Производство адипиновой кислоты
Министерство
образования и науки Украины
Национальный
Технический Университет Украины «Киевский политехнический институт»
Химико-технологический
факультет
Домашняя
контрольная работа
по курсу:
«Технология химических производств»
Производство
адипиновой кислоты
Выполнила:
студентка V курса,
ХТФ группа ХО-71
Меткая Елена
Киев 2011
Содержание
Введение
. Производство
адипиновой кислоты
. Экологические аспекты
производства адипиновой кислоты
3. Характеристика опасностей и
требования безопасности производства
Информационные материалы
Введение
Адипиновая кислота - один из
важнейших продуктов химической промышленности. Она является полупродуктом для
промышленного получения синтетического волокна найлон-66.
Адипиновая кислота
(1,4-бутан-дикарбоновая кислота):
1. Производство адипиновой кислоты
Адипиновая кислота - сырье в
производстве полигексаметиленадипинмида (~ 90% производимой кислоты), её
эфиров, полиуретанов; пищевая добавка (придает кислый вкус, в частности, в
производстве безалкогольных напитков).
В настоящее время известно несколько
способов получения адипиновой кислоты. Эти способы отличаются друг от друга как
по исходному сырью, так и по технологии. Старейшим среди них является способ
окисления циклогексанода азотной кислотой до адипиновой кислоты. Ведутся поиски
более совершенных и экономичных путей получения адипиновой кислоты и расширения
сырьевой базы для её производства. Из всех известных методов получения
адипиновой кислоты промышленное осуществление нашли немногие. В результате
исследований разработан и реализован в промышленности весьма экономичный метод
производства адипиновой кислоты двустадийным окислением циклогексана. Этим
методом получают основное количество адипиновой кислоты. На первой стадии
циклогексан окисляют молекулярным кислородом с максимальным выходом
циклогексанона и циклогексанола, а на второй стадии - полученные продукты
доокисляют до адипиновой кислоты. Доокисление циклогексанона, циклогексанола
или их смесей можно проводить с использованием различных окислителей, в том
числе кислородом воздуха.
Наиболее распространен в настоящее
время метод окисления азотной кислотой продуктов воздушного окисления
циклогексана. Наиболее широко в промышленности используется двустадийный
процесс, в котором на второй стадии окисление проводят азотной кислотой. Такие
процессы оказались особенно эффективными при создании комбинированных
производств капролактама и адипиновой кислоты.
Учитывая большие масштабы
производства адипиновой кислоты, особое внимание уделяется созданию непрерывных
схем окисления циклогексанола или его смесей с циклогексаноном азотной
кислотой. Для промышленного производства адипиновой кислоты широко используется
окисление циклогексанола азотной кислотой. При этом применяют циклогексанол,
полученный окислением циклогексана воздухом или гидрированием фенола, а также
сырую смесь продуктов окисления циклогексана воздухом, полученную после отгонки
непрореагировавшего циклогексана. Известны периодический и непрерывный методы
производства адипиновой кислоты. Приводим технологическую схему периодической
установки (См. Рис.1).
Рис.1. Схема установки
периодического действия для получения адипиновой кислоты окислением
циклогексанола азотной кислотой: 1-напорный мерник азотной кислоты; 2 -
напорный мерник циклогексанола; 3 - каплеотбойник; 4 - холодильник; 5 -
сепаратор; 6 - реактор окисления циклогексанола азотной кислотой; 7,10-
кристаллизаторы, 8,11 - нутч-фильтры; 9 - растворитель; 12 - мерник
деминерализованной воды; 13 - сушильный барабан; 14 - циклон.
Для окисления применяется б0-б5%-ная
азотная кислота. После её нагревания а реакторе до 50°С туда же подают в
течение 1,5 часа цикло-гексанол. Так как реакция протекает с выделением
значительного количества тепла, в змеевик реактора подают для охлаждения воду,
поддерживая температуру 62-67 °С. Во время окисления реакционную смесь
интенсивно перемешивают, а по окончании подачи циклогексанола продувают
воддухом 40-45 мин. при 80˚С для удаления нитрозных газов. Далее
реакционную смесь охлаждают в кристаллизаторе до 20˚С и полученную
суспензию разделяют на нутч-фильтре.
Выделенную адипиновую кислоту
растворяют в деминерализованной воде и после перекристаллизации сушат в
барабанной сушилке. Высушенная адипиновая кислота содержит около 0,1% влаги.
Широко распространен в мире
промышленный метод получения адипиновой кислоты окислением смеси циклогексанона
и циклогексанола, а также сырой смеси продуктов воздушного окисления
циклогексана. При использовании сырой смеси отпадает необходимость выделения
чистых циклогексанона и циклогексанола ректификацией. Кроме того в сырой смеси
содержится некоторое количество адипиновой кислоты, а также имеются побочные
продукты окисления, которые в процессе доокисления азотной кислотой дают
дополнительное количество адипиновой кислоты.
