Производство ацетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство ацетона

Содержание

Введение

1. Физико-химические закономерности получения продукта

2. Технологическая схема

3. Экология

Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность темы. Ацетон (или диметилкетон) является простейшим представителем кетонов. Является бесцветной легкоподвижной летучей жидкостью с характерным запахом. Ацетон способен полностью смешиваться с водой и с большинством органических растворителей. При этом под воздействием ацетона хорошо растворяются многие органические вещества (ацетилцеллюлоза, нитроцеллюлоза, воск, резина и др.), а также некоторые соли (хлорид кальция, иодид калия).

В промышленном производстве получают напрямую или косвенно из пропена. Основная часть ацетона изготавливается в качестве сопродукта в процессе получения фенола из бензола кумольным способом. Используется также метод изготовления из ацетилена и изопропилового спирта.

Потребление ацетона. Ацетон широко используется при получении органических производных, например, МИК (метилизобутилкетон), гексиленгликоль, изофорон, диацетоновый спирт. Основная сфера его применения - изготовление бисфенола-А и метилметакрилата. К тому же, ацетон используется в производстве многих растворителей (в основном в фармацевтической химии) и промежуточных веществ. Небольшое количество данного химического вещества используется в производстве чернил и различных покрытий, а также в электронике. Рост данных областей производства в настоящее время оценивают в 3 % ежегодно.

Большую часть российского ацетона (более 90 %) производят кумольным способом. При этом 0,62 тонны ацетона получают из 1 тонны фенола. Так как ацетон является дополнительным продуктом в процессе производства фенола, он повторяет потребности рынка в феноле. Но аналитики считают, что рынок фенола развивается в среднем на 1 % быстрее рынка ацетона. Снижение спроса на фенол усложняет ситуацию и на рынке ацетона, так как уменьшение спроса на ацетон происходит не так быстро. Данный факт значительно влияет и на формирование цен на ацетон и фенол.

Ацетон широко применяется не только в промышленности, но и в быту, и даже в небольших количествах выделяется человеческим организмом. Причиной большой популярности и широкого распространения этого вещества является его доступность и исключительные эксплуатационные качества. ацетон производство обнаружение очистка

В состав ацетона технического входит достаточно большое количество различных включений, кроме основного вещества, что определяет его широкую специализацию, а также способность растворять многие органические вещества: целлюлозу, воск, различные соли. Он используется в качестве растворителя природных и эпоксидных смол и применяется для обезжиривания поверхностей, а также является одной из основных составляющих для многих других растворителей.

Впервые это вещество было синтезировано методом нагрева уксусного альдегида в запаянной трубке. Ацетон, полученный таким способом, содержал в основном уксусную кислоту и другие примеси. На сегодняшний день ацетон технический получают такими основными способами:

· при термическом разложении уксуснокислого кальция;

· синтезом газов при переработке нефти;

· методом сбраживания крахмалосодержащих продуктов.

Для промышленного получения ацетона используются два последних способа.

Производство ацетона. Ежегодный мировой выпуск ацетона составляет около 6,9 миллионов тонн, показывая устойчивый рост. Крупнейшие предприятия-производители ацетона в России - АО "Уфимский завод синтетических спиртов" (г. Уфа, республика Башкортостан) и АО "Казаньоргсинтез" (г. Казань, республика Татарстан).

1. Физико-химические закономерности получения продукта

Ацетон, применение которого можно отметить почти во всех сферах человеческой деятельности, имеет характерные физические свойства. Например, он оказывает наркотическое воздействие на организм человека, хотя считается малоопасным. Особенно это проявляется у людей, которые часто работают с ацетоном, используя его в качестве растворителя.

Стоит отметить, что он имеет свойство накапливаться в организме. Легковоспламеняемость этого вещества - основная опасность при работе с ним.

В связи с тем, что это вещество обладает высокой летучестью, оно имеет свойство быстро испаряться в атмосферу. Воздушные смеси с большой концентрацией ацетона - взрывоопасны. Ацетон, химические свойства которого нашли применение в лакокрасочной промышленности, обладает устойчивостью к действию подавляющего большинства окислителей. Это полезное свойство позволяет использовать его для производства авиационных, кабельных, автомобильных и многих других лаков и эмалей.

Безопасность в работе с ацетоном. При использовании ацетон, ГОСТ 2603-79, требует аккуратности и внимательности, поскольку является активным растворителем. Его можно применить для разбавления нитролаков и нитроэмалей, а также придать загустевшей эмали нужную консистенцию. Лакокрасочное покрытие после высыхания приобретет дополнительный блеск благодаря ацетону. [1]

Это вещество активно применяется для очистки поверхностей и инструмента от полиуретановой монтажной пены или лакокрасочных материалов. Ацетилен, использующийся для сварки металлов, очень хорошо растворяется в нем. При давлении в 15 атмосфер, создаваемом стальным баллоном, в котором хранится ацетилен, один объем ацетона способен растворить примерно 250 объемов ацетилена.

