Предмет дисциплины; основные продукты отрасли и их классификация
1.1 Исторический обзор. Производство органических веществ первоначально базировалась на переработке растительного или животного сырья и заключалось в выделении ценных веществ (сахар, масла) или их расщеплении (мыло, спирт и др.)
Органический синтез, т.е. получение сложных веществ из сравнительно сравнительно простых соединений, зародилась в начале ХIХ века на основе продуктов коксования каменного угля, содержащих ароматические соединения.
В двадцатом веке в качестве источника органического сырья основную роль стали играть нефть и газ, добыча, транспорт и переработка которых более экономичны по сравнению с каменным углем.
На этих трех видах сырья в настоящее время и базируется промышленность органического синтеза.
1.2 Перспективы развития. Промышленность основного органического и нефтехимического синтеза представляет собой мощную отрасль с огромным разнообразием получаемых продуктов, реакций их синтеза и процессов разделения веществ.
Крупные масштабы производства определяют широкое распространение высокоэффективных технологических процессов, характеризующихся непрерывностью, высоким уровнем автоматизации и высокопроизводительным оборудованием.
Важнейшие продукты основного органического и нефтехимического синтеза
1.3 Динамизм отрасли определяется:
а) освоением выпуска новых видов продукции;(мономеры)
б) разработкой новых реакций;
в) совершенствованием новых технологических процессов;(одностадийный синтез ДМД)
г) разработкой новых каталитических систем; (изомеризация С7 фракции)
|
|
д) использованием новых типов аппаратуры.
В разработке, проектировании и управлении производством применяются современные методы математического моделирования, оптимизации и автоматизации исследований.
1.4 Главные задачи при создании новых и совершенствовании действующих
производственных процессов:
- экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов;
- комплексное использование высококачественного сырья;
- создание безотходных и малоотходных технологий на основе максимально использования и утилизации побочных продуктов и отходов производства;
- снижение потерь сырья и продуктов;
- охрана окружающей среды.
1.5 Пути экономии материальных ресурсов. Затрати на сырье и основную часть себестоимости продукции (до2/3), чем обусловлено:
- перебазирование синтезов с каменного угля на нефть и углеводородные газы;
- замена дорогостоящего ацетилена на этан и этилен;
- развитие синтезов на основе СО и водорода;
- замена дорогостоящих окислителей (пероксида водорода, азотной кислоты) на воздух и восстановителей (на водород).
1.6 Основные тенденции развития:
- разработка одностадийных, совмещенных процессов и прямых медодов синтеза (например, в синтезах ДМТ, уксусной кислоты и ангидрида, прямая гидратация этилена взамен сернокислотной и др.);
- повышение селективности процессов выбором оптимальных параметров (температуры, давления, времени контакта) и каталитических систем;
- интенсификация производства – повышение удельной производительности оборудования применением новых каталитических систем, эффективностью взаимодействия фаз (перемешивание, барботаж и т. д.), повышением температуры и давления, совершенствованием конструкции оборудования.
|
|
- увеличение единичной мощности установок, агрегатов до оптимальных величин (экстенсивный путь развития) обеспечивающее снижение удельных капитальных затрат;
- автоматизация процесса-применение АСУ ТП (приводит к снижению затрат труда, повышает стабильность процесса и качество продукции);
- оптимизация-математический расчет оптимальных параметров процесса и оборудования;
- снижение потерь через неплотности оборудования, с отходящими газами, сточными водами, отходами (повышается выход целевого продукта и снижаются расходные коэффициенты);
- повышение надежности и долговечности оборудования (применение коррозионностойких и эффективных защитных материалов, снижение коррозионной активности продуктов приводит к снижению затрат на капитальные и текущие ремонты, устранению резервных линий, увеличивает срок эксплуатации оборудования);
- утилизация побочных продуктов, их комплексная переработка;
- экономия энергии (электрической, хладоагентов, топлива, пара), поскольку эти затраты составляют до 30% от стоимости продукции, а также утилизации тепла химических процессов.
