Формалиновое производство

Формалиновое производство

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Сыктывкарский лесной институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет

имени С.М. Кирова» (СЛИ)

Факультет заочного обучения

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Технология и оборудование ЛХП»

на тему "Формалиновое производство"

Выполнил:

студент

Заочной формы обучения,

Владимирович

Специальность «У и ИТС»

курс Б3340

Сыктывкар 2015

Содержание

Введение

. Свойства и области применения формальдегида

. Производство формалина

. Блок-схема производства

. Технологическая схема производства

. Модель контактного аппарата

Библиографический список

Введение

Формалин - водный раствор, содержащий 40 % формальдегида, 8 % метилового спирта и 52 % воды.

Широкое применение находит:

·        в бумажной промышленности для улучшения прочности и качества бумаги;

·        в кожевенной - для дубления кожи;

·        в текстильной - для повышения сопротивляемости изделий к сминанию и усадке;

·        в сельском хозяйстве - для обработки семян и корнеплодов, дезинфекции почвы и животноводческих помещений;

·        в медицине - в качестве дезинфицирующего средства.

Формальдегид - открыт в 1859 году российским ученым Александром Михайловичем Бутлеровым в процессе изучения им структуры органических соединений. Девять лет спустя, немецкий ученый Август Вильгельм Хофманн нашел рациональный способ его получения - путем каталитической реакции метанола и воздуха, где катализатором послужила нагретая платиновая спираль. Данный метод лег в основу сегодняшнего способа получения формальдегида - окисление метанола воздуха в присутствии серебряных или молибденовых катализаторов.

Вид молекулы:

Структура:

. Свойства и области применения формальдегида

. Производство формалина

Основной способ получения формалина - абсорбция формальдегидсодержащих реакционных газов. Эти газы образуются в результате взаимодействия метанола с кислородом воздуха, в присутствии паров воды, в контактном аппарате, в слое катализатора. Окисление метанола в формальдегид проводится с использованием серебряного катализатора при температуре 650 °C и атмосферном давлении. Это хорошо освоенный технологический процесс, и 80 % формальдегида получается именно по этому методу. Недавно разработан более перспективный способ, основанный на использовании железо-молибденовых катализаторов. При этом реакция проводится при 300 °C. В обоих процессах степень превращения составляет 99 %.

В общих чертах, процесс производства формалина выглядит следующим образом.

.        Стадия подготовки спиртовоздушной смеси, которая проводится в испарителе метанола.

.        Каталитическое превращение метанола в формальдегид, которое проводится в контактном аппарате при температуре более шестисот градусов, в слое катализатора.

.        Стадия поглощения формальдегида водой, которая проводится в абсорбционной колонне.

Готовая продукция, раствор формальдегида, направляется на склад готовой продукции. Абсорбционные газы отправляются на утилизацию.

. Блок-схема производства

Обозначения на схеме:

1.      резервуар метанола;

2.      фильтры

.        теплообменник (20-40°С)

.        спиртоиспаритель

.        огнепреградитель

.        контактный аппарат (6/1-зона контактирования, 6/2-подконтактный холодильник)

.        теплообменник

.        абсорбционная колонна

.        холодильник с рассольным охлаждением

.        холодильник с водяным охлаждением

.        каплеотбойник

.        теплообменник

.        ректификационная колонна

.        теплообменник

.        конденсатор с водяным охлаждением

.        сборник конденсата

.        вторичный конденсатор с рассольным охлаждением

.        сборник вторичного конденсата

.        вакуум-насос

Описание технологической схемы.

Метанол из железнодорожной цистерны закачивают насосом в резервуар 1, затем его подают на фильтр 2 (2/1), где он освобождается от механических примесей. Механические примеси отправляют на сжигание. В теплообменнике 3 после прохождения фильтра метанол подогревается от 20 до 40°С конденсатом из кипятильника ректификационной колонны, затем поступает в спиртоиспаритель 4. Туда же кроме метанола поступает метанол-ректификат из сборника 18. Одновременно через барботер в спиртоиспаритель подается воздуходувкой воздух, предварительно очищенный от механических примесей. При этом ведется непрерывная циркуляция метанола по схеме:

спиртоиспаритель 4 → насос → теплообменник 7 → спиртоиспаритель.

Теплообменник 7 играет роль рекуператора, где циркулирующий метанол нагревается, охлаждая контактные газы. Окончательный нагрев и испарение метанола в спиртоиспарителе достигается подачей пара. В спиртоиспарителе поддерживается температура 50-65°С. Это исключает возможное образование взрывоопасной концентрации смеси метанол - воздух. При данной температуре концентрация метанола в смеси равна 48-52 % объемным.

Образовавшаяся спирто-воздушная смесь поступает в теплообменник-перегреватель, где подогревается паром с р = 5 кгс/см2 до температуры 90-125°С. Это необходимо для того, чтобы избежать конденсации метанола и попадания его в жидком виде на серебряный катализатор, что может привести к снижению его каталитической активности. Далее перегретая спирто-воздушная смесь через огнепреградитель 5 поступает в контактный аппарат 6. В контактном аппарате происходит синтез формальдегида при температуре 350-550°С в присутствие серебряного катализатора. Серебро может быть использовано в разных конфигурациях: губчатое, в виде сеток, крупнокристаллическое, нанесенное на крупнопористые носители, нанесенное на пемзу.