При использовании данного химического соединения следует помнить о правилах безопасности, использовать респиратор и резиновые перчатки, поскольку продолжительное вдыхание этого растворителя может привести к отеку глаз, а также вызвать головокружение и потерю ориентации в пространстве.

Физико-химические показатели ацетона

Способ заключаются в том, что дистилляцию ацетона-сырца последовательно проводят в трех ректификационных колоннах. При этом в первой ректификационной колонне производят выделение низкокипящих примесей с добавлением в колонну реагента щелочного характера с последующим отбором оставшейся смеси компонентов в виде кубового продукта и подачи его в качестве питания во вторую ректификационную колонну для отделения высококипящих примесей и выделения большей части ацетона в виде товарного ацетона, причем содержание ацетона в кубе второй ректификационной колонны поддерживают до уровня не менее чем 0,5 массовых % от питания отбором оставшихся компонентов смеси в виде кубового продукта второй ректификационной колонны и последующей подачи его в качестве питания в третью ректификационную колонну для выделения оставшегося ацетона совместно с оставшимися низкокипящими примесями, в том числе с оставшимися альдегидами, и подачу этой смеси в первую ректификационную колонну, во вторую ректификационную колонну подают дополнительно реагент щелочного характера, позволяющий производить ацетон, имеющий время окисления перманганатом не менее десяти часов, при этом в первую ректификационную колонну реагент щелочного характера добавляют в виде 0,1-30 %-ого водного раствора в количестве 0,05-0,8 массовых % от питания колонны, и дополнительно в нее подают реагент окислительного характера в виде 0,1-30 %-го водного раствора в количестве 0,02-0,5 массовых % от питания при весовом отношении реагента щелочного характера к реагенту окислительного характера от 1:0,1 до 1:100, предпочтительно от 1:0,5 до 1:10; кроме того, во вторую ректификационную колонну подают реагент щелочного характера в количестве 0,03-0,5 массовых % от питания, при этом весовое отношение реагента щелочного характера, поданного в первую колонну, к реагенту щелочного характера, поданного во вторую колонну, составляет 1:0,2, причем вторую и третью колонны эксплуатируют при атмосферном давлении. Предлагаемый способ позволяет производить высококачественный ацетон с минимальными эксплуатационными затратами, достигая максимально возможной производительности. 1 ил. [2]

Известен способ очистки ацетона-сырца, заключающийся в том, что последний подвергают очистке последовательно в двух ректификационных колоннах, при этом очищенный в первой ректификационной колонне ацетон в виде кубового остатка подают во вторую колонну, с верха которой отводят очищенный ацетон в качестве товарного продукта (см. патент US 3215745, кл. С 07С 37/08, 02.11.1965).

Однако известно, что использование только простых методов дистилляции для того, чтобы очистить ацетон не эффективно, так как примеси, в частности алифатические альдегиды, олефины и целый ряд других примесей, остаются в очищенном продукте, снижая его чистоту и качество.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки ацетона, заключающийся в том, что дистилляцию ацетона-сырца последовательно проводят в трех ректификационных колоннах (см. патент СА 1016100, кл. С 07С 49/08, 23.08.1977). [3]

По патенту СА 1016100 процесс очистки ацетона, содержащего альдегиды, осуществляют путем последовательной дистилляции в трех колоннах. В первой ректификационной колонне из ацетона-сырца отбирают головную фракцию, содержащую ацетальдегид. Дополнительно в колонну подается щелочь, чтобы перевести оставшуюся часть ацетальдегида в альдоли. Альдоли и оставшийся ацетальдегид, вместе с кубом колонны, подают в качестве питания во вторую ректификационную колонну. Во второй ректификационной колонне в виде дистиллята отгоняется большая часть ацетона. Кубовый продукт, содержащий тяжелокипящие примеси и оставшуюся часть ацетона, подается в третью ректификационную колонну, причем кубовый продукт содержит, по крайней мере, 0,5 мас. % ацетона. В третьей ректификационной колонне выделяется в виде дистиллята весь оставшийся ацетон, а также весь оставшийся ацетальдегид, выделившийся при разложении альдолей. Дистиллят этой третьей колонны предпочтительно рецикловать в первую колонну, где ацетальдегид выделяется в головной фракции, или на стадию расщепления гидроперекиси кумола. Первая колонна работает при атмосферном давлении и температуре верха колонны около 50°С. Для того, чтобы провести реакцию альдольной конденсации с оставшимися альдегидами, в колонну подается реагент основного характера, например, каустик (водный раствор NaOH). Большая часть каустика подается на тарелку ниже тарелки питания, в то время как оставшаяся часть подается над тарелкой питания. Вторая колонна работает при пониженном давлении, например, с температурой верха около 40°С. Кубовый продукт этой колонны должен содержать, по крайней мере, 0,5 мас. % ацетона, предпочтительно 1 мас. %. Обычные рабочие условия третьей колонны - работа при повышенном давлении (давление верха колонны 950 мм рт.ст. и температура 85°С).