При этих условиях выход адипиновой
кислоты достигает 90-93% от теоретического. В промышленных условиях
рекомендуется применять аппараты с выносными холодильниками, так как это дает
возможность путем изменения количества циркулирующей реакционной смеси более
тонко регулировать концентрацию азотной кислоты в месте её смешения с
органическим сырьем. В крупных промышленных установках процесс ведут в двух
трубчатых реакторах, установленных последовательно. Температуру в первом
реакторе поддерживают ~70°С, во втором ~ 100˚С. Практически отношение
количества циркулирующей смеси к количеству подаваемого на окисление
органического сырья достигает 50:1. Реакционную смесь после окончания окисления
продувают горячим воздухом, для удаления окислов азота и передают в
дистилляционную установку для концентрирования. Концентрирование с целью
уменьшения коррозии проводят в вакууме. В процессе концентрирования удаляются
некоторые побочные продукты реакции (валерьяновая и масляная кислоты и др.).
Стадия извлечения, адипиновой кислоты из упаренного реакционного раствора
состоит в кристаллизации (однократной, или двукратной), которую проводят при
40-50°С. После центрифугирования маточный раствор повторно упаривают и снова
подвергают кристаллизации. После второй кристаллизации основное количество
маточного раствора возвращают в реактор окисления. Во избежание накопления
низших дикарбоновых кислот часть маточного раствора выводят из цикла.
2. Экологические аспекты производства адипиновой кислоты
Рассматривают возможность замены
бензола на глюкозу в производстве ряда химических продуктов (синтез адипиновой
кислоты и др.)
В процессе производства адипиновой
кислоты при получении найлона в атмосферу выделяется закись азота, который
участвует в разрушении озонового слоя и способствует возникновению парникового
эффекта. В различных странах проводятся исследования по совершенствованию
технологии с целью снижения или полного исключения образования закиси азота.
Был предложен способ переработки маточных растворов, образующихся при получении
адипиновой кислоты окислением циклогексанола и/или циклогексанона или их смеси
азотной кислотой в присутствии Cu - V -катализатора. После отделения адипиновой
кислота отгоняют азотную кислоту в виде азеотропа с водой при пониженном
давлении. Получают расплав дикарбоновых кислот (ДКК), содержащий ионы Си и V.
Расплав греют 5-60 мин. при температуре 130-180˚С для разложения азотистых
соединений и щавелевой кислоты. Продукт растворяют в воде, пропускают через
ионит для связывания ионов Си, и V , отгоняют воду, греют 1-3 ч. при
температуре 200-240°С и после перегонки получают смеси ДКК.
В практике в образующихся наряду с
адипиновой кислотой низкомолекулярных дикарбоновых кислотах (щавелевой,
янтарной, глутаровой) с целью поддержания этих примесей на определенном уровне,
позволяющем получать чистую адипиновую кислоту, из цикла выводят часть
рециркулирующей смеси, а после выделения из нее адипиновой кислоты, остаток
подвергают переработке, которая заключается в удалении азотной кислоты.
Степень извлечения адипиновой
кислоты из маточного раствора составляет в среднем 47,3%. Отход производства не
находит квалифицированного применения и либо сжигается, либо обезвреживается
путем биохимического разложения. Эти рекомендации не удовлетворяют промышленное
производство как с экономической, так и с экологической точки зрения.
Сущность метода в том, что
кристаллизацию ведут в кристаллизаторе - флотаторе путем барботирования в него
воздуха с линейной скоростью 3,3-8,0 м/час и одновременным охлаждением
суспензии до 20-22˚С. В результате исследований выходит, что барботажный
способ переработки отводимого маточного раствора обеспечивает повышение
степени извлечения адипиновой кислоты до 94% вместо 47,3% без использования
фильтровального оборудования. Кроме того, выделяется раствор, обогащенный
янтарной кислотой, которая может найти применение для использования в
производстве минеральных удобрений с физиологически активными свойствами или
для снятия накипеотложений в теплообменной аппаратуре. Степень извлечения
янтарной кислоты из отходов составляет 94-99%.
Для уменьшения количества отходов
целесообразно повысить селективность окисления, а для упрощения технологии
переработки плава НДК в реализуемые продукты, желательно процесс окисления
осуществлять по бессолевому методу. Известно, что для того, чтобы в бессолевом
методе не повысилась норма расхода по циклогексанолу и не понизилась бы
производительность установки по адипиновой кислоте, применяют органические
активаторы окисления. Наиболее эффективным активатором является ацетальдегид в
количестве 2% от массы циклогексанола, где селективность окисления повысилась
на 7,5%, тогда, как с использованием 1% медно-ванадиевого катализатора, только
на 3,8%.
