновой кислоты

1.2 Методы получения трихлорметансульфенилхлорида

1.3 Каптан

2. Основная часть

2.1 Технологическая схема установки

2.2 Материальный баланс

2.3 Тепловой баланс

2.4 Нормы технологического процесса и контроль производства

2.5 Выбор основного и вспомогательного оборудования

2.6 Расчет размеров основных аппаратов

Заключение

Список литературы



ВВЕДЕНИЕ

Пестициды - собирательный термин, охватывающий химические соединения различных классов, применяемые для борьбы с вредными организмами в сельском хозяйстве, здравоохранении, промышленности, нефтедобыче и многих других случаях. Пестициды начали использовать еще в войсках Александра Македонского для борьбы с паразитами человека (порошок далматской ромашки). В здравоохранении пестициды применяют для борьбы с членистоногими - переносчиками таких опасных заболеваний, как малярия, чума, туляремия, энцефалит, сонная и слоновая болезнь, многие кишечные заболевания. В здравоохранении и ветеринарии, кроме того, пестициды используют в качестве дезинфицирующих средств, в промышленности - для предохранения неметаллических материалов (полимеров, древесины, текстильных изделий), борьбы с обрастанием морских судов, особенно в южных морях, для борьбы с сероводородобразуюшими бактериями, для предохранения труб от коррозии.

В наибольших масштабах пестициды используют в сельском хозяйстве для борьбы с членистоногими (инсектициды и акарициды), нематодами (нематоциды), грибными (фунгициды) и бактериальными (бактерициды) заболеваниями растений и животных, а также для борьбы с сорняками (гербициды). К пестицидам относят также регуляторы роста растений (ретарданты), используемые для борьбы с полеганием различных культур, для дефолиации (удаления листьев) и десикации (подсушивания растений на корню), чтобы облегчить уборку урожая, а также для предохранения от заморозков и засухи.

Бытует мнение, что применение пестицидов представляет большую опасность для человека и животных. Это связано с применявшимися ранее очень ядовитыми соединениями мышьяка. Современные пестициды за редким исключением обладают низкой токсичностью, приближающейся к токсичности поваренной соли, и во много раз менее ядовиты, чем кофеин. Отметим также, что современные пестициды в течение одного вегетационного периода полностью разрушаются в окружающей среде.



1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Производные сульфеновой кислоты

Высокую биологическую активность проявляют различные производные сульфеновой кислоты.

Трихлорметансульфенилхлорид CCl3SCl служит полупродуктом для производства пестицидных препаратов на основе галогенметансульфеновой кислоты. Само вещество CCI3SCI в сельском хозяйстве не применяется, так как оно весьма токсично для человека и животных и, кроме того, оказывает сильное коррозионное действие.

Трихлорметансульфенилхлорид -- красная маслянистая жидкость с характерным запахом, напоминающим запах тиофосгена, т. кип. 148°С при атмосферном давлении (частично с разл.). В первую мировую войну это вещество было предложено в качестве удушающего ОВ, но практически для этой цели не использовалось.

Металлы и другие восстановители переводят трихлорметансульфенилхлорид в тиофосген:

CCI3SCI > CSCl2

Под действием окислителей превращается в трихлорметансульфонилхлорид:

CCI3SCI > CCI3SO2CI

В растворах щелочей гидролизуется, на холоду -- медленно, а при нагревании -- быстро с образованием смеси солей. Относительно легко вступает в реакции с непредельными соединениями, давая алкил (трихлорметил) сульфиды:

CCI3SCI + RCH=CH2 > CCI3SCH2CHRCI > CCI3SCH=CHR

Эти сульфиды, как правило, являются сильными фунгицидами, но многие из них опасны для культурных растений, так как вызывают сильные ожоги.

Трихлорметансульфенилхлорид обычно используют для введения трихлорметилтиогруппы Cl3CS в молекулу различных органических соединений, например:

Эта реакция используется для получения препарата каптана (см. ниже).

1.2 Методы получения трихлорметансульфенилхлорида

Один из основных методов получения трихлорметансульфенилхлорида заключается в хлорировании сероуглерода в присутствии иода:

2CS2 +5Cl2 > 2CCl3SCl + S2Cl2

Этим методом по непрерывной схеме получают продукт в промышленности (рис. 1).