Использование этого метода позволяет получить ацетон с устойчивостью к окислению "РТ-тестом", равным около 24 часов, согласно определению теста на устойчивость к окислению ацетона по BS 509: part 1:1971.

При этом, согласно британскому стандарту BS 509: part 1:1971, по которому при его определении к 100 мл образца приливают 1,0 мл 0,1 % раствора KMnO4 и определяют время изменения окраски по сравнению с эталоном. Однако теперь РТ определяют по новым американским стандартам - ASTM метод D-1369-94, согласно которому к 50 мл образца приливают 2,0 мл 0,02 % раствора KMnO4. Таким образом, условия определения РТ по BS 509: part 1:1971 значительно отличаются от условий определения РТ по американскому стандарту ASTM метод D-1369-94, по которому и проводили определение РТ в настоящем патенте. При прочих равных условиях при определении РТ по британскому стандарту используют в 2,5 раза большее количество KMnO4 (при пересчете количества KMnO4 в граммах на 100 мл образца) по сравнению с количеством KMnO4, которое используется при определении РТ по американскому стандарту. Таким образом, использование американского стандарта при определении РТ вместо британского стандарта снижает определяемое РТ более чем в 2,5 раза, т.е. указанное в СА 1016100 РТ время снижается с 24 часов до менее 10 часов. Ниже в прототипах 12 и 13 измеряемое по американскому стандарту РТ не превышает 6,5 часов.

Кроме того, реализация способа по патенту СА 1016100 предполагает эксплуатацию второй ректификационной колонны при пониженном давлении, а третьей - при повышенном давлении. При заданном режиме в значительной мере возрастают эксплуатационные расходы как за счет создания вакуума, так и за счет использования холодильных установок при конденсации паров второй колонны. При этом работа второй колонны при пониженном давлении приводит к существенному снижению ее производительности по сравнению с ее работой при атмосферном давлении. При прочих равных условиях (флегмовое число, температура питания и флегмы) перевод второй колонны с работы при 500 мм рт.ст., как указано в СА 1016100, на работу при атмосферном давлении (760 мм рт.ст.) повышает производительность колонны на 50 %. Дополнительный недостаток предложенной схемы заключается в том, что работа третьей колонны при повышенном давлении приводит к образованию большего числа примесей (как за счет большего разложения альдолей, так и за счет дополнительных примесей, вновь образующихся при более высоких температурах по сравнению с работой колонны при атмосферном давлении), которые, циркулируя в системе выделения и очистки ацетона, в конечном итоге в большей степени аккумулируются в ней и приводят к снижению качества товарного ацетона.

Обнаружение ацетона. В химико-токсикологическом анализе для обнаружения ацетона применяют реакции с растворами иода, нитропруссида натрия, фурфурола, о - нитробензальдегида и метод микродиффузии.

Реакция образования йодоформа. При взаимодействии ацетона с раствором иода в щелочной среде образуется йодоформ:

Выполнение реакции. К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10 %-го раствора аммиака и несколько капельраствора иода в иодиде калия. В присутствии ацетона образуется желтый осадок йодоформа с характерным запахом, а его кристаллы имеют характерную форму.

Предел обнаружения: 0,1 мг ацетона в пробе.

Эту реакцию дает и этиловый спирт.

Реакция с нитропруссидом натрия. Ацетон с нитропруссидом натрия в щелочной среде дает интенсивно-красную окраску. При подкислении уксусной кислотой окраска переходит в красно-фиолетовую:

С нитропруссидом натрия окрашенные соединения образуют вещества, содержащие енолизируемые СО-группы:

Кетоны, в молекулах которых отсутствуют метильные или метиленовые группы, связанные с СО-группами, не дают этой реакции.

Выполнение реакции. К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10 %-го раствора гидроксида натрия и 5 капель 1 %-го свежеприготовленного раствора нитропруссида натрия. При наличии ацетона в пробе появляется красная или оранжево-красная окраска. При добавлении 10 %-го раствора уксусной кислоты до кислой реакции через несколько минут окраска переходит в красно-фиолетовую или вишнево-красную. [4]

Таким образом, главным недостатком этого изобретения является не только недостаточно высокое качество производимого ацетона по сравнению со значительными эксплуатационными и капитальными расходами, но и заметное снижение производительности установки.

