Становление промышленного органического синтеза протекало в два этапа

1.6. Проблемы экологии. Правила безопасности при производстве

Для производства уксусной кислоты характерны следующие промышленные выбросы: сточные воды и выбросы вредных газов при остановке и пуске агрегатов технологической установки.

Сточные воды могут содержать сложные органические вещества, которые отрицательно влияют на фауну водоемов, в которые попадают выбросы от производства. Для предотвращения отрицательного влияния на фауну водоемов сточные воды следует очищать от примесей. Способами очистки являются: адсобция, абсорбция, фильтрация и биохимические методы.
Очистку газов можно производить абсорбцией, адсорбцией и очисткой в электрофильтрах от тонкодисперстных жидких и твердых загрязнений.
Научно-техническая революция и связанный с ней интенсивный рост химического производства, вызывает существенные негативные изменения в окружающей среде. Например отравление пресных вод, загрязнение земной атмосферы, истребление животных и птиц. В результате мир оказался в тисках экологического кризиса. Вредные выбросы альдегидных заводов следует оценивать не только по действию содержащегося в них органических соединений на расположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы - увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций из известняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов.
В зоне до 300 км. от источника загрязнения опасность представляют выбросы. Выбросы замедляют рост с/х культур, весной при таянии снега вызывают гибель икр и молоди рыб. Помимо экологического ущерба налицо экономический ущерб - громадные суммы каждый год теряются при попытках улучшения экологической обстановки.
Серьезнейшей экологической проблемой стали отходы промышленного производства уксусной кислоты. Вы уже знаете, какой вред они наносят окружающей среде. В настоящее время делаются попытки уменьшить количество отходов, загрязняющих окружающую среду. С этой целью разрабатываются и устанавливаются сложнейшие фильтры, строятся дорогостоящие очистные сооружения и отстойники. Но практика показывает, что они хоть и снижают опасность загрязнения, все-таки не решают проблему. Известно, что даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные минеральные вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Воды такого качества могут стать пригодными для потребления только после многократного разбавления чистой водой.
Очевидно, решение проблемы возможно при разработке и внедрении в производство совершенно новых, замкнутых, безотходных технологий. При их применении вода не будет сбрасываться, а будет многократно использоваться в замкнутом цикле. Все побочные продукты будут не выбрасываться в виде отходов, а подвергаться глубокой переработке. Это создаст условия для получения дополнительной нужной человеку продукции и обезопасит окружающую среду.
Техникой безопасности считаются правила поведения, которые при условии их неукоснительного соблюдения сберегут жизнь и здоровье людей от возникновения чрезвычайных ситуаций.
Основными пунктами техники безопасности при производстве служат:
1) соблюдение техники противопожарной безопасности (должны быть оборудованы специальные комнаты для курения и смонтирована пожарная сигнализация);
2) рабочие цехов должны быть обеспечены спецодеждой и респираторами;
3) обеспечение рабочих аптечками первой медицинской доврачебной помощи;
4) обязательное медицинское освидетельствование каждого рабочего;
5) проведение профилактических мероприятий (за счет противопожарных и страховых фондов).
Опасными и вредными производственными факторами являются:
1) Возможность разгерметизации или разрушения используемого технологического оборудования или аппаратов с последующим неконтролируемым истечением горючих паров и газов из системы вследствие: повышения давления в аппаратах больше предельно допустимого значения, повышения температур нагрева метанола, коррозионного и механического износа.
2) Опасность травмирования обслуживающего персонала.
3) Газоопасность. В низких местах, углублениях, где могут образоваться взрывоопасные смеси газов с воздухом. Возможность удушения персонала от нехватки кислорода во время работ. С целью исключения образования взрывоопасных смесей на площадках производства устанавливаются сигнализаторы довзрывных концентраций газов с подачей звукового и светового сигналов.
4) Электроопасность, обусловленная использованием в приводах холодильников и насосов электродвигателей напряжением питания 380В и выше, а также наличием сетей автоматики и сигнализации.

1.7. Технологическая схема и краткое описание производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида

Технологический процесс производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида состоит из трех последовательных стадий:

• 
  окисление ацетальдегида,
  
• 
  выделениенепрореагировавшего ацетальдегида из парогаза,
  
• 
  выделение уксусной кислоты из реакционной смеси и ее очистка.
  

