Контрольная работа по «Технология химических производств»

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Волжский  политехнический институт (филиал)

федерального  государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Волгоградский  государственный технический университет»  

Инженерно-экономический  факультет

Контрольная работа

по дисциплине «Технология химических производств»

Вариант 5

 
 
 
 
 
 

                                                Выполнил:

                                                студент гр. ВЭЗ-391

                                                Горченкова А. В.

                                                Номер зачетной книжки

                                                0910027    

                                                Проверил:

                                                Спиридонова М. П. 
 
 
 
 
 
 
 

Волжский-2011 г.

Содержание 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    

1. Что влияет на выход целевого продукта, полученного в процессе оксосинтеза?

 

     Оксосинтез является одним из самых крупномасштабных процессов с применением гомогенного металлоорганического катализа. Технологии оксопроцессов обеспечивают получение широкой гаммы ценных продуктов высокого передела и, следовательно, высокой добавленной стоимости. Они находят применение в качестве товарных продуктов, полупродуктов органического синтеза, растворителей, компонентов пластификаторов, присадок, ПАВ, мономеров. Ассортимент оксопродуктов превышает 50 наименований. Это пропанол, бутанолы, высшие жирные спирты - 2-этилгексанол, изодеканол, изононанол, тридециловый спирт, и др.

     Первичными  продуктами оксосинтеза являются альдегиды, которые в разной степени в  зависимости от состава каталитической системы и условий превращаются в спирты. Механизм процесса оксосинтеза включает стадии активации и превращения водорода и алкена. Активация водорода приводит к образованию гидрокарбонила кобальта. Активация алкена становится возможной после освобождения места в координационной сфере кобальта в результате диссоциации одной карбонильной группы. При взаимодействии алкена с ненасыщенным гидрокарбонилом кобальта образуется пи-комплекс, который может превратиться в два различных сигма-кобальторганических соединений в зависимости от направления нуклеофильного присоедиения гидридного лиганда и кобальта с карбонильными лигандами. Далее кобальталкильные соединения подвергаются внедрению карбонильной группы из внутренней сферы комплекса с заполнением освободившегося места молекулой оксида углерода. Завершает каталитический цикл стадия гидрогенолиза с образованием альдегида линейного или разветвленного строения. Торможение скорости процесса парциальным давлением оксида углерода связано, по-видимому, со стадией диссоциации карбонильной группы для освобождения координационного места.

     Очень важная проблема – регулирование региоселективности процесса оксосинтеза, т.е. соотношения выходов линейного и разветвленного продуктов. Региоселективность оксосинтеза определяется равновесием σ-алкильных интермедиатов.

     RCH₂CH₂CO(CO)₃ ↔ RCH(CH₃)CO(CO)₃

     На  это равновесие влияют температура, давление синтез-газа, состав каталитической системы. Варьирование температуры  не позволяет существенно повысить региоселективность в пользу линейных продуктов, т.к. повышение температуры  снижает селективность, а понижение температуры приводит, кроме ограниченного повышения региоселективности, к снижению производительности процесса. Повышение давления также приводит к некоторому повышению соотношения образующихся продуктов в пользу линейного изомера при сохранении производительности (увеличение скорости за счет увеличения P_H2 компенсируется торможением за счет увеличения парциального давления оксида углерода. Причиной увеличения региоселективности при использовании объемных лигандов (как и в случае повышения давления CO) считают увеличение стерических препятствий для присоединения кобальта с лигандами к внутреннему атому углерода. Это приводит к смещению равновесия σ-алкильных интермедиатов влево. Наибольший эффект в повышении доли линейных продуктов достигается при использовании родиевых катализаторов с фосфиновыми лигандами. Условия и показатели процесса оксосинтеза существенно зависят от природы используемого катализатора. 
 
 
 
 

    

2. Опишите способы  переработки нефти. Приведите наиболее эффективные способы переработки  нефти.

 

    Первичным и основным способом переработки  нефти является ее разгонка на отдельные  фракции — нефтяные дистилляты (прямая гонка). Первую стадию прямой гонки осуществляют на установках, работающих при атмосферном давлении.  Такие установки носят название атмосферных трубчатых (AT). Трубчатая установка для перегонки нефти состоит из трубчатой печи, ректификационной колонны, теплообменной аппаратуры и другого вспомогательного оборудования. Нефть, проходя через теплообменники, нагревается теплом отходящих продуктов перегонки до Т=180° и поступает в трубчатую печь, где нагревается до Т = 300-380°, а затем подается в питательную часть колонны. В колонне происходит ректификация. С разных уровней колонны отбирают различные по температуре кипения продукты перегонки. Годовая мощность новейших трубчатых установок (AT) превышает 3 млн. тонн сырой нефти. На AT из нефти отбирают светлые продукты (бензиновый, керосиновый и соляровый дистилляты). Остаток после разгонки нефти могут разгонять в вакууме, получая при этом различные смазочные масла и мази. 