2. Технологическая схема

Технический результат заключается в том, что представляется возможным производить высококачественный ацетон с минимальными эксплуатационными затратами, достигая максимально возможной производительности при минимально возможных затратах.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема для реализации способа очистки ацетона.

Рис. 1. Технологическая схема очистки ацетона

Питание ацетона-сырца 2 подается в первую ректификационную колонну 1 (колонна выделения головной фракции). В ней выделяется большинство низкокипящих примесей ацетона в виде головной фракции 4. В колонну 1 подается реагент щелочного характера 3 для превращения оставшихся альдегидов и, ненасыщенных карбонилсодержащих соединений в высококипящие компоненты. После выделения головной фракции кубовый продукт 5 подается во вторую ректификационную колонну 6 (колонна выделения товарного ацетона) (см. чертеж), которая работает при атмосферном давлении, обеспечивая максимально возможную производительность.

Во второй ректификационной колонне 6 большая часть ацетона очищается от оставшихся альдолей, воды и других высококипящих примесей и отбирается в виде дистиллята 8, в то время как оставшийся ацетон, вода, кумол, альфа- метилстирол и другие высококипящие компоненты в виде кубового продукта 9 подаются в третью ректификационную колонну 10 (стриппер колонна ацетона). Для очистки при производстве высококачественного ацетона, ликвидации потерь ацетона и удаления остаточных альдегидов дополнительно во вторую ректификационную колонну 6 выше тарелки питания подают реагент щелочного характера 7, при этом между количествами щелочного агента, поданными в первую и во вторую колонны, должно поддерживаться заданное соотношение. В третьей ректификационной колонне 10 весь оставшийся ацетон вместе с альдегидами, образовавшимися в результате распада альдолей, и другими низкокипящими примесями отбирается в виде головной фракции 11 и подается в первую колонну 1 или любой другой предшествующий первой колонне поток для последующей переработки. Куб третьей ректификационной колонны 10 направляют на последующую переработку 12.

Кроме того, в первую ректификационную колонну 1 для удаления остаточных альдегидов и ненасыщенных карбонилов и других ненасыщенных соединений дополнительно предусмотрена подача реагента окислительного характера 13, в частности пероксида водорода или перманганата калия. При этом для максимального эффекта между реагентом щелочного характера и реагентом окислительного характера должно поддерживаться заданное, указанное выше соотношение. [5]

Таким образом, только при соблюдении указанных в формуле изобретения весовых соотношений между реагентами щелочного характера, а также между реагентами щелочного и окислительного характера, предлагаемый способ представляет собой простой, экономичный, универсальный метод производства высококачественного товарного ацетона, не зависящего от качества ацетона-сырца, поступающего на переработку. Предлагаемый способ также позволяет эксплуатировать оборудование при атмосферном давлении, что позволяет не только максимально повысить производительность используемого оборудования, но также значительно снизить эксплуатационные расходы. Кроме того, он позволяет также полностью ликвидировать потери ацетона в процессе его очистки и выделения, что позволяет его использовать в химической и других отраслях промышленности при очистке ацетона.

Таблица 1. Основные технологические показатели

Ввиду высокой скорости процесса при его промышленной реализации необходимо, чтобы ее значение не достигало предела, при котором невозможно снять тепловыделения, чтобы сделать процессы съема тепла контролируемыми, реакцию ведут в разбавителях, в качестве которых выступают продукты реакции и ацетон.

Один из методов проведения реакции состарив применении проточно-циркуляционной установки (pис. 2а), когда выделяющееся тепло снимают в трубчатом реакторе за счет охлаждения его водой. Реакционную смесь по выходе из реактора частично отводят на дальнейшую переработку, но основное количество направляют на рециркуляцию: добавляют кислоту-катализатор и в насосе смешивают с исходным гидроперокси-дом.

При такой системе время контакта лимитируется теплоотводом и является завышенным. Кроме того, рециркуляция смеси ведет к повышенному выходу побочных веществ. Так, на 1 т фенола получается 100-150 кг отходов, в том числе 15-20 кг a-метилстирола, 40-50 кг димера и смол, 5-10 кг ацетофенона, 30 кгкумилфенола и т. д. Хотя окиси мезитила образуется немного, но она существенно затрудняет очистку фенола.

