Список сокращений.
1.ДМТ - диметиловый эфир терефталевой кислоты.
2. ТФК - терефталевая кислота.
3. ДМИ - диметиловый эфир изофталевой кислоты.
4. п-ТК - паратолуиловая кислота.
Ведение
Название продукта: диметилтерефталат.
Синонимы названия: диметиловый эфир терефталевой кислоты.
Молекулярный вес:194.19 г/моль;
Формула: C6H4(COOCH3)2
Физико-химические свойства
Внешний вид: бесцветные кристаллы призматической формы
tпл=140-1410С, d(200C)=163, хорошо растворяется в горячей воде, растворяется в спирте, эфире, бензоле, ацетоне.[1]
Диметиловый эфир терефталевой кислоты является одним из важнейших химических продуктов, используемых для производства полиэфирных волокон, полиоксадиазолов, полибензимидазолов, алкидных смол и пластификаторов. Полиэфирные волокна находят все большее применение в технике и в быту. Сравнительно высокий модуль наряду с большой прочностью, относительно высокой термостойкостью, а также высокие диэлектрические характеристики позволяют применять полиэфирные материалы для производства шинного корда, транспортерных лент, приводных ремней, парусов, пожарных рукавов, электроизоляционных и других материалов.
Благодаря высокой устойчивости к сминанию и способности сохранять форму, хорошему внешнему виду и достаточно низкой стоимости полиэфирные волокна в чистом виде или в смеси с другими волокнами используют для изготовления широкого ассортимента товаров народного потребления: платяной и костюмной тканей, верхнего трикотажа, занавесей, постельного белья, изделий из искусственной замши и искусственного меха.
Приведенные выше свойства полиэфирных волокон обусловили наиболее крупнотоннажное производство по сравнению с производством волокон других видов.
Важнейшими мономерами для производства полиэфирных волокон являются ТФК и ДМТ. Одновременно они являются конкурентами за право считаться основным исходным мономером.
До середины восьмидесятых годов производство диметилтерефталата было намного больше, чем производство терефталевой кислоты. Но в последнее десятилетие были разработаны способы получения ТФК высокой частоты, поэтому сейчас производство обоих материалов находится на довольно высоком уровне.
Промышленные методы производства ДМТ, их экономические и технологические аспекты, их преимущества и недостатки рассматриваются в данной курсовой работе.
Способы производства диметалтерефталата.
СПОСОБ ФИРМЫ «EASTMAN KODAK» (США).
Фирма «Eastman Kodak» разработала технологический процесс производства ДМТ, аналогичный предыдущему технологическая схема показана на рис. 3
Рис.3. Схема процесса производства ДМТ по технологии фирмы «Eastman Kodak»:
1-реактор этерификации; 2-подогреватель; З-отпарная колонна; 4-колонна ректификации метанола; 5,6,7-ректификационные колонны; I-метанол; II-ТФК;
III-пульпа; IV-ДМТ-сырец; V-вода; VI-рецикл метанола; VII-легкокипящие примеси; VIII-тяжелый остаток в рецикл; IX-чистый ДМТ.
Этерификацию технической ТФК метанолом осуществляют в отсутствии катализатора. Конструкция реактора в системе ректификации ДМТ обеспечивает экономичность процесса и способствует образованию небольшого количества побочных продуктов (отходов). Метанол и техническую ТФК направляют в подогреватель 2, откуда пульпа поступает в реактор этерификации 1. ДМТ-сырец в отпарной колонне 3 отделяется от метанола, который после ректификационной колонны 4 возвращают в рецикл, а воду из куба колонны 4 сбрасывают в канализацию.
ДМТ-сырец из отпарной колонны 3 поступает в ректификационные колонны 5 - 7, в которых отгоняют легкокипящие примеси и тяжелые остатки. Чистый ДМТ, выходящий с верха ректификационной колонны 7, направляется на затаривание.
Экономика производства.
В настоящее время химические волокна используют в самых различных областях - от товаров широкого потребления до космической техники. В период 1980-1992 гг. на долю химических волокон приходилось около 40% от всего потребления текстильного сырья в различных странах, а в наиболее развитых - до 50-60% [1]. В связи с созданием крупнотоннажных производств синтетических волокон на их долю приходится более 70% всего выпуска химических волокон,. а в таких странах, как США и Германия,- почти 90% [9].
