ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОПРЕНА ИЗ ИЗОПЕНТАНА И ИЗОАМИЛЕНОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СТЕРЛИТАМАКСКИЙ ФИЛИАЛ

ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Естественнонаучный факультет

Кафедра химии и химической технологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОПРЕНА ИЗ ИЗОПЕНТАНА И ИЗОАМИЛЕНОВ

Работа допущена к защите	Выполнил:
Заведующий кафедрой	Студент 5 курса, гр. ZХИМ-41
Абдрашитов Я.М., д.т.н., профессор	очно-заочного отделения
______________________________	Белавин Е. Н.
(подпись)	___________________________
«____»______________20 __ г.	(подпись)
Научный руководитель:
Залимова М.М., к.х.н., доцент
___________________________
(подпись)

Стерлитамак 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                              2

1 Литературный обзор                                                                                             3

1.1 Физико-химические свойства изопрена                                                3

1.2 Основные способы получения изопрена                                               4

                   1.2.1 Получение изопрена из изобутилена и формальдегида         4

                   1.2.2 Дегидрированием изопентана                                                   5

                   1.2.3 Получение изопрена из пропилена                                           5

                   1.2.4 Синтез изопрена из ацетилена и ацетона                                 6

2 Основная часть                                                                                                      7

2.1Получение изопрена из изопентана и изоамиленов                             7

2.1.1 Изомеризация пентана в изопентан                                          7

2.1.2    Дегидрирование изопентана в изоамилены                          10

2.1.3 Выделение изопентан-изоамиленовой фракции из

контактного газа дегидрирования изопентана                               13             

2.1.3    Разделение изопентан-изоамиленовой фракции                  16

2.1.5    Дегидрирование изоамиленов в изопрен                              18

2.1.6    Выделение и очистка изопрена                                              22

2.1.7    Химическая очистка изопрена от циклопентадиена            26

2.1.8 Очистка изопрена от тяжелых углеводородов С₅

небольшими добавлениями диметилформамида                           28                  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                     31

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ                                              35

ВВЕДЕНИЕ

Изопрен является основным звеном макромолекул натурального каучука, однако до конца 1940-х годов ни один синтетический каучук не мог по комплексу свойств заменить натуральный. Ситуация в корне изменилась после открытия К. Циглером и Дж. Натта новых каталитических систем для стереоспецифической полимеризации ненасыщенных углеводородов. В результате усилий ученых многих стран (США, России(СССР), Италии и др.) были разработаны эффективные способы получения цис-1,4-полиизопрена, являющегося структурным аналогом и заменителем натурального каучука. Мировые мощности по производству синтетического изопренового каучука сегодня превышают 1,3 млн т/ год.

Цель курсовой работы: рассмотреть процесс получения изопрена методом двух стадийного дегидрирования изопентана.

1 Литературный обзор

В промышленном масштабе освоены шесть методов получения изопрена:

- из изобутилена и формальдегида;

- дегидрированием изопентана;

- из пропилена;

- из ацетилена и ацетона;

- жидкофазным окислением углеводородов.

Почти каждый из перечисленных методов существует в нескольких технических вариантах.

Наиболее простой вариант получения изопрена-извлечение из фракций С₅пиролиза нефти, содержащей обычно 15-20% изопрена. Эта фракция образуется в качестве побочного продукта при получении этилена и пропилена в количествах, не превышающих 15-20% от выхода этилена. Однако для промышленной реализации метода необходимо транспортировать эту фракцию с различных нефтеперерабатывающих заводов, что создает определенные трудности.

Изопентан и изопентены, обладающие углеводородным скелетом конечного продукта, являются дефицитными продуктами в связи с тем, что они широко применяются как высокооктановая добавка к качественным бензинам (не содержащим тетраэтилсвинец). Это ограничивает возможность их применения для получения изопрена [4, с.15].

1.1 Физико-хические свойства изопрена

Изопрен (2-метилбутадиен-1,3)-ненасыщенный углеводород, принадлежащий к диеновому ряду, представляющий собой бесцветную летучую жидкость с характерным запахом. Является мономером натурального каучука, остаток его молекулы входит во множество других природных соединений-изопреноидов, терпеноидов и т. д.

Основное применение в промышленности-синтез изопреновых каучуков, некоторых медицинских препаратов, душистых веществ.

В таблице 1  приведены примеры распространенных ингибиторов-бактерицидов, применяемых для подавления жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий [33, с. 367]:

Таблица 1- Распространенные ингибиторы – бактерициды, применяемые для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий.