Рис. 2. Реакционные узлы для кислотного разложения гидропероксидов: а - проточно-циркуляционная установка; б - установка с отводом тепла за счет испарения ацетона

Другой способ кислотного разложения гидропероксидов (рис. 2б) состоит в проведении реакции в растворе ацетона и отводе тепла за счет его испарения. Ацетон конденсируют в обратном холодильнике и возвращают в реактор, который можно секционировать поперечными перегородками. Это наряду с уменьшением концентрации фенола в растворе и времени контакта снижает выход побочных веществ. [6]

Технологическая схема получения фенола и ацетона кумольным способом.

Производство фенола и ацетона кумольным методом включает стадии получения изопропилбензола, синтез гидропероксида изопропилбензола и его кислотного разложения в фенол и ацетон.

Рис. 3. Технологическая схема кумольного метода получения фенола и ацетона: 1 - реакционная колонна; 2 - холодильник; 3 - промыватель-сепаратор; 4 - теплообменник; 5 - сборник; 6, 8-11 - ректификационные колонны; 7 - узел кислотного разложения гидропероксида; 12 - сепаратор; 13 - дефлегматоры; 14 - кипятильники; 15 - дроссельный вентиль; 16 - насос

Технологическая схема двух последних стадий изображена на рис. 3. Окисление проводится в тарельчатой реакционной колонне (19) снабженной холодильниками: при их помощи поддерживают температуру жидкости от 120°С на верхней тарелке до 105°С в кубе. Воздух, предварительно очищенный от загрязнений и механических примесей и подогретый, подают в нижнюю часть колонны под давлением »0,4 МПа. Свежий и оборотный изопропилбензол (ИПБ), к которому добавлен гидропероксид (ГП), инициирующий начальную стадию окисления, из сборника (5) подают в теплообменник (4), а оттуда на верхнюю тарелку реактора. Воздух движется противотоком к жидкости, барботируя через нее на тарелках колонны. При этом он увлекает с собой пары изопропилбензола и летучих побочных продуктов (муравьиная кислота, формальдегид), которые конденсируются в холодильнике (2). Оставшийся воздух выводят в атмосферу, а конденсат отмывают от муравьиной кислоты водным раствором щелочи в промывателе-сепараторе (3). Углеводородный слой сливают в сборник (5), а водный слой рециркулируют на промывку, сбрасывая в конечном счете в канализацию.

Оксидат из нижней части колонны (7) содержит до 30 % гидропероксида. Он отдает свое тепло изопропилбензолу в теплообменнике (4), дросселируется до остаточного давления »4 кПа и поступает на вакуум-ректификацию для концентрирования гидропероксида. Отгонку изопропилбензола ведут в насадочной ректификационной колонне (6) непрерывного действия, снабженной конденсатором-дефлегматором. Применение вакуума обусловлено термической нестабильностью гидропероксида. Часть конденсированного изопропилбензола возвращают из конденсатора-дефлегматора на орошение колонны (6), а остальное количество выводят в сепаратор (3), промывают щелочью, и снова направляют на окисление. Кубовая жидкость из колонны (6) содержит 70-75 % гидропероксида, а также побочные продукты окисления и остатки изопропилбензола. Путем дополнительной вакуум-ректификации (на схеме не изображена) при остаточном давлении »665 Па повышают концентрацию гидропероксида до 88-92 %. Следующую стадию (кислотное разложение гидропероксида) осуществляют в узле (7) одним из двух описанных выше методов.

Заключительная стадия состоит в ректификации, которую ведут в разной последовательности. Чаще всего вначале при обычном давлении в колонне (8) отгоняют ацетон, затем при пониженном давлении отделяют в колонне (9) смесь высококипящих веществ (фенольная смола), остающуюся в кубе, от более летучих продуктов, включая фенол. От этой фракции в колонне (10) отгоняют a-метилстирол и остатки изопропилбензола (углеводородная фракция) и в колонне (11) - фенол, оставляй в кубе дополнительное количество фенольной смолы. [7]

На некоторых установках углеводородную фракцию гидрируют и возвращают на окисление. Это предотвращает ингибирующее действие a-метилстирола и позволяет вообще не концентрировать гидропероксид перед разложением или проводить только его "укрепление". Предложен ряд методов утилизации фенольной смолы, в том числе пиролиз с получением дополнительного количества фенола.

