Производство МАУК мощностью 2000 т/г. Модернизация стадии конденсации

Большей частью реакция конденсации происходит с отщеплением из реагирующего вещества (или веществ) элементов, образующих частицы, обычно—простые, как-то: Н₂, O₂, Н₂O, HСl и пр.

Некоторые конденсации  протекают без участия дополнительных реагентов — для их осуществления  достаточно лишь привести в соприкосновение  при подходящих условиях (температуре) исходные материалы. Чаще, однако, приходится добавлять посторонние вещества, так называемые конденсирующие средства, характер которых очень разнообразен. В число их входят неорганические кислоты, щелочи, соли, восстановители и окислители, а также некоторые органические вещества. Цель прибавления конденсирующего средства — ускорить реакцию между молекулами исходных веществ.

В некоторых  случаях механизм участия этих конденсирующих средств в реакции установлен, в других характер взаимодействия конденсирующих средств с основными реагентами конденсации остается неясным. Некоторые конденсирующие средства применяются в значительных количествах и химически изменяются в процессе реакции. Другие добавляются в небольших количествах и по окончании взаимодействия химическая природа их остается неизменной—в этих случаях конденсирующие средства являются катализаторами реакции.

В конденсирующем средстве реагент, который может  удалить или побудить к выделению  элементы отщепляющейся молекулы (таково конденсирующее действие окислителей при удалении водорода в виде Н₂O, восстановителей при удалении кислорода в виде Н₂O, ZnO и пр.), или реагент, который образует с одним из ингредиентов реакции соединение, обладающее большей реакционной способностью по отношению ко второму ингредиенту, чем сам первый ингредиент. Образование такого рода промежуточных соединений может быть доказано, правда, далеко не всегда.

Конденсации имеют очень большое значение в практике получения как промежуточных продуктов, так и самих красителей. Образование новых углеродных цепей или колец характерно для многих реакций получения  красителей (например, антрахиноновых кубовых).

Органические  молекулы, участвующие в конденсации, могут быть либо одинаковыми, либо различными. Конденсация может происходить или внутри каждой молекулы (внутримолекулярная, интрамолекулярная конденсация) или между двумя (или несколькими) одинаковыми или различными молекулами (межмолекулярная, интермолекулярная конденсация).

Реакции конденсации  могут приводить к образованию  новых циклов (циклические конденсации) или протекать без образования циклов (нециклические конденсации).

Реакции конденсации, протекающие в присутствии кислотных  катализаторов. Реакция Фриделя  — Крафтса. Из реакций конденсации, протекающих в присутствии кислотных катализаторов, широкое применение получила реакция Фриделя — Крафтса. Она заключается во введении в ароматическое ядро алкильного или ацильного радикала в присутствии катализатора — хлористого алюминия.

Согласно  вышеизложенному в качестве технологии производства метаксилидида АУК выбираем технологию основанную на конденсации                мета-ксилидина с дикетеном в среде 50%-ой уксусной кислоты в присутствии ацетата натрия согласно схеме представленной в [ 3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологическая  схема производства.

2.1 Химическая  схема производства.

      В основу производства м-ксилидида  АУК положена реакция конденсации  метаксилидида с дикетеном.Механизмом  реакции является электрофильное  присоединение. Конденсация происходит  в среде 50%-ой уксусной кислоты  в присутствии ацетата натрия.

1.Дикетен  подвергают изомеризации разрывая  его связь при температуре  выше 80°С.

CH₂= С   О       t>80°С

                                         CH₂=CO   CH₂   CO            CH₃    CO   CH=CO

     H₂C     С=О

2. Конденсация  метаксилидида с дикетеном при  температуре 20°С.

 

NH-CO-CH₂–СО-CH₃

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+ CH₃– СО-СН=СО             CH₃

CH₃

 

Протекают побочные реакции процесса:

3. Образование  изомера м-ксилидида АУК.

 

CH₂–CO-CH₂–СО-CH₃

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+ CH₃– СО-СН=СО             CH₃

NH₂

4.Экстракция  м-ксилидида с раствором ацетата  натрия при температуре

30°С с образованием органической кислоты.