Рис. 1. Принципиальная технологическая схема получения трихлорметансульфенилхлорида:

1 -- реактор хлорирования сероуглерода; 2 --колонна для разгонки продуктов хлорирования; 3 -- колонна для отгонки сероуглерода; 4 -- конденсатор; 5 -- аппарат для отделения сероуглерода; 6 -- колонна для разгонки трихлорметансульфенилхлорида, ССl4 и S2CI2; 7 -- аппарат для отгонки остаточного ССl4

Некоторые трудности представляет отделение трихлорметансульфенилхлорида от хлорида серы S2Cl2. В лабораторных условиях наиболее удобно отделять продукт отгонкой его с водяным паром, при этом хлорид серы полностью разлагается водой. Выход целевого продукта уменьшается на 10--15 % за счет частичного его гидролиза. Для промышленности этот метод выделения продукта непригоден из-за его сильного коррозионного действия. В производственных условиях трихлорметансульфенилхлорид очищают от хлорида серы путем ректификации в вакууме. Однако в этом случае препарат может содержать до 3 % хлорида серы, которая отрицательно влияет на свойства трихлорметансульфенилхлорида как полупродукта для пестицидов.

Предложено также очищать продукт обработкой водным раствором сернистой кислоты при температуре не выше 10 °С, При этом хлорид серы переходит в растворимую в воде тетратионовую кислоту, соли которой обладают фунгицидным действием:

S2Cl2 + H2SO3 > H2S4O6 + 2HCl

Недостатком этого метода является возможность протекания побочных реакций при повышении температуры и увеличении времени контакта очищаемого продукта с сернистой кислотой. При температуре выше 35°С трихлорметансульфенилхлорид восстанавливается сернистой кислотой до тиофосгена (т. кип. 78°С), который сильно летуч и более токсичен:

CCI3SCI + H2SO3 > CSCI2 + 2HCl + H2SO4

Технический трихлорметансульфенилхлорид, кроме хлорида серы, может содержать в качестве примеси небольшое количество тетрахлорида углерода, образующегося при дальнейшем хлорировании:

CCI3SCI + Cl2 > CSCI2 + CCl4 + SCl2

Один из методов получения трихлорметансульфенилхлорида основан на хлорировании сероуглерода хлором в присутствии разбавленных неорганических кислот при возможно более низкой температуре (не выше 10 °С). В этом случае реакция протекает по схеме:

CS2 +5Cl2 +H2O > CCl3SCl + 6HCl + H2SO4

С удовлетворительным выходом трихлорметансульфенилхлорид образуется при хлорировании метантиола или диметилдисульфида:

(CH3S)2+ 7Cl2 > CCl3SCl + 6HCl

Получаемый продукт не содержит примеси хлорида серы.

В качестве гербицидов предложены некоторые замещенные сульфенилхлориды, в частности, соединения структуры:

R1R2NCOCCl2SCl

Однако практического применения они пока не нашли.

Синтезировано и изучено очень большое число производных тригалогенметил- и тетрагалогенэтилсульфеновой кислоты, но практическое применение получили главным образом сульфениламиды карбоновых кислот и сульфокислот.

2.3 Каптан

1,2,3,6-Тетрагидро-N-трихлорметилтиофталимид (каптан) -- белое кристаллическое вещество, т. пл. 172 °С. Чистый препарат почти не имеет запаха. Технический препарат слегка окрашен в желтый или серый цвет и имеет характерный запах трихлорметансульфенилхлорида. Практически нерастворим в воде, мало растворяется в большинстве органических-растворителей. ЛД50 9000 мг/кг; при систематическом введении в организм животных может вызывать тератогенный эффект.

При длительном контакте с кожей вызывает небольшое раздражение.

Водой гидролизуется с образованием тетрагидрофталимида, хлороводорода, СО2 и серы. Особенно быстро протекает гидролиз в присутствии щелочей при повышенной температуре. Поэтому препарат не совместим с другими пестицидами или удобрениями щелочного характера.

Каптан получают по реакции тетрагидрофталимида с трихлорметансульфенилхлоридом. Реакцию проводят в водно-щелочной среде при хорошем перемешивании и возможно низкой температуре во избежание гидролиза исходного и конечного продуктов.

Необходимый для этого синтеза тетрагидрофталимид получают из аммиака и тетрагидрофталевого ангидрида при температуре несколько выше 200°С. В свою очередь, тетрагидрофталевый ангидрид практически с количественным выходом готовят путем конденсации бутадиена с малеиновым ангидридом при 100--160°С. Суммарный процесс получения каптана представлен на схеме:

Этим методом каптан получают в промышленности (рис. 2). При строгом соблюдении условий процесса выход продукта достигает 90 %.

Каптан выпускают в виде смачивающегося порошка с содержанием действующего вещества 50 и 75%. Применяют как защитный фунгицид и протравитель семян широкого спектра действия для борьбы с болезнями различных культур. Необходимо отметить, что каптан не следует использовать для последних обработок виноградной лозы, так как он отрицательно влияет на процессы брожения. Каптан широко применяется в смесях с другими фунгицидами.



