Малеиновый ангидрид

Введение

    В настоящее время малеиновый ангидрид является многофункциональным базовым химикатом, который применяется практически во всех отраслях промышленной химии. Следовательно, объем мирового производства очень высокий около 500 тыс. т/год. Способы получения малеинового ангидрида так же разнообразны. Самым распространенным является окисление бензола. Но на сегодняшний день, когда цены на сырье значительно выросли, а так же из экологических соображений, сравнительно низкого выхода продукта и высокого теплового эффекта реакции порядка 5425 кДж/моль, предпочтительней использовать в качестве исходного сырья бутан-бутиленовую смесь (непредельные углеводороды С₄). Данный способ значительно снижает расходы на производство, уменьшает тепловой эффект реакции до 2600 кДж/моль и увеличивает выход продукта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литературный  обзор

Расчет насадочных абсорберов

Целью расчета является определение диаметра и высоты колонны, гидравлического сопротивления насадки. Гидродинамический расчет выполняется на основе результатов технологического расчета.

Диаметр колонны определяется методом приближения: предварительный расчет - исходя из вида процесса и геометрического фактора насадки; окончательный - с учетом типа и материала насадки.

Предварительный расчетный диаметр колонны D определяется допустимой скоростью сплошной фазы wд (газа, пара или жидкости), рассчитанной на полное сечение колонны:

D = (V₀ /0,785 wд)^0,5, (3.58)

где V₀ — расход сплошной фазы (газа), м³ /с.

Допустимая скорость газа wд в свою очередь, является функцией скорости захлебывания wз:

              wд = 0,8 wз                                                                                                                         (3.59)

 

Скорость газа (пара) в сечении колонны, соответствующая  захлебыва-

нию колонны, с  учетом вида процесса и геометрического  фактора насадки

определяется  по уравнению

 

                     

                                                                                                                         (3.60)

Для процессов абсорбции и десорбции b = 0,022; с = 1,62; для процесса ректификации b = - 0,125; с = 1,75. Значения коэффициентов b и с для некоторых видов насадок приведены в таблице П.1 приложения

Таблица П.1.

Значение коэффициентов b, с для расчета скорости газа

при захлебывании 

Тип насадки	Коэффициент
	b	с
Трубчатая	0,47+1,5 lg(dэ/0,025)	1,75
Плоскопараллельная, хордовая	0	1,75
Пакетная	0,062	1
Кольца Рашига в навал	0,073	1
Кольца Палля	-0,49	1,04
Седла размером 25 мм	-0,33	1,04
То же 50 мм	-0,58	1,04

 

Скорость захлебывания для насадки из седел Инталлокс можно рассчитать также по уравнению:

В этом уравнении поправка на вязкость учитывается при µ_х>1 мПа·с

Значение коэффициентов К₁ и К₂ приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3.

 

Вид насадки	Размер, м	К1	К2	К3	К4-108	К5	К6
Кольца из керамики, фарфора, полуфар- фора	0,015 0,025 0,035 0,050	0,050 0,062 0,074 0,083	0,110 0,095 0,083 0,077	45,5 16,7 15.5	1460 1400 1300 955	0,3 0,3 0,3 0,3	0,115 0,1 0,09 0,08
Кольца с прорезями: из металла, из пластмассы	0,025 0,035 0,050 0,050	0,100 0,107 0,113 0,113	0,071 0,064 0,058 0,062	12.9 9.9 7.1 7.1	1260 1140 1025 650	0,6 0,55 0,45 0,3	0,1 0,09 0,08 0,08
Седловидная насадка: из керамики из полуфарфора	0,035 0,050	0,083 0,093	0,070 0,065	7,8 7,1	730 650	0,35 0,3	0,09 0,08

 

Скорость захлебывания для седловидной насадки размером 0,05 м (система газ - жидкость) можно рассчитать по уравнению (3.60) при значении коэффициентов b = - 0,099, с = 1,505; рабочая скорость w_д = 0,7 w_з.

 

 

 

 

Скорость захлебывания для колец Палля

где А₀ и А₁ - коэффициенты, определяемые по рис. 3.28 и 3.29

Характеристики основных типов насадок приведены в таблице П.2 приложения.

 

Таблица П.2

Насадки	а, м2/м3	е, 3/ 3 м / м	4э, м	Р, кг/м3
1	2	3	4	5
Регулярные насадки
Деревянная хордовая (10x100), шаг в свету:
10	100	0,55	0,022	210
20	65	0,68	0,042	145
30	48	0,77	0,064	110
Керамические кольца Рашига:
50x50x5	110	0,735	0,027	650
80x80x8	80	0,72	0,036	670
100x100x10	60	0,72	0,048	670

 

С учетом коэффициента возможного увеличения производительности К₇, предварительный расчетный диаметр колонны составит

    D = V₀К₇ /(0,785w_д)

 

Значения коэффициентов К₁ и К₂ принимают по табл. 3.3. Величина А =f(µ_x) - (см. уравнение (3.62)). Предварительная объемная скорость жидкости

где f_пр = 0,785D_пр²

По большему расчетному значению D_р для нижней и верхней частей колонны принимают к проектированию диаметр колонны D_к из стандартного ряда диаметров.

