Курсовая работа: Производство уксусной кислоты
Отходящая
из верхней части реактора парогазовая смесь направляется на конденсацию в
системе водяных и рассольных холодильников-конденсаторов 12, 13, 14, из которых
конденсат самотеком сливается в емкость 11. Смесь паров и газов, не
сконденсировавшаяся в конденсаторе 14, поступает на нейтрализацию кислых
продуктов в скруббер 15, орошаемый 2—5%-ным раствором щелочи, а затем на
промывку водой в скруббер 20. Промытая паровоздушная смесь частично идет на
смешение со свежим воздухом, частично на отдувку. Промывная жидкость из
скрубберов 15 и 20 поступает в отпарную колонну 21, где отпариваются
органические примеси, сбрасываемые на факел, сбросная вода спускается в
канализацию.
Оксидат
(содержащий до 43 % уксусной кислоты, 10 % метил-этилкетона, 8—9% этилацетата и
других продуктов), выходящий с низа реактора окисления 5, через холодильник 8
поступает в сепаратор 10. Выделяющиеся в сепараторе 10 газообразные продукты
реакции присоединяются к парогазовой смеси, отходящей из верхней части реактора
окисления. Жидкость из сепаратора 10 после снижения давления до 0,2 МПа путем
дросселирования поступает в дебутанизатор 18 (температура верха 35—60°С, низа
120—160°С, давление 0,4 МПа), где отгоняется н-бутан, растворенный в продуктах
окисления. Пары н-бутана конденсируются и часть конденсата возвращается на
орошение дебутанизатора 18, а остальное количество (так называемый кислый
н-бутан) через сепаратор 19 подается в смеситель 1. Несконденсировавшиеся газы
из сепаратора 19 нейтрализуются щелочью в скруббере 22, после чего сбрасываются
на факел.
Кубовая
жидкость колонны-дебутанизатора 18 направляется на ректификацию в систему
колонн, где происходит выделение концентрированной (99—100%-ной) и технической
(85%- ной) уксусной кислоты, муравьиной кислоты (86,5 %-ной) и двух фракций:
ацетоно метилацетатной фракции (23 % ацетона, 68 % метилацетата), выкипающей до
56 °С и метилэтилкетоно-этилацетатной фракции (45,8% метилэтилкетона, 38,3 %
этилацетата), выкипающей в пределах 57—88 °С.
Из 1
т н-бутана при окислении образуется свыше 1,6 т полезных кислородсодержащих
продуктов, в том числе 872 кг уксусной кислоты и 190 кг метилэтилкетона.
Основными
преимуществами процесса являются одностадийность и непрерывность, дешевизна
углеводородного сырья и окислителя. К недостаткам следует отнести высокую
коррозионность среды и образование побочных продуктов.
1.3.3
Производство уксусной кислоты окислением н-бутенов
В
последние годы в промышленности осуществлено окисление н-бутенов в уксусную
кислоту. Процесс разработан фирмой Вауег и отличается высокой селективностью.
Селективность окисления достигается путем ослабления центральной связи бутеновой
цепочки при превращении смеси н-бутенов во втор-бутилацетат. При окислительном
крекинге втор-бутилацетата образуется три молекулы уксусной кислоты, одна из
которых возвращается в цикл для образования ацетата:
[CH2=CHCH2CH3]
+CH3COOH → CH3CH2CHCH3 + 2O2
→ 3CH3COOH
[CH3CH=CHCH3] I
OCOCH3
Сырьем
для такого процесса служит смесь н-бутенов.
Из фракции
С4 газов пиролиза извлекают (обычно экстракцией) бутадиен и
2-метилпропен. Остаток состоит из н-бутенов (~80%) и н-бутана (20%). При
непосредственном окислении этой фракции получается сложная смесь продуктов,
содержащая много смолистых веществ. Превращение же н-бутенов во
втор-бутилацетат создает условия для преимущественного образования уксусной
кислоты.
Бутен-1
реагирует с уксусной кислотой быстрее, чем бутен-2, поэтому последний
составляет основную массу н-бутенов, возвращаемых в цикл. Для ускорения процесса
присоединения к олефину уксусной кислоты ее берут в полуторном избытке.
Схема
производства уксусной кислоты через втор-бутилацетат показана на рис. 1.1.
Процесс
состоит из трех стадий: образования втор-бутилацетата, окислительного крекинга
втор-бутилацетата, дистилляции продуктов реакции.
Первая
стадия — присоединение уксусной кислоты к н-бу-тенам проводится в жидкой фазе в
реакторе 1 с мешалкой при 110°С и 1,5 — 2 МПа. Катализатор (анионообменная
смола).

1-реактор;
2, 8',,14,,20- газосепараторы; 3 — центрифуга; 4 — колонна с фильтрующей
насадкой; 5 — ректификационная колонна; 6 — циркуляционный насос; 6' — сырьевой
насос стадии окисления; 7,,12 — теплообменники; 8 — реактор окислительного
крекинга; 8' — сепаратор реактора; 9 — котел-утилизатор; 10 — скруббер; 11 —
печь; 13 — компрессор; 15 — колонна азеотропной дистилляции; 16,,17 — отстойники;
18 — испаритель; 19 — колонна выделения муравьиной кислоты; 21 — колонна товарной
уксусной кислоты.