    Установки, в которых последовательно объединены атмосферный и вакуумный нефтеперегонные  агрегаты, носят название атмосферновакуумных трубчаток (АВТ). Остаток после отгонки масел от мазута - гудрон используется для получения смазочных масел с высокой температурой вспышки.

    Прямая  гонка относится к процессам  переработки нефти физическими  методами - ее проводят в условиях, предотвращающих разложение углеводородов. Для понижения температуры кипения дистиллятов применяют вакуум и вводят острый водяной пар. Благодаря этому состав дистиллятов прямой гонки соответствует составу исходной нефти.

    Однако  при таком способе переработки  получаемое количество легких дистиллятов  невелико. Так, бензинового дистиллята при прямой гонке получается всего 5—20% от количества исходной нефти. Для увеличения выхода бензина и других светлых продуктов дистилляты прямой гонки и мазут подвергают вторичной переработке.

    Работу  нефтеперегонных установок характеризуют  следующие показатели:  производительность установки; выработка продукции по заданному ассортименту; глубина отбора целевых фракций; продолжительность работы установки; расход топлива и электроэнергии; производственные потери.

    Основными направлениями реконструкции установок  являются: улучшение использования тепла отходящих потоков благодаря установке дополнительных теплообменников и созданию более эффективного теплообмена путем переключения потоков на действующих теплообменниках, установка дополнительных трубных экранов в печах, увеличение поверхности конденсаторов; улучшение фракционирующей способности колонн.

    Простейшим  промышленным приемом преобразования тяжелых углеводородов нефти  в легкие является термический крекинг (krack) — разрыв, расщепление больших молекул углеводородов под действием тепла и давления. В отличие от атмосферно-вакуумной перегонки (физического метода разделения нефти), крекинг является химическим процессом.

    В нефтеперерабатывающей промышленности в настоящее время широко применяется  термический крекинг: 1)под давлением, 2) коксование и 3) пиролиз. Термическому крекингу под давлением подвергаются нефтяные остатки и дистиллятные фракции для получения товарного топочного мазута, крекинг-керосина, бензина и крекинг-газа. Коксование нефтяных остатков производится для получения товарного кокса, газа, бензина, соляровых фракций. Пиролиз дистиллятов и вторичного дистиллятного сырья, а также легких углеводородов от этана до бутана включительно производится для получения газа с высоким содержанием олефиновых и ароматических углеводородов.

    Пиролиз нефтяного сырья является наиболее жесткой формой термического крекинга. Этот процесс проводится при Т = 650-750° и атмосферном давлении. Но в связи с внедрением каталитических методов ароматизации нефтепродуктов значение процесса пиролиза как источника получения ароматических соединений уменьшается.

    В процессе крекинга образовавшиеся свободные  радикалы рекомбинируют (уплотняются). Происходит одновременно риформинг (преобразование).

    Схемы и аппаратурное оформление этого  процесса зависят как от свойств  крекируемого сырья, так и от заданного направления его переработки, т. е. целевых продуктов крекинга. В соответствии со свойствами углеводородов крекинг легкого, термически стойкого сырья следует вести в более жестких условиях при более высоких температурах и давлении; тяжелое углеводородное сырье целесообразно подвергать крекингу в более мягких условиях.

    В современной нефтеперерабатывающей  промышленности термический крекинг  вытесняется более эффективным каталитическим крекингом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

3. Технология  получения, свойства гликолий и их простых производных.

 

    Наибольшее  количество α-окисей расходуется на получение гликолей и простых  эфиров.

    Этиленгликоль НОСН2—СН₂ОН является довольно вязкой бесцветной жидкостью с т.кип.= 197°С, полностью смешивающейся с водой. В больших количествах расходуется в производстве антифризов. Кроме того, этиленгликоль применяется в синтезе полимерных материалов - полиэтилентерефталата (лавсан), ненасыщенных полиэфиров, полиуретанов, алкидных смол и т. д. Его используют для производства взрывчатых веществ.