Литературные сведения о технико-экономических показателях существующих производств синтетических волокон и мономеров для ДМТ - весьма ограничены. Однако на основании имеющихся данных о строительстве заводов можно судить о тенденциях развития некоторых способов. получения указанного продукта.
Оптовые цены.
Цена одной тонны ДМТ в 1992 году составляла, по расчету, 460долл/т, в России - 570-600 руб. /т [9].
Европейские цены на некоторые исходные продукты для производства диметилтерефталата на 14 декабря 1997 года по данным INTERNET [7]:
Таблица 9. Европейские цены.
| Название продукта | Цена, $/тонна |
| пара - ксилол | 356 |
| метанол | 162 |
Экологическая перспектива.
Диметилтерефталат - не токсичный продукт. При производстве ДМТ отходы образуются, главным образом, на стадии окисления и выводятся из процесса на стадии заключительной перегонки целевого продукта. Этот остаток составляет в промышленных процессах до 5 мол % от исходного п-ксилола и представляет собой сложную смесь органических соединений. Разработаны способы разложения отходов производства ДМТ с образованием 20-30% (по массе) смеси п-ксилола, толуола, бензола, примерно такого же количества газообразных продуктов (СH4, CO2) и до 40% коксообразного остатка. Отходящий газ адсорбирует активированным углем, коксообразный остаток сжигают. Проводимый комплекс мер по утилизации отходов позволяет сделать современное производства ДМТ малоотходными, экологически чистыми.
Экспертный прогноз
Дальнейшее усовершенствование процессов получения ДМТ должно пойти прежде всего по пути создания энерготехнологических схем; снижения расходных показателей по сырью; регенерации катализатора; более полного извлечения целевых продуктов из остатков; усовершенствования аппаратуры, систем автоматизации и управления.
В производстве ДМТ в настоящее время разработаны схемы использования вторичного пара на стадиях окисления смеси п-ксилола и метилового эфира п-толуиловой кислоты, тепла от сжигания отходов производства, а также энергии сжатых газов после реакторов. Абгазы после прохождения конденсаторов направляются на турбину, передающую крутящий момент на электродинамомашину и далее на привод компрессора для сжатия воздуха.
В случае поступления в производство пара высоких параметров его энергию используют для привода компрессоров и насосов высокого давления, а отработанный пар направляют на технологические нужды.
Кубовые остатки производства ДМТ после извлечения из них кобальт-марганцевого катализатора используют в качестве топлива для печей сжигания. Применение высокопроизводительных котлов-утилизаторов на установках сжигания дает возможность дополнительно вырабатывать пар. Использование энерготехнологических процессов позволяет экономить до 50 - 60% энергии.
Повышение выхода целевого продукта ведется в направлении поиска более эффективных каталитических систем для окисления и этерификации и разработки способов расщепления высокомолекулярных ароматических соединений до целевого продукта; установления оптимальных технологических параметров; снижения расходных коэффициентов.
Существенное значение в улучшении технико-экономических показателей имеет более полное извлечение побочных продуктов и изыскание путей их рационального использования. Так, фракции ДМТ - ДМИ можно применить для получения полиоксадиазолов, а метилбензоат - как консервант.
В связи с увеличением мощностей по производству ДМТ вопрос регенерации катализатора приобрел особую актуальность по двум причинам: во-первых, нужно понизить потребление дефицитного кобальта, во-вторых, - ограничить вредные выбросы в окружающую среду, количество которых возрастает по мере роста объемов производства ДМТ. В связи с этим усилия исследователей и производственников за последние 10 лет направлены на разработку процесса регенерации кобальт-марганцевого катализатора, технология которого определяется составом остатка, содержащего катализатор.
Фирма «Dunarnit Nobel» (Германия) разработала процесс регенерации кобальт-марганцевого катализатора, который позволяет понизить расход ацетатов кобальта и марганца в 8 - 10 раз. Дополнительное извлечение ДМТ из остатков осуществляется путем метанолиза и термолиза.
Использование процессов метанолиза или термолиза позволяет из побочных высокомолекулярных продуктов реакции окисления получить дополнительное количество ДМТ. В перспективе при оптимальных технологических параметрах следует ожидать повышения выхода целевого продукта до 91 - 92% на используемый п-ксилол.