Рисунок 1.3 Схема
производства уксусной кислоты окислением н-бутенов вводится в реактор в виде 20
%-ной суспензии в продуктах реакции этой стадии
Концентрация катализатора
поддерживается на уровне 10 % (масс.), что достигается рециркуляцией с
добавлением свежего катализатора. Продукты реакции после снижения давления до
0,7 МПа и разделения в газосепараторе 2 поступают на центрифугу 3, где
происходит отделение катализатора, и, пройдя через колонну с фильтрующей
насадкой 4, поступают в ректификационную колонну 5 (давление 0,5 МПа). В
колонне 5 отгоняются непрореагировавшие углеводороды С4, а снизу
отбирается смесь втор-бутилацетата и уксусной кислоты, направляемая на
окислительный крекинг.
Сырьем
для окислительного крекинга являются: смесь втор-бутилацетата и уксусной
кислоты с первой стадии, смесь непревращенного втор-бутилацетата и
промежуточных продуктов (верхний погон после азеотропной дистилляции) (см.
ниже). Эта смесь вместе с рециркулирующим потоком через теплообменник 7 подается
в реактор 8 окислительного крекинга, представляющий собой безнасадочную
колонну, имеющую в верхней части сепаратор 8'. Воздух нагнетается компрессором 13
через сопла в нижнюю часть реактора 8. Окислительный крекинг проводят без
катализатора при 200°С и 6 МПа. Так как отношение циркулирующее сырье: свежее
сырье выше 100: 1, температура в реакторе повышается за счет тепла реакции не
более чем на 10 °С.
Продукты
реакции из реактора 5 поступают в сепаратор. 8'. Несконденсировавшийся газ из
сепаратора 8' проходит котел-утилизатор 9 и после снижения давления поступает в
скруббер 10, орошаемый уксусной кислотой для извлечения продуктов реакции.
Отходящий газ из скруббера- 10 сжигается в печи 11 (температура 400 °С), а
горячие топочные газы используются для нагрева в теплообменнике 12 отработанного
газа и для привода воздушного компрессора 13 (за счет энергии, получаемой при
расширении отработанного газа).
Жидкие
продукты реакции из сепаратора 8', инжектируемые воздухом, подаваемым в реактор
8, частично возвращаются в цикл. Основной поток продуктов реакции охлаждается в
теплообменнике 7 и после дросселирования поступает в сепаратор 14 для отделения
растворенных газов.
Сырая
уксусная кислота по выходе из сепаратора 14 смешивается с уксусной кислотой из
скруббера 10 и поступает в колонну азеотропной перегонки 15. Сверху из колонны 15
отводится азео-тропная смесь вгор-бутилацетата — вода совместно с летучими
продуктами, поступающая после конденсации в отстойники 16 и 17. Непрореагировавший
втор-бутилацетат и летучие продукты из отстойника 17 возвращаются в реактор 8, а
водная фаза в колонну 15. Выходящая снизу из колонны 15 уксусная кислота
отгоняется в испарителе 18 от присутствующих в небольшом количестве
высококипящих примесей и поступает для удаления муравьиной кислоты в
ректификационную колонну 19. Муравьиная кислота по возможности используется или
сжигается в печи 11.
Окончательная
очистки уксусной кислоты производится в ректификационной колонне 21, кубовый
остаток которой возвращают в испаритель 18. Часть уксусной кислоты из колонны 19
без окончательной очистки направляют в скруббер 10 для промывки реакционных
газов и в реактор 1 для связывания н-бутенов во втор-бутилацетат.
Товарная
уксусная кислота содержит 99,7 % основного продукта и очень мало примесей (0,01
% муравьиной кислоты, 0,0003 % ацетальдегида 0,0001 % железа и серы). На 1 т
товарной уксусной кислоты расходуется 1,260 т бутан-бутеновой фракции с
содержанием 84,4 % н-бутенов. Выход уксусной кислоты за проход составляет 44 %
от пропущенных н-бутенов.
Окислением
н-бутепов в последние годы в промышленности стали получать малеиновый ангидрид,
который раньше получался исключительно окислением бензола. Малеиновый ангидрид
широко используется в производстве полимеров, фармацевтических препаратов,
присадок, сельскохозяйственных химикатов и т. д.
Окисление
осуществляют в газовой фазе на твердом ванадий-фосфорсодержащем катализаторе,
промотированном, добавками меди, лития и др.
Выход
малеинового ангидрида составляет 55 % (мол.).
1.3.4 Производство
уксусной кислоты окислением парафинов С4-С8 в кислоты
Одним из промышленных
методов синтеза низкомолекулярных монокарбоновых кислот с преимущественным
выходом уксусной кислоты является метод жидкофазного окисления индивидуальных
углеводородов С4-С8 или их технических смесей под
давлением. Впервые промышленное окисление н-бутана в растворе уксусной кислоты
осуществлено в США фирмой Celanese.
Окисление проводится в
реакторе из нержавеющей стали О2 воздуха в присутствии солей
кобальта или марганца. Основной продукт реакции – уксусная кислота, побочные
продукты – муравьиная и пропионовая кислоты, метиловый и этиловый спирты,
метилэтиленкетон, этилацетат, ацетон. На 1 тону уксусной кислоты расходуется
752-875 кг бутана, причём уксусная кислота составляет 80-90% от всех
кислородсодержащих продуктов реакции.
Очевидно,
что при использовании бензиновых фракций продукты окисления будут представлены
еще более широкой гаммой веществ.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 |