    Практически наиболее важный метод промышленного  синтеза этиленгликоля состоит в гидратации окиси этилена, обычно проводимой без катализаторов при 150—180° С и 15-кратном избытке воды.

    Диэтиленгликоль  НОСН₂—СН₂—О—СН₂—СН₂ОН представляет собой бесцветную жидкость, смешивающуюся с водой, т. кип. = 245° С. Как и этиленгликоль, его применяют для синтеза полиэфиров. Значительные количества диэтиленгликоля расходуются на производство взрывчатого вещества диэтиленгликольдинитрата.

    Диэтиленгликоль широко применяется в нефтяной промышленности для сушки газов и экстракции ароматических углеводородов. Oбразуется как побочный продукт в производстве этиленгликоля из окиси этилена.

    Пропиленгликоль может во многих областях заменять этиленгликоль. Его получают гидратацией окиси пропилена аналогично гидратации окиси этилена.

    Образующиеся  побочно ди- и полипропиленгликоль  можно использовать для приготовления  полиэфирных смол, пластификаторов и смазочных масел.

    Целлозольвы являются простыми моноэфирами этиленгликоля общей формулы R—О—СН₂—СН₂—ОН. Они получили свое название благодаря хорошим растворяющим свойствам по отношению к эфирам целлюлозы. Все целлозольвы получают взаимодействием окиси этилена с соответствующими спиртами при Т = 200° С и мольном соотношении спирта к ос-окиси от 7:1 до 8:1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

4. Проблемы  использования хлористого водорода.

 

    Во  всех процессах хлорирования, связанных  с замещением атомов водорода, выделяется большое количество хлористого водорода. Аналогичное положение создается при пиролизе и хлоролизе хлорпроизводных. Очевидно, что использование хлористого водорода позволит значительно улучшать экономические показатели всех этих производств. Один из методов утилизации состоит в получении концентрированной соляной кислоты. Однако кислота получается загрязненной органическими примесями и находит ограниченное применение. Кроме того, объем ее производства вообще превышает имеющийся спрос. Более квалифицированное применение хлористого водорода состоит в его использовании для целей гидрохлорирования, чему препятствует его загрязнение теми органическими веществами, при синтезе которых он был получен. В связи с этим в первую очередь реализуются комбинации процессов получения одного и того же вещества двумя методами: при одном из них (хлорировании) хлористый водород выделяется, а при другом (гидрохлорировании) он используется как исходный реагент. Примером является получение хлористого этила из этана и этилена. Хлористый водород широко применяется также в реакциях окислительного хлорирования (оксихлорирования). В процессах совмещенного хлорирования все более важное практическое значение приобретает реакция окислительного хлорирования, позволяющая полезно утилизировать НСl и создать производства, сбалансированные по хлору, т.е. не имеющие отходов НСl. В ее основе лежит известная реакция:

     2НСl + 0,5О₂           Н₂О +Сl₂ –43,5 ^кДж/_моль       

    Реакция обратима и экзотермична, вследствие чего константа равновесия падает при повышении температуры, катализаторы на основе хлоридов меди позволяют осуществить ее с достаточно высокой скоростью при 350—450° С. В этих же условиях идет, как известно, хлорирование углеводородов, и при совмещении обеих реакций в одном аппарате протекает оксихлорирование при помощи хлористого водорода и кислорода, которое становится уже необратимым:

     RH +HCl+0,5O₂        RCl+H₂O

    На  практике для окислительного хлорирования обычно применяют не кислород, а  воздух в избытке 10—20% по отношению к стехиометрическому количеству.

    При промышленном осуществлении окислительного хлорирования главной трудностью явилась  сильная коррозия аппаратуры под  действием хлора и НСl в присутствии паров воды при высокой температуре. Это заставляет изготовлять теплообменные аппараты из спецсталей, графита, титана, что повышает капитальные вложения. Однако окислительное хлорирование остается весьма перспективным процессом, так как позволяет полностью решить проблему экономичного расходования хлора и использования хлористого водорода. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

5. Номенклатура  полимеров.

 

     Как и во многих других областях химической номенклатуры, для полимеров используют наименования двух типов. В названиях, основанных на строении, указывают повторяющиеся атомы или группы. Более старые названия, основанные на происхождении или способе получения полимера, образуют из префикса «поли» и названия мономера. Иногда последняя система условна, поскольку, например, поли (виниловый спирт) в действительности не получают полимеризацией винилового спирта.

