Производство адипиновой кислоты

Министерство образования и науки Украины Национальный Технический Университет Украины «Киевский политехнический институт»

Химико-технологический факультет Домашняя контрольная работа по курсу: «Технология химических производств»

Производство адипиновой кислоты Выполнила:

студентка V курса, ХТФ группа ХО-71

Меткая Елена Киев 2011

1. Производство адипиновой кислоты

2. Экологические аспекты производства адипиновой кислоты

3. Характеристика опасностей и требования безопасности производства Информационные материалы

Адипиновая кислота — один из важнейших продуктов химической промышленности. Она является полупродуктом для промышленного получения синтетического волокна найлон-66.

Адипиновая кислота (1,4-бутан-дикарбоновая кислота):

Мол.масса — 146,14, бесцветные кристаллы;

t _пл. = 153? С ;

t _кип.= 265? С / 100 мм рт. ст.;

1. Производство адипиновой кислоты

Адипиновая кислота — сырье в производстве полигексаметиленадипинмида (~ 90% производимой кислоты), её эфиров, полиуретанов; пищевая добавка (придает кислый вкус, в частности, в производстве безалкогольных напитков).

В настоящее время известно несколько способов получения адипиновой кислоты. Эти способы отличаются друг от друга как по исходному сырью, так и по технологии. Старейшим среди них является способ окисления циклогексанода азотной кислотой до адипиновой кислоты. Ведутся поиски более совершенных и экономичных путей получения адипиновой кислоты и расширения сырьевой базы для её производства. Из всех известных методов получения адипиновой кислоты промышленное осуществление нашли немногие. В результате исследований разработан и реализован в промышленности весьма экономичный метод производства адипиновой кислоты двустадийным окислением циклогексана. Этим методом получают основное количество адипиновой кислоты. На первой стадии циклогексан окисляют молекулярным кислородом с максимальным выходом циклогексанона и циклогексанола, а на второй стадии — полученные продукты доокисляют до адипиновой кислоты. Доокисление циклогексанона, циклогексанола или их смесей можно проводить с использованием различных окислителей, в том числе кислородом воздуха.

Наиболее распространен в настоящее время метод окисления азотной кислотой продуктов воздушного окисления циклогексана. Наиболее широко в промышленности используется двустадийный процесс, в котором на второй стадии окисление проводят азотной кислотой. Такие процессы оказались особенно эффективными при создании комбинированных производств капролактама и адипиновой кислоты.

Учитывая большие масштабы производства адипиновой кислоты, особое внимание уделяется созданию непрерывных схем окисления циклогексанола или его смесей с циклогексаноном азотной кислотой. Для промышленного производства адипиновой кислоты широко используется окисление циклогексанола азотной кислотой. При этом применяют циклогексанол, полученный окислением циклогексана воздухом или гидрированием фенола, а также сырую смесь продуктов окисления циклогексана воздухом, полученную после отгонки непрореагировавшего циклогексана. Известны периодический и непрерывный методы производства адипиновой кислоты. Приводим технологическую схему периодической установки (См. Рис.1).

Рис. 1. Схема установки периодического действия для получения адипиновой кислоты окислением циклогексанола азотной кислотой: 1-напорный мерник азотной кислоты; 2 — напорный мерник циклогексанола; 3 — каплеотбойник; 4 — холодильник; 5 — сепаратор; 6 — реактор окисления циклогексанола азотной кислотой; 7,10- кристаллизаторы, 8,11 — нутч-фильтры; 9 — растворитель; 12 — мерник деминерализованной воды; 13 — сушильный барабан; 14 — циклон.

Для окисления применяется б0-б5%-ная азотная кислота. После её нагревания, а реакторе до 50 °C туда же подают в течение 1,5 часа цикло-гексанол. Так как реакция протекает с выделением значительного количества тепла, в змеевик реактора подают для охлаждения воду, поддерживая температуру 62−67 °С. Во время окисления реакционную смесь интенсивно перемешивают, а по окончании подачи циклогексанола продувают воддухом 40−45 мин. при 80? С для удаления нитрозных газов. Далее реакционную смесь охлаждают в кристаллизаторе до 20? С и полученную суспензию разделяют на нутч-фильтре.

Выделенную адипиновую кислоту растворяют в деминерализованной воде и после перекристаллизации сушат в барабанной сушилке. Высушенная адипиновая кислота содержит около 0,1% влаги.

Широко распространен в мире промышленный метод получения адипиновой кислоты окислением смеси циклогексанона и циклогексанола, а также сырой смеси продуктов воздушного окисления циклогексана. При использовании сырой смеси отпадает необходимость выделения чистых циклогексанона и циклогексанола ректификацией. Кроме того в сырой смеси содержится некоторое количество адипиновой кислоты, а также имеются побочные продукты окисления, которые в процессе доокисления азотной кислотой дают дополнительное количество адипиновой кислоты.