При исследовании других органических
веществ (этиленгликоль, щавелевая кислота, глутаровая кислота), на способность
активизировать процесс окисления, оказалось, что более высокая селективность
достигается при использовании смеси глутаровой и янтарной кислот (13% и 3%).
Однако, для изменения состава
циркулирующего реакционного раствора в сторону повышения содержания глутаровой
кислоты до 13,0% при сохранении постоянным содержания янтарной кислоты на
уровне 3,0%, потребуются некоторые изменения в технологии на стадиях выделения
НДК.
Плав НДК, который является побочным
продуктом производства адипиновой кислоты, является прекрасным реагентом для
удаления накипеоб-разования на теплообменных поверхностях. Ежегодно его
образуется и не используется до 2000 т.
Получаемый плав на предприятиях в
настоящее время либо сжигается, либо обезвреживается биохимическим разложением.
Эффективность снятия накипи отходами НДК приблизительно 91,5%. Способ
химической чистки теплообменной аппаратуры экологически чистый, дешевый и
достаточно эффективный.
3. Характеристика опасностей и
требования безопасности производства
В отделении получения адипиновой кислоты имеются
следующие опасные факторы:
1. Группа физических опасностей и вредных
факторов:
- движущиеся машины и механизмы, незащищенные
подвижные элементы производственного оборудования;
повышенная запыленность и загазованность воздуха
рабочей зоны;
повышенный уровень шума и вибрации на рабочем
месте;
повышенная или пониженная влажность рабочей
зоны, недостаточная освещенность рабочей зоны.
2. Группа химически опасных и вредных факторов:
по характеру воздействия организм человека :
действующие через дыхательные пути, действующие через пищеварительную систему,
действующие через кожный покров.
В связи с этим возможны:
А) отравление вредными химическими веществами от
воздействия на организм газов, паров, жидкостей и твердых веществ в виде пыли,
которые могут попадать внутрь человека через легкие, желудочно-кишечный тракт и
кожу ( к ним относятся циклогексанол, адипиновая кислота, азотная кислота,
серная кислота и др.)
Б) химические ожоги тела - азотной кислотой,
щелочью и др.
В) Термические ожоги - кипящими растворами,
сплавами, горячей водой, паром, конденсатом, воспламеняющимися газами, горячими
поверхностями аппаратов и коммуникаций.
Г) механические травмы - порезы, ссадины, ушибы,
вывихи и переломы костей могут произойти по причине нарушения правил техники
безопасности обслуживания движущихся механизмов, станков, подъемных
приспособлений и при выполнении других работ.
Д) Ожоги и поражение электротоком - при
обслуживании электрооборудования, при соприкосновении с оголенными местами
кабелей и электропроводов.
Г) Опасность попадания под железнодорожный и
автодорожный транспорт - при передвижении по территории цеха, при выполнении
работ, связанных с погрузкой готовой продукции, разгрузкой тары.
Ж) ушибы и отравления - при возможности взрыва
газовоздушных смесей.
В отделении получения адипиновой кислоты для
создания безопасных условий труда необходимо соблюдать следующие параметры
нормального технологического процесса:
2. Температура в сепараторе;
. Уровень азотной кислоты в сборнике.
Нарушение этих параметров может привести:
. Повышение температуры верха реактора
окисления выше 82С ведет к повышению давления, разгерметизации нитродными
газами.
2. Повышение температуры в сепараторе выше
230С ведет к разложению низших дикарбоновых кислот с резкими повышением
давления, разгерметизации оборудования, загазованности нитродными газами.
. Завышение уровня азотной кислоты в
сборнике выше 70% может вызвать попадание жидкости на трубокомпрессор, привести
к разгерметизации системы, выбросу нитродных газов и азотной кислоты,
загазованности производственных помещений.
установка адипиновая
кислота экология производства
Информационные материалы
1. Химический
энциклопедический словарь.- М., Сов. энциклопедия",1983.
. «Chemical Weer»
-1997.- №42
. Химическая и
нефтеперерабатывающая промышленность: Справочник предприятий и организаций
отрасли.Вып.-5/АСУ Импульс.-2006/2007.
. Оперативная информация
о выполнении плана производства продукции за
. Фрейдлин Г.Н.
Алифатические дикарбоновые кислоты.- М., Химия,1978.
. Производство
циклогексанона и адипиновой кислоты окислением цикло-гексана.- М., Химия ,1967.
. Хімічна промисловість
УкраІни.-І995.-№5.-С.Зб-38.