Способ очистки ацетона заключается в том, что дистилляцию ацетона-сырца последовательно проводят в трех ректификационных колоннах, при этом в первой ректификационной колонне производят выделение низкокипящих примесей с добавлением в колонну реагента щелочного характера с последующим отбором оставшейся смеси компонентов в виде кубового продукта и подачи его в качестве питания во вторую ректификационную колонну для отделения высококипящих примесей и выделения большей части ацетона в виде товарного ацетона, причем содержание ацетона в кубе второй ректификационной колонны поддерживают до уровня не менее чем 0.5 массовых % от питания отбором оставшихся компонентов смеси в виде кубового продукта второй ректификационной колонны и последующей подачи его в качестве питания в третью ректификационную колонну для выделения оставшегося ацетона совместно с оставшимися низкокипящими примесями, в том числе с оставшимися альдегидами, и подачу этой смеси в первую ректификационную колонну, во вторую ректификационную колонну подают дополнительно реагент щелочного характера, позволяющий производить ацетон, имеющий время окисления перманганатом не менее десяти часов, при этом в первую ректификационную колонну реагент щелочного характера добавляют в виде 0,1-30 %-ого водного раствора в количестве 0,05-0,8 массовых % от питания колонны, и дополнительно в нее подают реагент окислительного характера в виде 0,1-30 %-го водного раствора в количестве 0,02-0,5 массовых % от питания при весовом отношении реагента щелочного характера к реагенту окислительного характера от 1:0,1 до 1:100, предпочтительно от 1:0,5 до 1:10; кроме того, во вторую ректификационную колонну подают реагент щелочного характера в количестве 0,03-0,5 массовых % от питания, при этом весовое отношение реагента щелочного характера, поданного в первую колонну, к реагенту щелочного характера, поданного во вторую колонну, составляет 1:0,2, причем вторую и третью колонны эксплуатируют при атмосферном давлении.

Головную фракцию третьей ректификационной колонны, предпочтительно, рециклируют в питание или в любое другое место первой ректификационной колонны, предпочтительно в верхнюю часть колонны, или любой другой предшествующий поток для последующей переработки.

Реагент щелочного характера, предпочтительно, добавляют в питание и/или в куб, и/или в любую точку первой ректификационной колонны

Реагент щелочного характера, предпочтительно, подают во вторую колонну выше тарелки питания.

В качестве реагента щелочного характера используют неорганическое (например, гидроксиды или карбонаты щелочных металлов) или органическое (например, амины или полиамины) основание. В качестве неорганического реагента щелочного характера используют гидроксид натрия. [8]

В качестве реагента окислительного характера используют органические или неорганические окислители, в частности органические или неорганические перекиси, а также перекись водорода или перманганат калия.

Неорганический реагент щелочного характера используют в виде 0,1-30 %-ого водного раствора.

Органический реагент основного характера используют без растворителя.

В описываемом способе ацетон-сырец, получаемый совместно с фенолом из кумола и содержащий ацетон, воду, альдегиды, ненасыщенные карбонилы, кумол и альфаметилстирол, подают в установку для выделения и очистки ацетона, состоящую из трех ректификационных колонн. В первой ректификационной колонне большинство низкокипящих примесей ацетона, включая различные альдегиды, удаляются с головной фракцией. Дополнительно в колонну подается реагент щелочного характера для перевода оставшейся части альдегидов и, ненасыщенных карбонилов в высококипящие компоненты. Все оставшиеся компоненты, включая ацетон, удаляют из куба колонны и подают во вторую ректификационную колонну. Во второй колонне большая часть ацетона очищается от остаточных альдегидов, воды и других высококипящих примесей и отбирается в виде дистиллята, тогда как оставшаяся часть ацетона, воды, кумола, альфаметилстирола и других высококипящих компонентов выводится из куба колонны и подается в третью ректификационную колонну. При этом вторую и третью ректификационную колонны эксплуатируют при атмосферном давлении. [9]

Реагент щелочного характера вначале подается в первую колонну в питание и/или в куб для превращения альдегидов в альдоли. Для удаления оставшихся альдегидов во вторую колонну на тарелку выше тарелки питания дополнительно подается реагент щелочного характера. В третьей колонне весь оставшийся ацетон с альдегидами и другими низкокипящими примесями, образовавшимися в результате разложения альдолей, отбирается в виде головной фракции и подается в первую колонну или в любое другое подходящее место до первой колонны для последующей обработки.

Дополнительно в первую колонну может быть подан реагент окислительного характера для удаления не отогнанных в виде головной фракции альдегидов и ненасыщенных карбонильных примесей, например, окиси мезитила, 3-пентен-2-она и др.

Для данного изобретения важно, что для очистки ацетон-сырца используются три ректификационные колонны, при этом в процессе дистилляции одновременно проводится химическая обработка его реагентом щелочного и реагентом окислительного характера, причем место подачи и соотношения между ними зависит от качества ацетона-сырца и требуемого качества производимого ацетона. Реагент щелочного характера, используемый при химической обработке, нужно добавлять в первые две колонны; в первую колонну - предпочтительно в питание и/или в куб, а во вторую - выше тарелки подачи питания, где достигается наилучший эффект. В случае, когда ацетон-сырец содержит повышенное количество ненасыщенных примесей, например ненасыщенные карбонилсодержащие соединения, для более эффективной очистки от них дополнительно используется реагент окислительного характера. В этом случае реагент окислительного характера добавляется в первую колонну, предпочтительно, в куб и/или в нижнюю часть колонны. Кроме того, использование схемы из трех колонн для выделения и очистки ацетона-сырца позволяет полностью решить проблему потерь ацетона в установке.