Если D_р > 2,8 м, расчет прекращают, поскольку стандартной насадоч- ной колонны такого диаметра нет.

Для колонны, принятой к проектированию:

• свободное сечение колонны f_k= 0,785 D_к² ;
• объемная скорость жидкости L_V =L/ f_{k к};
• скорость газа в колонне w= V/ f_k;
• фактор нагрузки по газу F= w (р_у)^0,5

Высоту слоя насадки определяют по уравнению

Н = N _mh_экв (3.68)

где N_Т - число теоретических тарелок; h_экв - высота насадки, эквивалентная одной теоретической тарелке.

Высоту насадки из колец Рашига, эквивалентную одной теоретической тарелке, можно рассчитать по уравнению:

               

где d_экв = 4Ɛ/а - эквивалентный диаметр насадки; т - тангенс угла наклона участка линии равновесия.

 

Для нерегулярной насадки h_экв ориентировочно можно рассчитать по уравнению:

 

Коэффициенты К₅ и К₆ подбирают по табл. 3.3.

Величину f (d/D_k) приближенно определяют по рис. 3.30 или рассчитывают по уравнению

Если  (d/D_k) ≤ 0,043, принимают f (d/D_k) = 1.

Рис. 3.30. Зависимость функции f (d/D_k) от отношения (d/D_k)

Гидравлическое сопротивление насадки для систем газ - жидкость и пар - жидкость в точке инверсии можно рассчитать по уравнению

Где -сопротивление насадки при наличии орошения в точке инверсии для такой же скорости газа, как и при сухой насадке ( на 1 м ее высоты); L/G – отношение массовых расходов жидкости и газа (пара); - сопротивление сухой насадки ( на 1м ее высоты).

Значения А, т, п и с приведены в табл. 3.4.

Гидравлическое сопротивление слоя сухой насадки

эквивалентный диаметр

рабочая (действительная) скорость

где Н - высота слоя насадки, м; ƛ - коэффициент сопротивления насадки; w_ф - фиктивная скорость газа, отнесенная к полному сечению незаполнен-

ного скруббера, м/с; а - удельная поверхность насадки, м² /м³ ; Ɛ - свободный объем насадки, м³/м³; Rг - гидравлический радиус насадки, м.

Таблица 3.4.

Значения коэффициентов в уравнении (3.72)

Коэффициент сопротивления насадки X является функцией критерия Ке_у для газового (парового) потока:

и ƛ можно определить по следующим уравнениям:

Гидравлическое сопротивление в режиме эмульгирования выше точки инверсии

где р_Э - плотность газожидкостной или парожидкостной эмульсии.

Высота переливной трубы в насадочной колонне, обеспечивающая работу в режиме эмульгирования, будет равняться

где Н - общая высота жидкости в колонне.

Сопротивление орошаемой нерегулярной насадки общего назначения на 1 м высоты слоя можно рассчитать по уравнению

Коэффициенты К₃ и К₄ подбирают по табл. 3.3.

Общее гидравлическое сопротивление слоя насадки вычисляют по формуле

давление в нижней части колонны.

где Р_в - давление в верхней части колонны.

 

 

 

 

Получение

Малеиновый ангидрид — органическое соединение с формулой C₄H₂O₃. В чистом состоянии — бесцветное или белое твёрдое вещество. Малеиновый ангидрид раздражает слизистые оболочки глаз и верх. дыхат. путей (сопровождается бронхитами, желудочно-кишечными расстройствами); ПДК 1,0 мг/м³

Физические свойства
Молярная масса	98,06 г/моль
Плотность	1,48 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	52,8 °C
Температура кипения	202 °C

                                                                                                                                                     

Давление пара:

       0,13 кПа (44 ^оС)

        1,3 кПа (78 ^оС)

        8,0 кПа (122 ^оС)

        100 кПа (202 ^оС)

С_р (для твердого)  1,21 кДж/(моль. ^оС)

С_р (для жидкости)  1,67 кДж/(моль. ^оС)

DH⁰_обр -470,41 кДж/моль, DH⁰_сгор -1392,29 кДж/моль, DH⁰_исп 54,81 кДж/моль, DH⁰_пл 13,65 кДж/моль, DH⁰_гидр — 34,9 кДж/моль;

Химические свойства

Химические свойства малеинового ангидрида чрезвычайно  разнообразны, из-за его высокой  реакционной способности и наличии  двух функциональных групп:

• При взаимодействии с водой образуется малеиновая кислота, цис-HO₂CCH=CHCO₂H (44,1% при 25 °С). При взаимодействии со спиртами образуются неполные эфиры, например цис-HO₂CCH=CHCO₂CH₃
• Малеиновый ангидрид — очень активный диенофил в реакциях Дильса-Альдера
• Малеиновый ангидрид также используется для производства тетрагидрофурана.