Производство МАУК мощностью 2000 т/г. Модернизация стадии конденсации

Изм.

Лист

№ Документа

 

Подпись

Дата

 

Лист

1

ТГТУ.240401.009 ПЗ

 

Разработал

Косичкина М.В.

Руковод.

Орехов В.С.

Н.Контр.

Брянкин К.В.

Зав. каф.

Леонтьева А.И.

 

 

Производство МАУК мощностью 2000 т/г. Модернизация стадии конденсации

Пояснительная записка

Лит.

Листов

73

ХТОВ гр. СХТ-51

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 

ТГТУ.240401.005 ПЗ

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………….3
1. Литературно-патентный обзор способов получения  мета-ксилидида………… ацетоуксусной кислоты………………………………………………………………4
1.1 Физико-химические свойства мета-ксилидида  ацетоуксусной кислоты…....4
1.2 Анализ существующих способов  получения мета-ксилидида ацетоуксусной  кислоты………………………………………………………...................................9
2. Технологическая схема производства  мета-ксилидида ацетоуксусной ………… кислоты………………………………………………………………………………..14
2.1 Химическая схема производства  мета-ксилидида ацетоуксусной …………… кислоты………………………………………………………………………………..14
2.2 Эскизная схема производства  мета-ксилидида ацетоуксусной ……………… кислоты……………….……………………………………………………………….15
2.3 Материальный баланс производства  мета-ксилидида ацетоуксусной кислоты  и тепловой баланс стадии  конденсации…………………………………………..17
2.3.1 Краткий материальный баланс……………………………….…………..…..17
2.3.2 Полный материальный баланс……………………………………………......18
2.3.3 Тепловой баланс стадии конденсации……………………………………....29
2.4 Принципиальная технологическая схема производства мета-ксилидида …… ацетоуксусной кислоты …………………………………………………………….39
2.4.1 Стадия поступления и подготовки сырья…………………………………...39
2.4.2 Стадия конденсации мета-ксилидида с дикетеном……………..………….40
2.4.3 Стадия фильтрации и промывки пасты мета-ксилидида ацетоуксусной… кислоты……………………………………………………………………………….42            3. Аппаратурное оформление стадии конденсации метаксилидида с………….. дикетеном……………………………………………………………………………..43 3.1 Литературно-патентный обзор аппаратурного  оформления стадии  конденсации………………………………………………………………………….43   3.2 Технологический расчет оборудования  стадии  конденсации…..…………..52 3.2.1 Определение объема аппарата  для конденсации….……………………......52 3.2.2 Расчет геометрических размеров  аппарата………………………….……....53 3.2.3 Расчет перемешивающего устройства……………………………….………54 3.3 Механический расчет…………………………………………………………...60 3.3.1 Механические характеристики аппарата…………………………..............60 3.3.2 Расчет толщины стенок элементов  аппарата…………………………........62 ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………...69 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ …………………………………..70

 

                                              ВВЕДЕНИЕ 

В связи с  развитием текстильной, полиграфической  и других отраслей промышленности как на отечественном, так и на международном рынках наблюдается увеличение спроса на продукты органического синтеза.

Предприятиям  приходится работать в условиях рыночной экономики при жесткой конкуренции. На Российском и Мировых рынках упрочилось положение иностранных предприятий, выпускающих продукцию удовлетворяющую как по качеству, так и по стоимости. В связи с этим перед химическими предприятиями встала задача повышения качества готовой продукции при одновременном снижении её себестоимости. Эта задача может быть решена путем разработки новых способов производства, позволяющих снизить расходные нормы сырья, а также эксплуатационные и капитальные затраты.

ОАО «Пигмент»  − производитель мета-ксилидида  ацетоуксусной кислоты в России. Целью данного проекта является разработка способа, позволяющего сократить  затраты на единицу готовой продукции, увеличить выход по целевому продукту при одновременном снижении общего количества примесей.

В Данной работе описывается химическая и технологическая  схемы получения мета-ксилидида  ацетоуксусной кислоты, характеристики готового продукта и сырья из которого его получают, а так же материальный и тепловой баланс этого процесса.

 

 

    1.Литературно-патентный  обзор способов получения мета-ксилидида       ацетоуксусной кислоты.

       1.1 Физико-химические свойства мета-ксилидида  ацетоуксусной кислоты.

       Техническое наименование продукта  – мета-ксилидид ацетоуксусной  кислоты (м-ксилидид АУК).

       Мета-ксилидид АУК – кристаллический  продукт от белого до светло-розового  цвета. Почти не растворяется  в воде. Хорошо растворяется в  хлорбензоле при 60°С кислотах, бензине, растворе едкого натра.