Основные реакции, протекающие в контактном аппарате:

формальдегид реакция газ катализатор

СН3ОН→СН2О+Н2-Q+1/2O2→H2O+Q

СН3ОН + 1/2O2 → СН2О + H2O + Q

Побочные реакции:

СН3ОН+1,5O2→СО2+2H2O+Q

СН3ОН+Н2→СН4+H2O+Q

СН2О→СО+Н2+Q

СН2О+O2→СО2+H2O+Q

Разогрев контактной массы до температуры 200-300°С, при которой начинается реакция превращения метанола в формальдегид, производится горячим метанолом при подаче воздуха через 4 штуцера, расположенных по периметру контактного аппарата над слоем катализатора (6/1). В дальнейшем температура 350-550°С в зоне контактирования поддерживается за счет тепла реакции. В результате реакций, происходящих в слое катализатора, образуются контактные газы, в состав которых входят: формальдегид, водород, оксид углерода(II), метан, пары воды, азот, непрореагировавший метанол. Во избежание разложения образовавшегося формальдегида контактные газы, выходящие из зоны контактирования быстро охлаждают до температуры 170°С в подконтактном холодильнике 6/2 циркуляционным формалином куба ректификационной колонны. После подконтактного холодильника контактные газы проходят теплообменник 7, где охлаждаются до температуры 70-80°С циркуляционным метанолом. Конденсат контактных газов подается в абсорбционную колонну 8. Абсорбционная колонна 8 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат переменного сечения. Нижняя часть диаметром 3000 мм имеет 3 слоя насадки. Между вторым и третьим слоями имеется глухая тарелка. В верхней части диаметром 1600 мм равномерно расположены 15 тарелок. В абсорбционной колонне навстречу потоку контактных газов сверху подается деминерализованная вода.

Процесс абсорбции водой формальдегида происходит с выделением тепла. Для съема тепла, а также в целях улучшения абсорбции предусмотрены 2 циркулирующих контура:

-ый контур - куб колонны → насос → теплообменник 10 (охлаждение оборотной водой ОВ до 30-35°С) → 2-ой слой насадки

-ой контур - глухая тарелка → насос → теплообменник 9 (охлаждение рассолом P до 18°С) → 3-ий слой насадки

Контактирование газов с водой происходит при температуре 18°С, что способствует лучшему поглощению формальдегида водой. Количество воды устанавливают таким образом, чтобы обеспечить содержание формальдегида СН2О в формалине-сырце 24-33% мас. В тарельчатую часть колонны вакуум-насосом также подаются газы после аппарата 17 для абсорбции содержащегося в них метанола. Из куба абсорбера формалин-сырец подается насосом через теплообменник 12, где он подогревается до 80°С, в ректификационную колонну 13. выхлопные газы, выходящие из абсорбера, проходят через каплеотбойник 11 и направляются на сжигание.! По составу выхлопных газов можно судить об активности катализатора и наличии отклонений от норм технологического режима.
Формалин-сырец из куба абсорбционной колонны через теплообменник подается в ректификационную колонну 13, где происходит разделение формалина и метанола.

Ректификационная колонна 13 представляет собой вертикальный аппарат высотой 37,1 м, снабженный 65-ю клапанными тарелками. Колонна работает под вакуумом ≈ 0,4 атм. Это позволит снизить температуру и предотвратить протекание реакции:

СН2О + НОН → СН3ОН + НСООН

Обогрев колонны осуществляется циркулирующим формалином через подконтактный теплообменник и паром, подаваемым в кипятильник. Температурный режим колонны: температура верха 40-45°С, температура низа 80-92°, флегмовое число 3,5.

Из верхней части колонны 13 пары метанола поступают в конденсатор 15, охлаждаемый оборотной водой, где происходит их частичная конденсация. Конденсат метанола собирается в сборник конденсата 16. Одна часть из них подается на орошение в колонну 13, другая - в спиртоиспаритель 4. Несконденсировавшие пары поступают далее во вторичный конденсатор 17, где они охлаждаются рассолом, оттуда - в сборник вторичного конденсата 18, затем - в спиртоиспаритель 4. Несконденсировавшиеся пары и газы вакуум-насосом подаются в абсорбционную колонну, где из них отмываются остатки метанола.

Из нижней части колонны готовый продукт после охлаждения в теплообменнике 14 формалином-сырцом частично подается на питание ректификационной колонны, основная часть - в стандартизатор, затем - на склад. Стандартизатор предназначен для приготовления формалина с концентрацией формальдегида, соответствующей стандарту. В стандартизаторе поддерживается температура, которая исключает образование полимера формальдегида - параформа, ухудшающего качество товарного формалина.

. Модель контактного аппарата

Контактный аппарат представляет собой цилиндрический аппарат, в нижней части которого находится подконтактный теплообменник. В верхней части контактного аппарата, непосредственно на трубной решетке установлены 10 медных сеток, 4 сетки из серебра. На них уложены 130 кг электролитического серебра, 2 серебряные сетки. 70 кг электролитического серебра равномерным слоем, 60 кг - для уплотнения по периметру реактора и 80 кг - внутри уплотнительного кольца. Толщина слоя катализатора 60-120 мм. Общее количество серебра 320 кг.

Библиографический список

1. Технологическая схема производства формалина [Электронный ресурс]

Режим доступа: <http://www.e-ope.ee/_download/euni_repository/file/2055/formalin.zip/index.html> - (Дата обращения 06.01.2015 г.)