Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Наряду с катализаторами для увеличения константы скорости процесса в производстве органических полупродуктов используют инициаторы, фотосинтез и радиационное облучение. Под действием
облучений можно проводить окисление парафиновых углеводородов, хлорирование бензола, полимеризацию этилена, получение привитых полимеров, вулканизацию каучука и т. п. Образующиеся продукты обладают более ценными свойствами, чем полученные обычным путем. Так, после облучения сульфохлорированный полиэтилен обладает повышенной теплостойкостью, а также стойкостью к действию кислот, сильных окислителей и в том числе к озону. Большим преимуществом радиационно-химических реакций является существенное сокращение, а в некоторых случаях даже отсутствие индукционного периода.
Для ускорения гетерогенных процессов, идущих в диффузионной области, применяют усиленное перемешивание фаз для замены молекулярной диффузии конвективной, что снижает диффузионные сопротивления, препятствующие взаимодействию компонентов (см. ч. I, гл. II). Возможность применения тех или иных способов интенсификации определяется их экономической эффективностью, в частности сложностью аппаратурного оформления. Одновременно с внедрением новых технологических схем и процессов непрерывно улучшается и их аппаратурное оформление. Новые, более совершенные аппараты обеспечивают непрерывный процесс по всей технологической цепочке при комплексной переработке сырья. Современные заводы органического синтеза представляют собой соединение различных технологических цехов, не только вырабатывающих определенный (основной) продукт, но и включающих установки, тщательно улавливающие и перерабатывающие большинство побочных продуктов, бывших ранее отходами.
Процессы органического синтеза влияют на технологические схемы нефтеперерабатывающих заводов, вызывая глубокое переплетение топливного и химического производства. В связи с тем, что производства органического синтеза многочисленны и разнообразны, ниже рассмотрены примеры типичных производств, имеющих большое народнохозяйственное значение.
3. синтез метилового спирта
Метиловый спирт (метанол) — важное соединение для получения, главным образом, формальдегида, а также диметилсуль-фата, диметилтерефталата, метилацетата, диметилформамида, антидетонационных смесей (тетраметилсвинец), ингибиторов, антифризов, метиламина, метилового эфира акриловой кислоты, лаков, красителей и других продуктов. В чистом виде применяется в качестве растворителя и может быть использован как высокооктановая добавка к моторному топливу.
Синтез метилового спирта по физико-химическим условиям его проведения и по технологическому оформлению аналогичен процессу синтеза аммиака. Синтез-газ, как и азотоводородную смесь, можно получать конверсией генераторных газов или природного газа. При синтезе метанола, как и при синтезе аммиака, взаимодействие смеси тщательно очищенных газов происходит при высоких дав-
лении и температуре в присутствии катализаторов. И, наконец, из-за малого выхода конечных продуктов и тот и другой процессы являются непрерывно циклическими; причем реакцию никогда не ведут до полного превращения. Поэтому оба синтеза ведут на аналогичных установках, которые монтируют в составе одного завода. Для синтеза берут смесь газов при соотношении СО и H2 от 1 : 4 до 1 : 8. Процесс ведут при 350—400° С и 2 ¦ 107—3 ¦ 107 Н/м2 в присутствии смешанного цинко-хромового катализатора (ZnO -+ Cr2O3). Основная реакция процесса
СО + 2H2 ^± CH3OH + 111 кДж
Одновременно, особенно при уменьшении давления или увеличении
температуры сверх оптимальной, могут протекать и следующие побочные реакции:
СО+ 3H2 ^ CH4+ H2O+ 209 кДж (а)
2CO+ 2H2 ^CH4+ CO2+ 252 кДж (б)
2CO CO2 + С (в)
СО + Н2-^СН20 + 8,4 кДж (г)
2CH3OH^ CH3-O-CH3 +H2O (д)
диметиловый эфир
CH3-OH + пСО+2пНг -> СН3(СН2)лОН + пНаО <е)
высшие спирты
CH3-OH+ H2 ^CH4+H2O (ж)
Количество тех или иных побочных соединений в продукционной смеси зависит не только от температуры и давления, но и от состава исходной газовой смеси, селективности и состояния катализатора. Наиболее существенной примесью, как правило, является метан. По сравнению со всеми побочными процессами (а)—(ж) получение метилового спирта идет с максимальным уменьшением объема, поэтому в соответствии с принципом Ле-Шателье повышение давления сдвигает равновесие в сторону образования метилового спирта. Так как процесс экзотермичен, то при повышении температуры равновесие' сдвигается влево и равновесная степень превращения синтез-газа в метиловый спирт уменьшается. В то же время при недостаточно высоких температурах скорость процесса чрезвычайно мала. Поэтому в промышленности процесс ведут в узком интервале температур с колебаниями в 20—30° С. Константа равновесия основной реакции
v Рснюн
An=-5--
Р РсоРн,
может быть вычислена по уравнению
Ig/^ = 39707^-7,49 Ig 7 + 0.001777 — 0,0,31 Г2+ 9,22. (IX.4)
Равновесные концентрации метанола при 300 и 350° С в области давлений 5-Ю6—40-10е Н/м2 для исходной смеси, содержащей 33,3% СО'и 66,7% H2, приведены в табл. 14. Фактические выходы