      Минеральные кислоты выделяют  его из щелочных растворов  в виде масла.

Температура плавления чистого вещества – 91°С .

     Структурная формула мета-ксилидида  ацетоуксусной кислоты

 

NH-CO- CH₂ -CO- CH₃

CH-CO- CH₃

CH₃

 

 

 

CH₃

CH₃

 

   Эмпирическая  формула мета-ксилидид ацетоуксусной  кислоты: C₁₂H₁₅  О₂N

   Молярная  масса : 205,258 кг/моль.

         По физико-химическим показателям  мета-ксилидид  ацетоуксусной кислоты должен соответствовать техническим требованиям и нормам

СТП 08-370-89   с изм. 1-5, которые представлены в  таблице 1.1.

Таблица 1.1

Наименование показателя	Норма
2	3
1.Внешний вид   2. Массовая доля диазотирующихся соединений в пересчете на молярную массу мета-ксилидида АУК,% не                      менее 3.Массовая доля нерастворимого      остатка в пересчете   на 100% продукта, % не более          4. Массовая доля свободного амина                               5.Показатель активности водородных ионов, ед. рН, не менее                                                               6.Температура начала плавления,         °С не менее	Паста от белого до светло-розового или  желтоватого цвета          60                                                                                        0,1 Отсутствие   5,5   88

 

  Мета-ксилидид  АУК применяется для получения:

- Катионных  азокрасителей, с помощью которых  окрашивают полиакрилонитрильные волокна;

-    Дисазокрасителей, для получения на ацетатных  тканях прочных черных окрасок;

- Дисперсных  азокрасителей, обеспечивающих гамму  цветов от желтого до темно-синего;

-  Для получения  пигмента желтого 2 К.

В таблице 1.2 приведены характеристики сырья, материалов и полупродуктов.

      Таблица 1.2 – Характеристика исходного  сырья, материалов и полупродуктов

Наименова-ние сырья, материалов , полупродук-тов.	ГОСТ,ОСТ, ТУ, методика на подготовку сырья	Показатели, обязательные для проверки	Регламентные пока-затели с допустимыми  отклонениями
1	2	3	4
Сырье:
Мета-ксили-дид техни-ческий	ТУ- 6 -14 -145 - 80 с изм. 1,2,3	1.Внешний вид	Прозрачная жидкость от желтого до светло-коричневого цвета
		2. Массовая доля суммы аминов  в сухом продукте ,%,  не менее	98,7
		3. Массовая доля основного вещества в сухом продукте , %, не менее	84,0
Мета-ксили-дид ФРГ	По данным инофирмы	1. Внешний вид	Прозрачная жидкость от желтого до светло-коричневого цвета
		2. Массовая доля мета-ксилидида в сухом продукте, %,не менее	99,0
		3.Температура кристаллизации,°С, не менее	44,5
Дикетен	СТП                    08-636-99	1. Внешний вид	Прозрачная жидкость от бесцветного до желтого цвета
		2. Массовая доля дикетена,%, не менее	95,0
		3.Плотность, кг/дм	1,089
		4. Массовая доля уксусного ангидрида ,%, не более	2,5
		5. Массовая доля уксусного  ацетана ,   %, не более	1,0
Уксусная кислота синтетическая сорт 1	ГОСТ  19814-74 с изм.1,2	1. Внешний вид       2. Массовая доля уксусной ангидрида ,%, не менее	Бесцветная,прозрач-ная жидкость без  механических примесей       99,5
Аммиак        водный,  технический, м.А	ГОСТ 9-92	1. Внешний вид	Бесцветная,прозрач-ная жидкость
		2. Массовая доля аммиака,%,не менее,	25,0
Уксусно-кислый нат-рий,технический,сорт высший	ГОСТ 2080-76 с изм. 1,2,3	1. Внешний вид	Кристаллы белого цвета
		2. Массовая доля безводного уксусно-кислого  натрия,%,не менее	59,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Анализ  существующих способов получения  мета-ксилидида АУК 

         1.  По данным приведенным в  статье [1] м-ксилидид  ацетоуксусной  кислоты может быть получен   из    м-ксилидина  и дикетена в среде хлорбензола по химической схеме (рис.1).

 

NH-CO- CH₂ –СО-CH₃

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+ СН₃ – СО-СН=СО              CH₃

CH₃

 

Рисунок 1. Химическая схема получения метаксилидида  ацетоуксусной кислоты.