Одним из важнейших путей повышения эффективности процесса окисления смеси п-ксилола и метилового эфира п-толуиловой кислоты является применение крупнотоннажных реакторов окисления. При этом особое внимание должно быть уделено разработке узлов газораспределения, обеспечивающих максимальную поверхность контакта фаз, эффективному перемешиванию оксидата и отводу тепла реакции. Созданием в реакторе необходимых гидродинамических условий, повышением тепло- и массообмена можно существенно увеличить производительность установок, понизить металлоемкость аппаратуры.
Для снижения расходных норм по метанолу разработан ряд мероприятий, из которых следует отметить: применение колонной аппаратуры для очистки и разгонки сточных вод после этерификации и окисления; использование эффективных воздушных конденсаторов на метаноле, устойчивая работа которых исключает превышение давления в системе воздушен на стадиях зтерификации и дистилляции; стабилизация работы колонны метанолиза (установление оптимального температурного режима, расхода метанола и др.), что позволяет увеличить выход целевого продукта и понизить потери метанола.
Уменьшение содержания органических соединений в сточных водах может быть достигнуто увеличением продолжительности отстоя (путем установки крупногабаритных аппаратов), экстракцией органических примесей п-ксилолом, а также дистилляцией сточных вод.[5]
Заключение.
Процессы промышленного производства диметилового эфира терефталевой кислоты, приведенные в работе отличаются друг от друга некоторыми параметрами. Для начинающего производителя или для человека, желающего внедрить процесс промышленного производства диметилового эфира терефталевой кислоты на уже существующем заводе необходимо провести маркетинговое исследование, т. е. проанализировать следующие факторы:
- детально изучить каждый метод промышленного производства ДМТ с стране и во всем мире;
- определить доступность сырья. Может быть выгоднее использовать какой - либо другой метод производства, чем покупать дорогое сырье или возить его издалека.
- определить будущих покупателей продукции;
- изучить своих потенциальных конкурентов;
- проанализировать свои возможности;
- определить, какая технологическая схема наиболее подходит для данного завода или для данной местности;
- определить возможности загрязнения окружающей среды данной технологией;
- выяснить, существует ли в данном регионе ( стране) достаточное количество квалифицированных работников, которые согласятся работать над производством диметилового эфира терефталевой кислоты;
- определить перспективность той или иной установки по производству ДМТ, способность к ее модернизации и согласованной работе с другими установками завода.
Только после проведения такой работы следует принимать решение о выпуске диметилового эфира терефталевой кислоты каким - либо из известных способов.
Из рассмотренных способов самым выгодным для России является способ фирмы "WITTEN".
Для того, чтобы ДМТ мог конкурировать с ТФК, его цена должна быть на 14% ниже продажной цены ТФК, так как для получения 1 т полиэфирного волокна требуется
1,01 т ДМТ и 0,87 т ТФК [5]. Однако, в большинстве случаев, цена на ДМТ выше, чем на ТФК. Это объясняется тем, что очистка ДМТ, вырабатываемого по способу «Witten», практически .не представляет никаких трудностей, в то время как очистка сырой ТФК весьма затруднена. Процесс очистки чрезвычайно трудоемкий, для него требуется специальный растворитель (в зависимости от вида очистки) и специальное оборудование. Кроме того, при получении самой ТФК используют уксусную кислоту и бромсодержащие соединения — они создают сильнокоррозионную среду, в связи с чем требуется оборудование, изготовленное из специальных сталей или армированное титаном.
В то же время себестоимость ДМТ практически несколько ниже приведенной в таблицах 4-7, и мономер не загрязняется продуктами коррозии. Все это позволяет ДМТ, полученному по способу «Witten», успешно конкурировать с ТФК в качестве сырья для производства полиэфирных волокон.
Себестоимость производства 1 тонны диметилтерефталата по способу фирмы "WITTEN" составляет - 108,2 фунта стерлингов , что примерно на 20 % дешевле других используемых в настоящее время методов.
Технологическая схема этого процесса проста и удобна в использовании. Оборудование практически не представляет угрозы ни работникам ни окружающей среде.
Время производственного цикла меньше, чем в других методах, а объемы производства не ограничены.
Произведенный целевой продукт не требует дополнительной очистки.
Сырье, используемое при промышленном синтезе диметилового эфира терефталевой кислоты является доступным. К тому же в настоящее время существует мировая тенденция к понижению цены на исходное сырье - пара - ксилол.