Наиболее эффективное удаление альдегидов и ненасыщенных примесей достигается только тогда, когда используется заданное соотношение между количествами реагента щелочного характера, подаваемого в первую и во вторую колонны, причем максимальный эффект достигается только при оптимальном соотношении количества щелочного агента, подаваемого в первую колонну, к количеству щелочного агента, подаваемого во вторую колонну, которое полностью зависит от качественного и количественного состава примесей и составляет от 1:0,0375 до 1:10. Такое соотношение позволяет эксплуатировать вторую колонну при атмосферном давлении, тем самым заметно повышая производительность не только второй колонны, но и всей технологической схемы выделения и очистки ацетона в целом, так как узким местом в ней является именно вторая колонна.

В качестве реагента щелочного характера используют карбонаты и гидроксиды щелочных металлов, а также амины и полиамины, предпочтительно гидроксид натрия.

В качестве реагента окислительного характера используют пероксид водорода, пероксид натрия, перманганат калия и пр., предпочитая перекись водорода. [10]

Реагент щелочного характера и реагент окислительного характера при оптимальном соотношении между собой подаются в виде водного раствора с концентрацией 0,1-30 мас. %. Кроме химической обработки, проводящейся при очистке ацетона-сырца и позволяющей добиться максимального результата при оптимальном соотношении реагентов, использование трехколонной схемы позволяет значительно понизить температуру куба второй колонны, в которой проводят выделение товарного ацетона за счет неполного выделения в ней ацетона. Понижение температуры в кубе второй колонны существенно снижает разложение альдолей на исходные альдегиды, которые тут же поднимаются наверх второй колонны и загрязняют товарный ацетон. Однако даже это небольшое количество альдегидов, которые образуются за счет разложения альдолей, немедленно удаляется добавлением реагента основного характера на тарелку, находящуюся выше тарелки питания второй колонны. Оставшаяся часть ацетона, не выделенная во второй колонне, полностью выделяется в третьей колонне. Так, если ранее в первой колонне дополнительно использовался реагент окислительного характера, то головная фракция третьей колонны содержит гораздо меньше примесей по сравнению со случаем, когда первая колонна работает без добавления реагента окислительного характера, то есть гораздо меньше низкокипящих примесей будет рециркулироваться в технологической линии по очистке ацетона-сырца.

Большая часть ацетона, продаваемого на рынке, имеет минимальное время РТ-теста, равное 2 часам. Описанный способ позволяет получать ацетон, который имеет минимальное время РТ-теста больше 10 часов, значит содержание альдегида в ацетоне ниже 10 ррm и качество ацетона считается отличным. [11]

Кроме РТ-теста существуют и другие важные показатели качества товарного ацетона такие, например, как содержание в нем воды и диацетонового спирта, которые должны быть на уровне <0,3 мас. % и <30 ppm, соответственно. Важно отметить, что эти важные дополнительные показатели качества сохраняются, если при производстве ацетона будет использоваться предложенная технология удаления альдегидов.

3. Экология

Отходы защелачивания ацетона-сырца при производстве ацетона

В силу рассматриваемых тенденций охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов приобретают все возрастающее значение. Негативное действие загрязнения атмосферы ЛОС выражается в их токсичности для человека, животных и растительности, а также участие опосредованным образом в разрушении озонового слоя. Именно поэтому одной из актуальных проблем охраны окружающей среды является проблема очистки выбросов от ЛОС. Организация системы обезвреживания выбросов ЛОС представляет собой сложную научно- техническую задачу. Как правило для обезвреживания газов, содержащих в своем составе углеводороды, применяется высокотемпературный дожиг, каталитическое окисление в стационарных или нестационарных условиях. Данные методы очистки от углеводородов имеют ряд недостатков, как, например, образование окислов азота в случае использования высокотемпературного дожига. Перспективным методом обезвреживания угеводородсодержащих газов является электрокаталитический метод, который был исследован в нашей работе.