Решение этих задач приводит к снижению расходных коэффициентов и себестоимости продукции.
Лекция 2. Основные группы продуктов отрасли
============================================================
2.1. Структура и масштабы производства.
Основными процессами химической технологии органических веществ являются:
|
|
- термическое и каталитическое расщепление (крекинг, пиролиз, риформинг, конверсия, коксование, циклизация);
- физическое разделение (вымораживание, депарафинизация, дистилляция, экстракция и т. д.);
В результате этих процессов выделяют следующие группы исходных веществ для дальнейшего органического синтеза:
1) парафины;
2) олефины;
3) ацетилен;
4) циклоалканы;
5) ароматические углеводороды;
6) нафтены;
7) оксид углерода и синтез-газ.
Промышленность основного (тяжелого) органического синтеза охватывает производство многотоннажных продуктов, служащих основой для остальной технологии производства органических продуктов и полупродуктов (мономеров для производства пластмасс, эластомеров, химических волокон, синтетических смол, лекарственных препаратов и др.)
В связи с преимущественным базированием технологии органических веществ на нефтяном сырье выделился “нефтехимический синтез” (в этом смысле можно было бы выделить также “газохимический синтез”, “углехимический синтез” и т.д.).
2.2. Основные продукты отрасли
Мономеры: олефины (этилен, пропилен, изобутилен);
диены (дивинил, изопрен);
стирол, винилацетат, винилхлорид, акрилонитрил,
метилметакрилат и др.
Исходные вещества для поликонденсации:
Дикарбоновые кислоты (адипиновая, терефталевая);
Ангидриды (малеиновый, фталевый);
Гликоли и полигликоли (глицерин, пентаэритрит);
Фенол, формальдегид, меламин, диизоцианаты и др.
Вспомогательные вещества для полимерных материалов:
Пластификаторы (дибутил – и диоктилфталаты, трикрезил-фосфат, эфиры высших кислот, низшие полиолефины);
Катализаторы (ускорители вулканизации и полимеризации);
Инициаторы, регуляторы, ингибиторы, стабилизаторы.
Синтетические ПАВ и моющие вещества:
Ионогенные вещества:
-анионоактивные (мыла из СЖК, алкилсульфонаты и т.п.);
-аноноактивные (соли аминов или аммониевых оснований);
Неионогенные вещества – продукты синтеза этиленоксида и различных органических веществ с активными атомами водорода (кислоты, спирты, амины);
Синтетическое топливо, масла и присадки:
К синтетическим видам топлива, в т.ч. ракетным, относятся метанол, этанол, этиламины, диметилгидразин, некоторые металлоорганические соединения.
Для двигателей внутреннего сгорания, работающих на высокооктановых видах топлива, осуществлен синтез изопарафинов, особенно изооктана. В качестве высокооктановых компонентов моторных топлив применяют изопропилбензол, перспективны метанол, трет-бутилметиловый эфир и др.
Синтетические смазочные масла – низшие полимеры олефинов, алкилированные ароматические углеводороды, сложные эфиры двухосновных карбоновых кислот и высших одноатомных спиртов, высококипящие фторуглероды и кремний органические полимеры.
В качестве антиокислительных присадок к полимерам и другим органическим продуктам (антиоксидантов) используют преимущественно алкилированнные фенолы и их производные.
Путем органического синтеза получают ингибиторы коррозии, депрессорные присадки (снижают температуру застывания масел), вязкостные присадки (улучшают вязкостные свойства полимеров).
Синтетические растворители и экстрагенты:
Растворители применяют в процессах производства полимеров, лакокрасочных материалов, для чистки и перекристализации веществ, обезжиривания деталей.
Экстрагенты применяют для выделения ароматических углеводородов из продуктов переработки нефти, в процессах азеотропной и экстрактивной перегонки, для извлечения масел и жиров, в качестве абсорбентов ацетилена и др. газов и паров.