Для начала производства ДМИ указанным методом не требуется большая сырьевая база.
Выход целевого продукта высок.
Исходя из приведенных выше аспектов, можно сделать вывод, что производство диметилового эфира методом фирмы "WITTEN" является самым выгодным и перспективным направлением.
Список использованной литературы.
1. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического синтеза. - М.: Химия, 1990 г. 733с.
2. Мазуров В. Д. и др. Очистка терефталевой кислоты окислением примесей кислорода...//Основной органический синтез и нефтехимия. 1981г. № 15. С. 27-36.
3. Овчинников В. И., Назимюк В. Ф., Симонова Т. А. Производство терефталевой кислоты и ее диметилового эфира. - М.: Химия, 1992 г. 230с.
4. Реутов О. А. Теоретические основы органической химии. - М.: МГУ, 1994г.700с
5. Кричевский И. Е. Перспективы развития промышленности химических волокон. - М.: Химия. (Издание третье, дополненное и переработанное), 1993г.257с.
6. http://www.chemforum.mol.ru/Russian/PriceRu/14.12.97.html (internet)
7. Диметилтерефталат (свойства, получение, применение) - М.:НИИТЭХИМ. 1992г. 76с.
8. http://www.chem.msu.su/rus/chinfo/katalys/samp3.html. (internet).
9. http://www.aris.ru/N/WIN R/INFO/CENA/W PRICE/12-2.html (internet)
10. http://www.chem.msu.su (internet)
Список сокращений.
1.ДМТ - диметиловый эфир терефталевой кислоты.
2. ТФК - терефталевая кислота.
3. ДМИ - диметиловый эфир изофталевой кислоты.
4. п-ТК - паратолуиловая кислота.
Ведение
Название продукта: диметилтерефталат.
Синонимы названия: диметиловый эфир терефталевой кислоты.
Молекулярный вес:194.19 г/моль;
Формула: C6H4(COOCH3)2
Физико-химические свойства
Внешний вид: бесцветные кристаллы призматической формы
tпл=140-1410С, d(200C)=163, хорошо растворяется в горячей воде, растворяется в спирте, эфире, бензоле, ацетоне.[1]
Диметиловый эфир терефталевой кислоты является одним из важнейших химических продуктов, используемых для производства полиэфирных волокон, полиоксадиазолов, полибензимидазолов, алкидных смол и пластификаторов. Полиэфирные волокна находят все большее применение в технике и в быту. Сравнительно высокий модуль наряду с большой прочностью, относительно высокой термостойкостью, а также высокие диэлектрические характеристики позволяют применять полиэфирные материалы для производства шинного корда, транспортерных лент, приводных ремней, парусов, пожарных рукавов, электроизоляционных и других материалов.
Благодаря высокой устойчивости к сминанию и способности сохранять форму, хорошему внешнему виду и достаточно низкой стоимости полиэфирные волокна в чистом виде или в смеси с другими волокнами используют для изготовления широкого ассортимента товаров народного потребления: платяной и костюмной тканей, верхнего трикотажа, занавесей, постельного белья, изделий из искусственной замши и искусственного меха.
Приведенные выше свойства полиэфирных волокон обусловили наиболее крупнотоннажное производство по сравнению с производством волокон других видов.
Важнейшими мономерами для производства полиэфирных волокон являются ТФК и ДМТ. Одновременно они являются конкурентами за право считаться основным исходным мономером.
До середины восьмидесятых годов производство диметилтерефталата было намного больше, чем производство терефталевой кислоты. Но в последнее десятилетие были разработаны способы получения ТФК высокой частоты, поэтому сейчас производство обоих материалов находится на довольно высоком уровне.
Промышленные методы производства ДМТ, их экономические и технологические аспекты, их преимущества и недостатки рассматриваются в данной курсовой работе.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ПРОИЗВОДСТВА ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ.
Первые заводы по производству ДМТ появились в 1954 г., и вплоть до 1963 г. диметилтерефталат являлся практически единственным мономером, используемым для получения полиэфирных волокон. Это было обусловлено тем, что процессы производства, разработанные до 1963 г., не позволяли получать ТФК мономерной степени чистоты. Поэтому из нее вырабатывали ДМТ, который благодаря своей сравнительно низкой температуре кипения легко подвергается очистке методом дистилляции и кристаллизации. В дальнейшем ДМТ путем переэтерификации превращали в полиэтилентерефталат и использовали для получения полиэфирных материалов.