Концентрацию ацетона в газо-воздушной смеси определяли нефелометрическим методом с помощью фотоэлетроколориметра КФК-2МП при длине волны 320 нм. По разности концентраций ацетона на входе и выходе из электрокаталитической ячейки определялась степень превращения ацетона в реакторе. Исследования проводили при наложении электрического поля и без него. В опытах было использовано переменное электрическое напряжение.В качестве катализаторов использовали активированный уголь (АУ) марки КУ-2 в виде гранул размером 0,5-1,5 мм., а также катализатор, приготовленный смешением технического углерода (ТУ) марки ПМ-750 ТУ с основным карбонатом меди. Катализатор, полученный смешением ТУ в различных пропорциях с основным карбонатом меди, формовали добавляя в полученную смесь пластификатора (10 % раствора поливинилового спирта) при оптимальной формовочной влажности в виде гранул 0,5-1 мм и прокаливали в токе СО 2 при 350оС. В качестве модельной газовой смеси нами исследовалась смесь, состоящая из воздуха и ацетона с концентрацией последнего 1-2 г. [12]

Предварительным анализом было сделано предположение, что при проведении процесса электрокаталитической очистки в реакторе возможно протекание двух процессов: адсорбции на активированном угле и электрокаталитического окисления. В результате эксперимента были получены кинетические кривые насыщения АУ парами ацетона от времени при наложении и без наложения электрического поля на слой АУ (рис. 1). По данным исследований можно сделать вывод, что с увеличением величины подведенной удельной мощности электрического поля возрастает адсорбционная способность угля. Время насыщения ацетоном АУ в отсутствии наложении электрического поля составило 2-2,5 часа, а для опытов с наложением электрического поля- 4-5 часов.

Заключение

Исследованием степеней превращения ацетона на полученных образцах контактных масс установлено см-3 температура прокалки не влияет на степень превращения ацетона на катализаторе. Это объясняется тем, что при высокой удельной мощности подведенного электрического тока вклад электрической составляющей является преобладающим. Для этих режимов характерно преобладание плазменно-каталитических процессов, так как при этих условиях наблюдались явления, характерные для образования плазмысм-3 степень превращения ацетона на катализаторе с увеличением температуры прокалки катализатора снижается. Следовательно, можно сделать вывод, что в реакции электрокаталитического окисления ацетона фазы CuO и Cu₂O усиливают влияние составляющей мощности электрического тока. Фаза металлической меди не оказывает влияние на реакцию электрокаталитического окисления ацетона. Для мощностей подведенного электрического тока более 2 Вт, что для удельных мощностей подведенного электрического тока менее 2 Вт.

В результате проведенной работы были получены реологические характеристики образцов катализаторов показывающие, что снижение процентного содержания пластификатора (ПВС) ухудшают упруго-вязко-пластические свойства катализаторов. Термогравиметрические исследования образцов позволили получить данные о температурах разложения нитрата меди и малахита и выгорания ТУ, что дает возможность подобрать условия прокалки медьсодержащих катализаторов, синтезируемых на основе ТУ.

Температура прокаливания не влияет на удельную поверхность образцов, так как для образцов, прокаленных при 350 и 700 ^оС значения удельной поверхности не изменяется и составляет 28 м². Измерениями значения удельной поверхности образцов катализаторов и исходного технического углерода показано, что значения удельных поверхностей образцов лежат в интервале 28-47 м².

Список литературы

1. Ацетон технический, ГОСТ 2768-84.

2. Попова Н.М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств. М.: Химия. 1991. 176 с.

3. Вольфсон В.Я. Разработка катализаторов и исследование закономерностей процессов низкотемпературной каталитической очистки газов: Дис…д-ра хим. наук. Киев: ИФХ АН УССР. 1983. 499 с.

4. Зябицкий А. Теоретические основы формования волокон. М.: Химия, 1979, 504 с.

5. Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь/ Под Ред. Б.П. Жукова. Изд 2-е исправл. - М. Янус К. 2000, с. 350.

6. http://www.xumuk.ru/toxicchem/ (В.Ф. Крамаренко-Токсикологическая химия).

7. Теддер Дж., Нехватал А., Джубб А., Промышленная органическая химия, пер. с англ., М., 1977.

8. http://lib.web-malina.com/getbook.php? bid=4141.

9. Швайкова М.Д., Токсикологическая химия - 3-е изд., испр. - Москва "Медицина", 1975. - 376 с.

10. Токсикологическая химия: учебник для вузов/ под ред. Плетеневой. - 2-е изд., испр. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. - 512 с.

11. http://www.eurolab.ua/ru/encyclopedia/urgent.medica.aid/342/2466.

12. http://www.test-poloska.ru/catalog/teststripes/ketophan.html.

13. Кружалов Б.Д., Голованенко Б.И., Совместное получение фенола и ацетона, М, 1963.

14. Багал Л.И. Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ М., Машиностроение, 1975, c. 411.

15. Хмельницкий Л.И. Справочник по бризантным взрывчатым веществам Ч 2 - М 1962, С. 467, 468, 632.

Размещено на Allbest.ru