На рис.1 представлена технологическая схема производства уксусной кислоты из ацетальдегида на марганцевом катализаторе. Растворы катализатора и ацетальдегида в циркуляционной кислоте подаются из смесителя 1 и 2 в нижнюю часть окислительной колонны – реактора барботажного типа 3. температурный режим в колонне поддерживается с помощью размещенных в ней охлаждающих змееевиков, по котрым циркулирует вода. По всей высоте в колонну через несколько труб подается под давлением 4*10⁵ Па кислород, который барботирует через жидкость заполняющую колонну. Парогазовая смесь, содержащая продукты окисления, выводится из колонны 3 через брызгоуловитель 4 поступает в конденсатор 5 , охлаждаемый рассолом, и из него в сепаратор 6. Из сепаратора конденсат, состоящий из уксусной кислоты и ацетальдегида, возвращается в окислительную колонну, а несконденсировавшиеся газы промываются водой и выпускаются в атмосферу. Для предотвращения взрыва НУК парогазовая смесь, выходящая из колонны, разбавляется азотом, который подается в брызгоуловитель 4. Жидкая уксусная кислота, выходящая из брызгоуловителя колонны 3, делится на 2 потока. Меньший из них (циркуляционная кислота) направляется в смесители 1 и 2 для приготовления растворов катализатора и ацетальдегида, а больший поступает на ректификацию в колонну 7 для получения товарного продукта. Из нижней части колонны 7 выводится в виде кубового остатка раствор катализатора, поступающий на регенерацию.
Выход уксусной кислоты составляет 92%.

1.8. Основные технологические параметры, влияющие на процесс

Окисление ацетальдегида молекулярным кислородом представляет собой гомогенную каталитическую реакцию, протекающую в жидкой фазе и выражаемую общим уравнением:

СН3СНО+0,5О2 = СН3СООН (а)
Реакция протеакет по цепному механизму через стадию образования надуксусной кислоты (НУК):
СН3-СНО+О2СН3 – С – ООН (б)
||
O
которая, являясь сильным окислителем, окисляет ацетальдегид до уксусного ангилрида:
СН3-СНО+ СН3 – С – ООН(СН3СО)2О+Н2О (в)
||
O
Уксусный ангидрид при достаточном количестве воды гидролизуется до уксусной кислоты:
(СН3СО)2О+Н2О2СН3СНО (г)
Таким образом, в системе всегда сосуществует уксусная кислота, уксусный ангидрид и вода. Очевидно, что, остановив процесс на стадии реакции (в), можно получить в качестве конечного продукта не уксусную кислоту, а уксусный ангидрид. Из этого вытекают два технологических процесса окисления ацетальдегида: получение индивидуальной уксусной кислоты и уксусного ангидрида. Эти процессы различаются природой катализатора, температурой, составом окислительного газа, методом удаления воды.
При получении уксусной кислоты в качетве ктализатора используется раствор ацетата марганца (Mn(СН3СОО)2), ускоряющий реакции (б) и (в), а в качестве окислительного газа применяется чистый кислород. Чтобы избежать накопления легко разлагающейся со взрывом НУК, процесс проводят в растворе циркулирующей уксусной кислоты при температуре не выше 65-70 С. В качестве побочных продуктов образуется ацетон, этилендиацетат, формальдегид, метилацетат, муравьиная кислота, оксиды углерода, которые удаляются при ректификации сырого продукта. Товарным продуктом в этом методе является уксусная кислота концентрацией после двухкратной ректификации 97,5-98,5% мас. Выход уксусной кислоты составляет 92% при степени превращения ацетальдегида 0,98.

1.9. Основной аппарат

Окислительный реактор представляет собой собранную из алюминиевых царг колонну с охлаждающими змеевиками. Уксусный альдегид и катализатор вводят в нижнюю часть колонны, кислород подают по всей высоте колонны. По выходе из реактора парогазовую смесь, содержащую уксусную кислоту, непрореагировавший ацетальдегид и побочные продукты реакции охлаждают, ацетальдегид возвращают в реактор, а сырую уксусную кислоту подвергают дистилляции.

2. Технологические расчеты

2.1. Исходные проектные данные

№ п\п	Исходные данные	Вариант 3
1. 2. 3.	В реактор поступает смесь, т\ч Состав смеси (масс доли), % СН3СНО СН3СООН Катализатор Конверсия, % СН3СНО О2	7 85 13 2 96 65

В реакторе протекает реакция:
СН3СНО+0,5О2СН3СООН+Q

2.2. Расчет материального баланса

1. 
   С
   

   УКС. К-ТА

   
   КАТАЛИЗАТОР
   НЕПРОРЕАГ. КИСЛОРОД
   НЕПРОРЕАГ. АЦЕТАЛЬДЕГИД
   троим диаграмму материальных потоков:
   

Р