 

NH-C=O- CH₂ –ОNa

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+ CH₃COONa              CH₃

CH₃

 

 

4. Взаимодействие  уксусной кислоты и дикетена  с образованием уксусного ангидрида.

2CH₃COOH + С₄H₄О₂ → 2(СH₃ СО₂) ₂О    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Эскизная  технологическая схема производства.

                    τ=0,5ч     t=20°С   р=0,3 МПа       τ=4,91 ч    р=0,3МПа t=50°С

Поступление и

 

подготовка сырья

 

Конденсация

 

метаксилидина с 

 

дикетеном

уксусно-кислый натр.                                                                                      

дикетен

метаксилидид 

 уксусная к-та    

 

           τ=1ч    р=0,3МПа  t=16°С                              р=0,3МПа     τ=4,5 ч.                                                                                                            

Выделение готового

 

продукта

 

 

Фильтрация пасты

 

 мета-ксилидида АУК

                                                                                                                         

                                                      суспензия                                               паста

                                                                                                           

                                                                                   

        

               τ=1ч     р=0,3МПа   t= 16 °С                                                                                                 

       

       Упаковка

Удаление водорастворимых примесей.

 

                                                                        

                                                                         

 

                                                         пром. воды                        

        

Технология  производства мета-ксилидида ацетоуксусной  кислоты состоит из следующих  технологических стадий:

-поступление  и подготовка сырья;                                                                             

- конденсация  мета-ксилидина с дикетеном ;

- выделение  пасты мета-ксилидида ацетоуксусной  кислоты;                               

- фильтрация  и промывка пасты мета-ксилидида  ацетоуксусной кислоты на

 нутч-фильтре;                                                                                                                 

- удаление  водорастворимых примесей;                                                                    

- упаковка  готового продукта.

2.3 Краткий  материальный баланс

Расчет ведем  на 1 т 100 %-ной метаксилидида АУК.

1. Упаковка пасты метаксилидида АУК.

Выход по стадии η = 99,99 %.

m_у.д..с/к = ,

где m_в.с/к – масса 100 %-ного метаксилидида АУК после стадии удаления примесей, кг; m_с/к – масса полученной 100 %-ного метаксилидида АУК, кг.

m_у.д.с/к = кг.

2. Стадия удаления примесей, выход по стадии η = 99 %.

m_ф.с/к = кг.

3. Стадия фильтрации, выход по стадии η = 98 %.

m_в.с/к = кг.

4. Стадия выделения, выход по стадии η = 98 %.

m_к.с/к = кг.

5. Стадия конденсации, выход по стадии η = 86 %.

       m_мет. = , m_к. = кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Полный  материальный баланс.

1.Стадия конденсации  мета-ксилидина с дикетеном:

NH-CO- CH₂ –СО-CH₃

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+ СН₃ – СО-СН=СО              CH₃

CH₃

 

 

Выход по стадии - 86 %

1.1 Масса мета-ксилидина  с учетом выхода реакции:

m_мет. = , m_мет. = кг

1.2 Масса мета-ксилидина  с выходом 100%:

m^η   = (1051*121) / 205 =620,346 кг.

1.3 Масса технического  мета-ксилидина:

m_мкс^тех = m_мкс / w ,

где w = 99% или 0,99 – массовая доля мета-ксилидина,

m_мкс^тех =721,3/0,99 = 728,5 кг.

1.4Масса непрореагирующего  мета-ксилидина:

m_непр = m_мет – m_мет ^η ,

m_непр = 721,3 – 620,346 = 100,95 кг.

Непрореагирующий  мета-ксилидин идет на образование  изомера в кол-ве   1/3 m_непр   и на побочную реакцию 1/2 m_непр .                  

Примеси:

m_прим. = m_т - m_мет. ,

m_прим. = 728,5 – 721,3 = 7,2 кг.

n_вст.в.р = m^η / M_мкс ,

n_вст.в.р = 721,3 / 121 = 5,96 моль.

