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
Свойства формальдегида
|
Систематическое наименование
|
метаналь, формальдегид
|
Химическая формула
|
HCHO
|
Молярная масса
|
30,03 г/моль
|
Физические свойства
|
Состояние (станд. усл.)
|
бесцветный газ
|
Плотность
|
1.096 г/см³
|
Термические свойства
|
Температура плавления
|
-117 °C
|
Температура кипения
|
-19.3 °С
|
Температура вспышки
|
-53 °C
|
Химические свойства
|
Растворимость в воде
|
100 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
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.)