2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологическая схема установки

Рис. 2. Принципиальная технологическая схема получения каптана:

1 -- емкость для малеинового ангидрида; 2 -- реактор синтеза тетрагидрофталимида; 3 -- кристаллизатор; 4 -- мельница для измельчения тетрагидрофталимида; 5, 6 -- мерники для трихлорметансульфенилхлорида и раствора щелочи; 7 -- реактор синтеза каптана; 8 -- теплообменник; 9 -- сборник конденсата

Каптан получают по реакции тетрагидрофталимида с трихлорметансульфенилхлоридом. Реакцию проводят в водно-щелочной среде при хорошем перемешивании и возможно низкой температуре во избежание гидролиза исходного и конечного продуктов.

Необходимый для этого синтеза тетрагидрофталимид получают из аммиака и тетрагидрофталевого ангидрида при температуре несколько выше 200°С. В свою очередь, тетрагидрофталевый ангидрид практически с количественным выходом готовят путем конденсации бутадиена с малеиновым ангидридом при 100--160°С

2.2 Материальный баланс

1 стадия: получение тетрагидрофталевого ангидрида

№ п/п	Наименование вещества	Мол. масса	Масс. доля, %	Масса, кг.	Количество вещества, кмоль
				Техн.	100%
	Загружено:
1	Бутадиен	54	98	204,0	200,0	3,7
2	Малеиновый ангидрид	98	99	366,6	363,0	3,7
3	Примеси				7,6
	Итого				570,6
	Получено:
1	Тетрагидрофталевый ангидрид	152			560	3,7
2	Примеси				7,6
3	Потери				3
	Итого				570,6

Малеиновый ангидрид плотность - 1,48 г/смі

Бутадиен плотность - 0,65г/смі

2.3 Тепловой баланс

Тепло расходуется на нагревание реакционной массы и на проведение реакции.

Теплоемкость бутадиена с1 = 42,3 Дж/моль·К

Теплоемкость фталодинитрила с2 = 100 Дж/моль·К

Q=c1m?t+c2m?t=42,3·200·120+100·363·120=5,37 Мдж

Итого на нагревание 570 кг реакционной массы необходимо затратить 5,37 Мдж тепловой энергии

2.4 Нормы технологического процесса и контроль производства

Получение продукции высокого качества с минимальными материальными и энергетическими затратами и надлежащая защита окружающей среды возможна только при высокой степени контроля за производственными процессами и управления ими.

При автоматизации повышается производительность оборудования, улучшается качество получаемой продукции, уменьшаются энергетические и сырьевые затраты. Автоматизация позволяет повысить производительность труда, сократить численность обслуживающего персонала, улучшить условия труда, обеспечить безопасные условия работы.

1 -- емкость, 2 -- реактор, 3 -- кристаллизатор.

2.5 Выбор основного и вспомогательного оборудования

Основное оборудование в данном производстве включает в себя

1. Реактор синтеза тетрагидрофталимида 2

2. Теплообменник 8

3. Кристаллизатор 3

К дополнительному оборудованию относятся

1. Емкость для малеинового ангидрида 1

2. Сборник конденсата 9

3.6 Расчет размеров основных аппаратов

Технологический расчет реактора периодического действия для синтеза тетрагидрофталевого ангидрида

Для технологического расчета реакционных аппаратов необходимо знать объем веществ перерабатываемых в сутки на данной стадии процесса и время проведения процесса.

1.Определение времени рабочего цикла реактора, с

Где - время реакции, с; - время проведения вспомогательных операций.

где - время подготовки реактора к новому циклу, с; - время заполнения реактора, с; - время нагревания исходной смеси, с; - время охлаждения продукционной смеси, с; - время опорожнения реактора, с.

1.1. Время подготовки реактора к новому циклу, с

= 30 мин.

1.2. Время заполнения реактора, с

= 204,0/0,65 + 366,6/1,48 = 561л = 0,561м3

= 0,01 м3/с

Где - объемная производительность насоса, м3/с; - объем жидкости в аппарате, м3

Выбираем реактор 1,0 м3, F = 3,45 м3

Количество теплоты необходимое для нагревания, Дж

= 1,21 кДж/(моль·°С)

Где - удельная теплоемкость смеси исходных веществ, Дж/кг·К; - плотность смеси исходных продуктов, кг/м3; , - конечная, начальная температуры нагрева смеси исходных продуктов.

Площадь поверхности теплообмена назначаем по объему аппарата из ряда стандартных технических данных емкостных аппаратов.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте представлена технологическая схема получения пестицида “Каптан” производительностью 470 кг, рассчитан материальный и тепловой балансы. Для организации контроля производства разработана схема автоматизации установки. Рассчитан реактор, необходимый для проведения основной реакции. Его площадь составила 1,0 м².



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. -- Л.: Химия. --1991. --352с.

2. Мельников Н.Н. Пестициды -- М.: Химия. --1987. --710с.

3. Плановский А.Н., Гуревич Д.А. Аппаратура промышленности полупродуктов и красителей. -- М.: ГНТИ хим. литературы. -- 1961. --504с.

Размещено на Allbest.ru

...