2.1Масса дикетена  с учетом выхода реакции 72,77% :

m_дик. = кг.

2.2 Масса дикетена  с выходом 100%.

m^η   = (1051*84)/205*1 =430,65 кг.

Масса технического дикетена:

m_дик^тех = m_дик. / w ,

где w = 95% или 0,95 – массовая доля уксусного ангидрида,

m_дик^тех =591,8 / 0,95 = 622,95 кг.

Масса непрореагирующего  дикетена:

m_непр = m_дик^ч – m_дик ^η ,

m_непр = 591,8 – 430,65 = 161,15 кг.

Часть непрореагирующего  дикетена идет на побочную реакцию.

Примеси с  учетом выхода реакции:

m_прим = m_т - m_мет.  ,

m_прим = 622,95– 591,8 = 31,15 кг.

3.Масса метаксилидида  ацетоуксусной кислоты:

m_мкаук = n_вст.в.р * M_мкаук ,

m_мкаук  = 5,96 * 205 = 1221,8 кг.

На стадию конденсации поступают 416,22 кг уксусной кислоты и 17,54кг уксусно-кислого натра.

Рассчитываем  побочные реакции:

1)Взаимодействие  уксусной кислоты и дикетена:

I 2CH₃COOH + С₄H₄О₂ → (СH₃ СО₂) ₂О      (1)

Масса дикетена, который идет на побочную реакцию:

m =141,25 кг.

1. Находим  количество С₄H₄О₂

n(С₄H₄О₂ ) = m_вступ / M_C4H4O2 ,

n(С₄H₄О₂ ) = 141,25/ 84 = 1,68 моль.

2.По реакции  (1) находим массу  (СH₃ СО₂) ₂О    

m((СH₃ СО₂) ₂О ) = 2n(С₄H₄О₂) * M_{(сн3со2)2о} ,

m((СH₃ СО₂) ₂О) = 2*1,68 * 102 = 343,04 кг.

2) Взаимодействие  уксуснокислого натрия с мета-ксилидином:

 

NH-C=O- CH₂ –ОNa

 

 

 

  NH₂

СН₃

CH₃

+ CH₃COONa              CH₃

CH₃

 

(2)

Масса мета-ксилидина, который идет на побочную реакцию:

m=67,3 кг.

n(метаксил.) = m_вступ / M_мет. ,

n(метаксил.) = 67,3/ 121 = 0,56 моль.

m (орган.к-ы)= n(метаксил.)* M_{орг.к-ты}

m (орган.к-ы) =0,56*201= 112,56 кг.

Полученные  данные сведем в таблицу 1:

Таблица 1 - Материальный баланс на стадии конденсации.

Наименование сырья	На 1 тонну		На 1 операцию
	масса, кг		масса, кг
	100 %	техн.	100 %	техн.
Загружено:
1.мета-ксилидин, в том числе: - мета-ксилидин; - примеси	721,3 7,28	728,58	1053,098 10,6288	1063,7268
2. Дикетен, в том числе: - дикетен - примеси	591,7 31,54	622,84	909,3464 863,882 46,0484
3. Уксуная кислота, в том числе:   -уксусная кислота -примеси -вода	401,22 2,091 1065	1468,311	2143,7341     585,7812 3,0528 1554,9
4. Уксусно-кислый натр, в том числе:                                                   -уксусно-кислый натр -примеси	17,54           12,2	29,74	43,4204   25,6084 17,812
Итого:	2849,47	2849,47	4160,2262	4160,2262
Получено:
Суспензия МАУК		2849,47		4160,2262
1. метаксилидид АУК	1221,8		1783,828
2. изомер МАУК	33,64		49,1144
3. дикетен (непр.)	19,9		29,054
4. примеси	53,11		77,5406
5. уксусный ангидрид	343,04		500,8384
6. органическая кислота	112,56		164,3376
7. вода	1065		1554,97
Итого:	2849,47	2849,47	4160,2262	4160,2262