         Согласно этому методу метаксилидид  а.у.к. получается с выходом  70%, считая на мета-ксилидин и  68,8%, считая на дикетен. Ввиду  плохого качества              м-ксилидина продукт  получается  с температурой плавления  87-87,5°С. Из  за наличия   диазотирущихся  примесей  в м-ксилидине, количество  которых достигающет 17%. Разделение  м-ксилидина  выпариванием не дает   возможности освободиться   от этих изомеров, использование других способов разделения так же не дали результатов.

CH₂–CO-CH₂–СО-CH₃

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+ CH₃– СО-СН=СО             CH₃

NH₂

Рисунок 2. Образование  изомера.        

        С целью повышения качества  м-ксилидида а.у.к. авторы работы [2] предлагают конденсацию    м-ксилидина с дикетеном проводить  в среде  ледяной уксусной кислоты. Что позволит повысить основность амина, и снизить скорость реакции образования изомеров ( рис.2).

       Согласно данным [2], получение м-ксилидида  ацетоуксусной кислоты в среде  ледяной уксусной кислоты проводили  следующим образом:                                                                                      В емкость загружали   ледяную уксусную кислоту и пиридин. Массу термостатировали на температуре 2- 4°С. Затем приливали м-ксилидин  и дикетен. Конденсацию м-ксилидина с дикетеном проводили при температуре 18-20°С. После проведения конденсации  суспензию охлаждали до   10-12°С.

        Полученный продукт имеет температуру плавления 87,5° - 90°, но при этом  выход снижается до 66,5%, в пересчете на  м-ксилидин.                                                                                                                  

       Так же к недостаткам технологии  получения   м-ксилидида АУК  в  среде ледяной уксусной  кислоты можно отнести высокую  вязкость реакционной массы по окончанию  стадии конденсации, и формирование желтого оттенка. М-ксилидид а.у.к.  полученный в среде   ледяной уксусной кислоты и промытый от   кислоты   артезианской  водой, желтеет.

        Так же известен способ получения  метаксилидида АУК[3], согласно которому продукт получают  в среде  50% уксусной  кислоты в присутствии   ацетата натрия.                                                   

         Автор работы  предлагает  улучшить  подвижность реакционной массы   конденсации м-ксилидина с дикетеном.  Конденсацию  проводили   в  водной среде 10%-ой, 25%-ой, 40%-ой  и 50%-ой уксусной кислоты в  присутствии  различных  катализаторов:   пиридина, ацетата натрия, хлористого цинка, алюминия. Лучшей средой  для проведения   конденсации  была выбрана   50%-ая  уксусная кислота, в качестве катализатора использовали ацетат натрия.

        При получении м-ксилидида а.у.к.   в среде 50%-ой уксусной кислоты применили  м-ксилидин с содержанием  основного вещества до 86% с температурой  плавления  90-91°С. М-ксилидид а.у.к  получается чище, реакционная масса фильтруется быстрее, увеличивается выход и качество продукта. В фильтрате не накапливается   п-изомер, поэтому   фильтрат можно  использовать повторно.

      При  конденсации  м-ксилидина с дикетеном  в среде  50%-ой уксусной кислоты в присутствии уксусного натрия были получены следующие результаты:

Средний выход  м-ксилидида а.у.к. составил 86%, считая на м-ксилидин и                             72 ,77 %, считая на дикетен. Температура  плавления  90°С-91°С. А так же  сократилась длительность процесса в лабораторных условиях с 24-х часов до 4-х часов. В емкость заливали уксусную кислоту и уксуснокислый натрий. При температуре 18-25°С приливали м-ксилидин и дикетен. После загрузки реакционную массу  размешивали и охлаждали до температуры  15-20°С. Затем фильтровали и промывали  холодной водой. Пасту хорошо отжимали и  взвешивали.

       В производстве метаксилидида  ацетоуксусной кислоты основной  реакцией является конденсация  метаксилидида с дикетеном. Конденсацией  часто называют процессы самого различного характера как в отношении природы участвующих в них соединений, так и в отношении структурных превращений, вызываемых ими. Так, в патентной и научной литературе иногда называют конденсацией реакцию обмена галоида или оксигруппы на ариламино- или алкиламино-группу и даже реакцию алкилирования аминогруппы. Встречаются случаи, когда конденсацией называют и этерификацию, и межмолекулярное окисление, и ангидризацию (CONH₂→CN) и т. п.

Конденсация это химические процессы, отличительной  чертой которых является образование продуктов с новой связью между двумя атомами углерода, которые не были непосредственно связаны друг с другом в исходном (или исходных) соединении. Конденсация непременно сопровождается усложнением углеродного скелета исходного соединения или образованием гетероцикла [3,4].