При этих условиях выход адипиновой кислоты достигает 90−93% от теоретического. В промышленных условиях рекомендуется применять аппараты с выносными холодильниками, так как это дает возможность путем изменения количества циркулирующей реакционной смеси более тонко регулировать концентрацию азотной кислоты в месте её смешения с органическим сырьем. В крупных промышленных установках процесс ведут в двух трубчатых реакторах, установленных последовательно. Температуру в первом реакторе поддерживают ~70°С, во втором ~ 100? С. Практически отношение количества циркулирующей смеси к количеству подаваемого на окисление органического сырья достигает 50:1. Реакционную смесь после окончания окисления продувают горячим воздухом, для удаления окислов азота и передают в дистилляционную установку для концентрирования. Концентрирование с целью уменьшения коррозии проводят в вакууме. В процессе концентрирования удаляются некоторые побочные продукты реакции (валерьяновая и масляная кислоты и др.). Стадия извлечения, адипиновой кислоты из упаренного реакционного раствора состоит в кристаллизации (однократной, или двукратной), которую проводят при 40−50°С. После центрифугирования маточный раствор повторно упаривают и снова подвергают кристаллизации. После второй кристаллизации основное количество маточного раствора возвращают в реактор окисления. Во избежание накопления низших дикарбоновых кислот часть маточного раствора выводят из цикла.

2. Экологические аспекты производства адипиновой кислоты

Рассматривают возможность замены бензола на глюкозу в производстве ряда химических продуктов (синтез адипиновой кислоты и др.)

В процессе производства адипиновой кислоты при получении найлона в атмосферу выделяется закись азота, который участвует в разрушении озонового слоя и способствует возникновению парникового эффекта. В различных странах проводятся исследования по совершенствованию технологии с целью снижения или полного исключения образования закиси азота. Был предложен способ переработки маточных растворов, образующихся при получении адипиновой кислоты окислением циклогексанола и/или циклогексанона или их смеси азотной кислотой в присутствии Cu — Vкатализатора. После отделения адипиновой кислота отгоняют азотную кислоту в виде азеотропа с водой при пониженном давлении. Получают расплав дикарбоновых кислот (ДКК), содержащий ионы Си и V. Расплав греют 5−60 мин. при температуре 130−180?С для разложения азотистых соединений и щавелевой кислоты. Продукт растворяют в воде, пропускают через ионит для связывания ионов Си, и V, отгоняют воду, греют 1−3 ч. при температуре 200−240°С и после перегонки получают смеси ДКК.

В практике в образующихся наряду с адипиновой кислотой низкомолекулярных дикарбоновых кислотах (щавелевой, янтарной, глутаровой) с целью поддержания этих примесей на определенном уровне, позволяющем получать чистую адипиновую кислоту, из цикла выводят часть рециркулирующей смеси, а после выделения из нее адипиновой кислоты, остаток подвергают переработке, которая заключается в удалении азотной кислоты.

Степень извлечения адипиновой кислоты из маточного раствора составляет в среднем 47,3%. Отход производства не находит квалифицированного применения и либо сжигается, либо обезвреживается путем биохимического разложения. Эти рекомендации не удовлетворяют промышленное производство как с экономической, так и с экологической точки зрения.

Сущность метода в том, что кристаллизацию ведут в кристаллизаторе — флотаторе путем барботирования в него воздуха с линейной скоростью 3,3−8,0 м/час и одновременным охлаждением суспензии до 20−22?С. В результате исследований выходит, что барботажный способ переработки отводимого маточного раствора обеспечивает повышение степени извлечения адипиновой кислоты до 94% вместо 47,3% без использования фильтровального оборудования. Кроме того, выделяется раствор, обогащенный янтарной кислотой, которая может найти применение для использования в производстве минеральных удобрений с физиологически активными свойствами или для снятия накипеотложений в теплообменной аппаратуре. Степень извлечения янтарной кислоты из отходов составляет 94−99%.

Для уменьшения количества отходов целесообразно повысить селективность окисления, а для упрощения технологии переработки плава НДК в реализуемые продукты, желательно процесс окисления осуществлять по бессолевому методу. Известно, что для того, чтобы в бессолевом методе не повысилась норма расхода по циклогексанолу и не понизилась бы производительность установки по адипиновой кислоте, применяют органические активаторы окисления. Наиболее эффективным активатором является ацетальдегид в количестве 2% от массы циклогексанола, где селективность окисления повысилась на 7,5%, тогда, как с использованием 1% медно-ванадиевого катализатора, только на 3,8%.