Формула соединения	Название соединения	Концентрация (%) в растворителе
	бензальдегид	0,1%, этанол
	салициловый альдегид	0,1%, этанол
	анисовый альдегид	0,1%, этанол
	ванилин	0,1%, этанол
	n – нитроанилин	0,5%, этанол

1.2 Основные способы получения изопрена

1.2.1 Получение изопрена из изобутелена и формальдегида

Из изобутилена и формальдегида:

На первой стадии образуется диметилдиоксан. Реакцию проводят в трубчатых реакторах, в которые противотоком подают фракцию углеводородов  С₄ с содержанием изобутилена 40-50% и формалин, содержащий не менее 35% формальдегида; кат. - 1-2%-ная H2SO4. Выход продукта 74-80% по формальдегиду. На второй стадии диметилдиоксан, разбавленный перегретым паром, разлагают в адиабатических реакторах в присутствии кальций фосфатного катализатора, катализатора ниобиевой кислоты (JP 62-174032); изопрен выделяют ректификацией. Выход 43-46%.

1.2.2 Дегидрированием изопентана.

На первой стадии в кипящем слое алюмохромового…..

На рисунке 7 приведена схема химической очистки изопрена.

(сначала упоминаем про рисунок, либо таблицу , а потом уже их представлем).  См все отступы: заголовки идут на  уровне отступа 1,25 , Табл 12шр,1 отступ; рисунок и подписи на одной стр без переноса: наимен оборуд и потоков 12шр 1 отс по ширине, а заглавие рисунка 14 шр табл, рисунки и заголовки выделяем сверху и снизу отступом 1,5+1,5  С новой стр начинаем только главы: 1,2,3,,ВВЕДЕНИЕ, ЗАКЛЮЧЕНИЕ,СПИСОК,

,.ПРИЛОЖЕНИЕ если есть.,

I-изопрен; II-смесь циклогексанона и бутилового спирта; III-фульвены;IV-отдувки на абсорбцию углеводородов;V-паровой конденсат; VI, VII-конденсат на отпарку углеводородов; VIII-водород; IX-отдувки в линию контактного газа дегидрирования изоамиленов; X-изопрен- ректификат.

1-диафрагмовый смеситель; 2,7,14,18-теплообменники;3₁,3₂,3₃-реакторы химической очистки изопрена от циклопентодиена;4-ректификационная колонна;5-кипятильник; 6,10,12,16,22,24-емкости; 8-дефлегматор; 9, 21-конденсаторы; 11, 13, 17, 23-насосы;15- отмывочная колонна;19- реактор гидрирования; 20-сепаратор.

Рисунок 7-Принципиальная схема химической очистки изопрена

2.1.8 Очистка изопрена от тяжёлых углеводородов С₅ небольшими добавками диметилформамида

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе рассмотрен один из самых распространённых промышленных методов получения изопрена, путем двух стадийного дегидрирования изопентана. Данный метод реализован в промышленном масштабе на заводе «Синтез-Каучук» в Стерлитамака Республике Башкортостан.

Дегидрирования изопентана и изопентан-изоамиленовых фракций при атмосферном давлении в среде водяного пара циклами дегидрирование-регенерация в стационарном слое катализатора на основе платины и олова, нанесенных на алюмоцинковую шпинель: мас.%: платина - 0,05-2,0, олово - 0,1-6,0 позволяет более эффективно осуществлять процесс.

Изопрен-изоамиленовые углеводороды разделяют методом экстрактивной ректификации с использованием в качестве селективного растворителя водного ацетонитрила или безводного диметилформамида.

В процессе регенерации диметилформамида образуются сточные воды в количестве около 0,5 м3/т. Характеристика сточных вод: концентрация диметиламина-20 г/л, диметилформамида-около 1 г/л, ХПК-порядка 10 г/л.

Одностадийный способ получения изопрена включает жидкофазное взаимодействие формальдегида с изобутиленом или триметилкарбинолом в присутствии водного раствора кислотного катализатора при повышенных температуре и давлении. Процесс осуществляют в двух последовательных реакционных ступенях, с отбором с верха реактора второй ступени продуктов реакции и выделением из них изопрена. Технический результат - снижение себестоимости изопрена за счет снижения сырьевых, энергетических и капитальных затрат, упрощение аппаратурного оформления процесса, усовершенствование технологии процесса, а также повышение выхода изопрена.

Обнаружено, что наибольшую эффективность в качестве катализаторов проявляют соли фосфорной кислоты и гетерополикислот вольфрама и молибдена. Однако одностадийный синтез по многим показателям не конкурентоспособен по отношению к двух стадийному процессу. Реализация  его в промышленности связана с рядом трудно разрешимых технических проблем: выход целевого продукта с единицы объема катализатора составляет всего 10%, неполная конверсия формальдегида и дорогого сырья-чистого изобутилена.