В настоящее время разработаны процессы, позволяющие получать ТФК высокой степени чистоты; однако наряду с увеличением производства ТФК возрастает и производство ДМТ. Тенденция к развитию производства ДМТ наблюдается, несмотря на то что оно усложнено стадиями этерификации кислот и регенерации метанола, а также несмотря на то, что на производство 1 т полиэтилентерефталата требуется 0,87 т ТФК или 1,01 т ДМТ. Это объясняется следующим. Получение ТФК мономерной степени чистоты осложнено использованием в технологии ее производства сильноагрессивных веществ - уксусной кислоты и брома, для которых требуется специальное аппаратурное оформление - применение титана и специальных сталей, а также необходимостью использования дорогостоящих методов очистки.
Кроме того, полиэтилентерефталат, полученный на основе ТФК, не всегда может быть использован для производства высококачественных полиэфирных волокон, а полученный методом переэтерификации ДМТ легко перерабатывается в волокно, пленки, формующиеся пластмассы и другие материалы. В то же время для производства ДМТ не требуются специальные коррозионно-стойкие конструкционные материалы и сложное аппаратурное оформление. Поэтому многие фирмы предпочитают получать волокно на основе ДМТ [2, 3].
Существует несколько видов технологических схем получения ДМТ. В основном они различаются по способам получения ТФК, которые целиком определяются сырьевыми возможностями той или иной страны. Многие из этих способов используют в промышленности для получения собственно ТФК и для перевода ее этерификацией в диметиловый эфир. Качество ТФК как исходного продукта для синтеза ДМТ во многом определяет и качество сырого диметилтерефталата, наличие в нем различных примесей и побочных продуктов. Так, ДМТ на основе ТФК, полученной при окислении п-ксилола или диизопропилбензола азотной кислотой, содержит значительное количество нитросоединений; ДМТ на основе п-цимола - большое количество побочных продуктов [3, 4] и т.д.
Существует способ производства ДМТ из п-толуиловой кислоты, которую получают окислением п-ксилола воздухом [5]. Процесс осуществляют по схеме:
|
В связи с развитием нефтехимической промышленности и значительным увеличением производства п-ксилола в известной степени утратили свое практическое значение способы получения ДМТ из толуола и п-цимола. Все большее значение приобретают процессы, позволяющие получать ТФК методом жидкофазного каталитического окисления п-ксилола с последующей ее этерификацией метанолом до ДМТ.
В настоящее время довольно много крупных фирм в мире работают над проблемой получения ДМТ в основном двумя путями: 1) этерификация метанолом «сырой» ТФК (американские фирмы «Eastman Kodak», «Du Pont», японские «Toray Industries», «Kararay Vuka» и др. [6]); 2) окисление п-ксилола до п-ТК, ее этерификация метанолом, последующее окисление метильной группы до кислотной и превращение в ДМТ или совместное окисление п-ксилола, метилового эфира п-ТК и монометилового эфира ТФК и последующая их этерификация.
Процесс получения ДМТ постоянно развивается, усовершенствуется, модернизируется [6]. Ниже приводятся некоторые способы получения ДМТ.
1) Каталитическое окисление п-ксилола до образования п-толуиловой кислоты и монометилтерефталата с последующей этерификацией образовавшихся продуктов метанолом происходит по схеме:
2С6H4(CH3)2 +О2-----> C6H4(CH3)COOH-1,4 + C6H4(COOH)COOCH3-1,4
|
CH3OH
C6H4(CH3)COOH + C6H4(COOH)COOCH3-1,4 ------> C6H4(COOCH3)2-1,4
n-толуиловая монометалтерефталат диметилтерефталат
кислота
2) Каталитическое окисление п-ксилола до образования терефталевой кислоты с последующей этерификацией метанолом происходит по схеме:
+О2,кат
С6H4(CH3)2 --------> C6H4(COOH)2-1,4
n-ксилол терефталевая
|
t,Р
C6H4(COOH)2-1,4 + 2CH3OH -----> C6H4(COOCH3)2-1,4 + 2H2O
терефталевая диметилтерефталат
кислота
Дата: 2019-05-29, просмотров: 369.