     Номенклатура, т.е. принципы и правила образования  названий полимеров и сами названия, должна выполнять две основные задачи: позволять воспроизвести химическое строение полимера, исходя из его названия, и сделать наиболее распространенные полимеры легко узнаваемыми. Одна номенклатура не может выполнить эти задачи, поэтому в настоящее время существует несколько номенклатур, и такое положение, по-видимому, сохранится в будущем.

     Номенклатура, включающая торговые названия полимеров. Тривиальная номенклатура имеет то несомненное преимущество, что делает полимер узнаваемым для широкого круга специалистов и потребителей. В качестве примера можно привести политетрафторэтилен, который широко известен под названием тефлон. У всех на слуху также такие названия, как фенопласты, аминопласты, поликарбонаты и некоторые другие. Как правило, такие названия не содержат информации о химическом строении полимера, но в данном случае это несущественно, поскольку за этими названиями стоят хорошо известные потребителю и тем более специалисту многотоннажные полимеры. Иногда торговые названия дают достаточно полную информацию о полимере. Например, такие названия, как нейлон 6, нейлон 66 говорят о том, что имеются в виду линейные ациклические полиамиды. В первом случае полимер получен из одного мономера - ε-капролактама, цифра 6 означает, что амидные группы в цепи разделены шестью метиленовыми группами. Во втором случае полимер получен из двух мономеров - гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Первая цифра в названии полимера показывает число атомов углерода в диамине, вторая - в дикарбоновой кислоте.

     Рациональная  номенклатура широко применяется в  настоящее время по отношению  к полимерам, получаемым методом  цепной полимеризации. Перед названием  мономера ставится приставка «поли-», если название мономера включает несколько слов, то оно берется в скобки (например, поли (винилхлорид)). Когда один и тот же полимер может быть получен из различных мономеров, возникает двойственность в его названии; это характерно для полиэфиров и полиамидов. Например, полимер, полученный из 6-аминокапроновой кислоты, называют поли(6-аминокапроновой кислотой), а тот же полимер, синтезированный из ε-капролактама - поли(ε-капролактамом). Данную номенклатуру целесообразно применять к достаточно известным полимерам, название которых часто используют специалисты.

     Более общей является номенклатура, основанная на строении мономерного звена, поскольку  она может применяться к полимерам, полученным из двух мономеров, что является обычным для поликонденсации. В этом случае после приставки «поли-» в скобках приводится название мономерного звена, причем, та часть названия, которая определяет принадлежность данного полимера к определенному классу, приводится последней. В названиях полимеров (поли(этилентерефталат); поли(гексаметиленадипоамид)) последние слова в скобках указывают на принадлежность полимеров к классам полиэфиров, полиамидов и полиуретанов, а первые слова характеризуют второй мономер.

     Систематическая номенклатура однотяжевых полимеров, основанная на описании строения составного повторяющегося звена полимерной цепи (СПЗ). СПЗ представляет собой наименьшую группу атомов с двумя валентностями, повторением которой может быть образована полимерная цепь. В большинстве случаев СПЗ совпадает с мономерным звеном, но в отдельных случаях - не совпадает, что приводит к изменению привычных названий полимеров. Например, полиэтилен в соответствии с этой номенклатурой называется полиметиленом, а СПЗ является группа - СН2-. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы

1. Общая химическая технология: Учеб. для химикотехн. спец. вузов. В 2-х т. Т.1. теоретические основы химической технологии / И.П. Мухленов, А.Я. вербух и др. – 4-е изд.. перераб. и доп.- М.: Высш.шк., 2006. - 256с.
2. Общая химическая технология. Под редакцией проф. Амелина А.Г. – М.:Химия, 2005.- 400 с. 
3. Основы химической технологии: Учеб. для студентов хим.-технол. спец. Вузов / И.П. Мухленов, А.Я. Горштейн, Е.С. Тумаркина. Под ред. И.П. Мухленова. – 4-е изд.. перераб. и. доп. – М.: Высш.шк., 2006. – 463 с.
4. Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб. пособие для вузов. В2-х т. Т.1.:Химическое производство в антропогенной деятельности, основные вопросы химической технологии, производство неорганических веществ. - М.: ВЛАДОС, 2000 – 418 с.
5. Технология производства химических волокон / В.В. Юркевич, А.Б. Пакшвер – М.: Химия, 2007. – 304 с.
6. Черный И.Р. Производство сырья для нефтехимических синтезов. – М.: Химия, 2003. -336 с.