Достоинства способа получения изопрена из изобутилена и формальдегида - использование в качестве энергоносителя электромагнитного излучения может иметь ряд преимуществ:

- исключается использование водяного пара и необходимость очистки воды от побочных продуктов реакции;

- увеличится длительность работы реактора в непрерывном режиме, без забивки аппаратуры и замены катализатора;

- безынерционное воздействие электромагнитного излучения обеспечит высокие темпы нагрева сырья;

- коэффициент полезного действия (КПД) электромагнитного излучения СВЧ - диапазона значительно превышает КПД традиционных способов нагрева;

- упростится технологическое оформление процесса, осуществляемого в одном реакционном объёме, повысится его экологичность;

-уменьшатся энергозатраты в связи с уменьшением температуры процесса.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.     Кирпичников, П, А., Береснев, В, В., Попова, Л, М.. Альбом технологических схем основных производств промышленности синтетического каучука. - Л.: Химия,1986. - С. 224

2.     Кирпичников, П, А., Авереко-Антонович, Л, А., Авереко-Антонович, Ю,О.. Химия и технология синтетического каучука. - Л.: Химия, 1987. - С. 424

3.     Соколов, Р, С., Химическая технология. - М.: Владос, 2000. - 1т.

4.     Гармонова И, В., Синтетический каучук-2-е изд. - Л.: Химия, 1983.

5.     Идлис, Г, С., Огородников, С, К.. Производство изопрена. - Л.: Химия, 1973. - С. 296

6.     Павлов, С, Ю., Суровцев, А, А., Перспективы развития производства изопрена и полиизопренового каучука. Химическая промышленность. - Л.: Химия, 1997. - С. 1219

7.     Гильмутдинов, Н, Р., Хафизов, А, В., Коршунов, А, И., Нефтепереработка и нефтехимия. - Л.: Химия, 1996. - С. 209

8.     Аминова, Л, З., Баженов, Ю, П., Промышленность СК. - Л.: Химия, 1998. - С. 215

9.     Соболев, В, М., Бородина, И,В., Промышленные синтетические каучуки. - М.: Химия, 1977. - С. 282

10.                        Котельников, Г, Р., Патанов, В, А., Буянов, Р,А.. Исследование и разработка технологии производства мономеров и синтетические каучуков. - М.: ЦНИИТЭ нефтехим, 1979. - С. 183

11.                        Пахомов, Н, А., Буянов, Р,А., Мороз, Э,М., Нанесенные металлические катализаторы превращения углеводородов. - Н.: ИК СО АН СССР, 1978. - С. 227

12.                        Слинько, М,Г., Принципы и методы технологии каталитических процессов. - Н.: МХТ, 1999. - С. 538.

13.                        Слинько, М,Г., Научные основы теории каталитических процессов и реакторов. Кинетика и катализ. - Т.: Химия, 2000. - С. 946

14.                        Баландин, А, А., Богданова, O, K., Щеглова, А,П., Получение изопрена путем каталитической дегидрогенизации изопентанов. - М.: АН СССР, 1965. - С.1322

15.                        Богданова, O, K., Щеглова, А, П., Баландин, А, А., Каталитическая дегидрогенизация изопентан-изопентеновых смесей. - Л.: Известия АН СССР. Отд. химических наук, 1959. - С.352.

16.                        Щеглова, А, П., Богданова, O,K., Баландин, А,А., Каталитическая дегидрогенизация изомерных изопентенов. - Л.: Известия АН СССР. Отд. химических наук, 1963. - С.1006

17.                        Войкина, Н,В., Махлис, JI,A., Киперман, С, Л., Богданова, O,K., Кинетика и катализ. - М.: Химия, 1974. - С. 665

18.                        Тюряев, И, Я., Теоретические основы получения бутадиена и изопрена методами дегидрирования. - Киев: Наукова думка, 1973. - С.271

19.                        Рид, В, Р., Шервуд, М, Т., Праусниц, Д, М., Свойства газов и жидкостей. -Л.: Химия, 1982. -С. 591

20.                        Котельников, Г, Р., Максименко, A, M., Минакова, В, Б., Катализаторы дегидрирования низших парафиновых и олефиновых углеводородов. -М.: ЦНИИТЭ нефтехим, 1969. - С. 215

21.                        Котельников, Г,Р., Струнникова, Л, B., Патанов, В, А., Катализаторы дегидрирования низших олефиновых, парафиновых и алкилароматических углеводородов. - М.: ЦНИИТЭ нефтехим, 1978. - С. 181

22.                        Котельников, Г, Р., Технологии катализаторов дегидрирования и некоторые проблемы оптимизации. - Н.: ЖПХ, 1997. - С. 283.