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
Свойства формальдегидаСистематическое наименованиеметаналь, формальдегидХимическая формулаHCHOМолярная масса30,03 г/мольФизические свойстваСостояние (станд. усл.)бесцветный газПлотность1.096 г/см³Термические свойстваТемпература плавления-117 °CТемпература кипения-19.3 °СТемпература вспышки-53 °CХимические свойстваРастворимость в воде100 г/100 мл
. 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
4. Технологическая 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.)