При исследовании других органических веществ (этиленгликоль, щавелевая кислота, глутаровая кислота), на способность активизировать процесс окисления, оказалось, что более высокая селективность достигается при использовании смеси глутаровой и янтарной кислот (13% и 3%).

Однако, для изменения состава циркулирующего реакционного раствора в сторону повышения содержания глутаровой кислоты до 13,0% при сохранении постоянным содержания янтарной кислоты на уровне 3,0%, потребуются некоторые изменения в технологии на стадиях выделения НДК.

Например, изменить условия переработки отводимого маточного раствора, чтобы при фильтровании суспензии в осадок практически полностью переходили янтарная и адипиновая кислоты, а фильтрат, представляющий раствор глутаровой кислоты и медно-ванадиевого катализатора в 57−59% - в азотной кислоте возвращать в цикл окисления. При таком оформлении производства твердые отходы исключаются, поскольку выделяемая янтарная кислота может быть реализована.

Плав НДК, который является побочным продуктом производства адипиновой кислоты, является прекрасным реагентом для удаления накипеоб-разования на теплообменных поверхностях. Ежегодно его образуется и не используется до 2000 т.

Получаемый плав на предприятиях в настоящее время либо сжигается, либо обезвреживается биохимическим разложением. Эффективность снятия накипи отходами НДК приблизительно 91,5%. Способ химической чистки теплообменной аппаратуры экологически чистый, дешевый и достаточно эффективный.

3. Характеристика опасностей и требования безопасности производства

В отделении получения адипиновой кислоты имеются следующие опасные факторы:

1. Группа физических опасностей и вредных факторов:

— движущиеся машины и механизмы, незащищенные подвижные элементы производственного оборудования;

— повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;

— повышенный уровень шума и вибрации на рабочем месте;

— повышенная или пониженная влажность рабочей зоны, недостаточная освещенность рабочей зоны.

2. Группа химически опасных и вредных факторов:

— по характеру воздействия организм человека: действующие через дыхательные пути, действующие через пищеварительную систему, действующие через кожный покров.

В связи с этим возможны:

А) отравление вредными химическими веществами от воздействия на организм газов, паров, жидкостей и твердых веществ в виде пыли, которые могут попадать внутрь человека через легкие, желудочно-кишечный тракт и кожу (к ним относятся циклогексанол, адипиновая кислота, азотная кислота, серная кислота и др.)

Б) химические ожоги тела — азотной кислотой, щелочью и др.

В) Термические ожоги — кипящими растворами, сплавами, горячей водой, паром, конденсатом, воспламеняющимися газами, горячими поверхностями аппаратов и коммуникаций.

Г) механические травмы — порезы, ссадины, ушибы, вывихи и переломы костей могут произойти по причине нарушения правил техники безопасности обслуживания движущихся механизмов, станков, подъемных приспособлений и при выполнении других работ.

Д) Ожоги и поражение электротоком — при обслуживании электрооборудования, при соприкосновении с оголенными местами кабелей и электропроводов.

Г) Опасность попадания под железнодорожный и автодорожный транспорт — при передвижении по территории цеха, при выполнении работ, связанных с погрузкой готовой продукции, разгрузкой тары.

Ж) ушибы и отравления — при возможности взрыва газовоздушных смесей.

В отделении получения адипиновой кислоты для создания безопасных условий труда необходимо соблюдать следующие параметры нормального технологического процесса:

1. Температура верха реактора окисления;

2. Температура в сепараторе;

3. Уровень азотной кислоты в сборнике.

Нарушение этих параметров может привести:

1. Повышение температуры верха реактора окисления выше 82С ведет к повышению давления, разгерметизации нитродными газами.

2. Повышение температуры в сепараторе выше 230С ведет к разложению низших дикарбоновых кислот с резкими повышением давления, разгерметизации оборудования, загазованности нитродными газами.

3. Завышение уровня азотной кислоты в сборнике выше 70% может вызвать попадание жидкости на трубокомпрессор, привести к разгерметизации системы, выбросу нитродных газов и азотной кислоты, загазованности производственных помещений.

установка адипиновая кислота экология производства

Информационные материалы

1. Химический энциклопедический словарь.- М., Сов. энциклопедия", 1983.

2. «Chemical Weer» -1997. № 42

3. Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность: Справочник предприятий и организаций отрасли.Вып.-5/АСУ Импульс.-2006/2007.

4. Оперативная информация о выполнении плана производства продукции за

5. Фрейдлин Г. Н. Алифатические дикарбоновые кислоты.- М., Химия, 1978.

6. Производство циклогексанона и адипиновой кислоты окислением цикло-гексана.- М., Химия , 1967.

7. Хімічна промисловість УкраІни.-І995.-№ 5.-С.Зб-38.