Сернистые красители
Получение красителя сернистого ряда на примере красителя Сернистого ярко-зеленого Ж. Разработка схемы по его производству методом окисления п-аминофенола и N-фенил-1-нафтиамино-сульфокислоты. Расчет материального и теплового баланса. Отходы производства.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.01.2012 |
| Размер файла | 135,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
- ВВЕДЕНИЕ
- 1. СЕРНИСТЫЕ КРАСИТЕЛИ
- 1.1 Общие сведения по сернистым красителям
- 1.2 Сернистые красители, нерастворимые в воде
- 1.2.1 Общая характеристика сернистых красителей, нерастворимых в воде
- 1.2.2 Черные сернистые красители
- 1.2.3 Синие сернистые красители
- 1.2.4 Коричневые сернистые красители
- 2. СЕРНИСТЫЙ ЯРКО-ЗЕЛЕНЫЙ Ж. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНИСТОГО ЯРКО-ЗЕЛЕНОГО Ж
- 3. СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА КРАСИТЕЛЯ СЕРНИСТОГО ЯРКО-ЗЕЛЕНОГО Ж
- 4. СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ КРАСИТЕЛЯ СЕРНИСТОГО ЯРКО-ЗЕЛЕНОГО Ж
- 5. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА
- 6. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
- 7. ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА КРАСИТЕЛЕЙ. ИХ ОЧИСТКА
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
производство краситель сернистый окисление
Красителями, в широком смысле этого слова, называют органические соединения, обладающие способностью поглощать и преобразовывать световую энергию в видимой и ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Применение веществ, способных придавать тот или иной цвет предметам, в том числе волокнам, тканям, поверхности тела, известно с незапамятных времен. Для этого использовались цветные глины, минеральные пигменты, вытяжки из растений и животных.
Только в XVIII веке стали предприниматься попытки создания дешевых синтетических красителей. К этому химиков подтолкнуло бурное развитие текстильной промышленности и переход к машинному производству. Первый синтетический краситель был получен в 1855 г. профессором Я. Натансоном, соединение красного цвета. Позже в 1858 г., во Франции, Верген получил этот же краситель другим способом и назвал фуксином. В том же году Грисс открыл реакцию диазотирования, положившую начало синтезу азокрасителей.
В настоящее время известно большое количество красителей, разделяющиеся по химическому строению: нитрокрасители, нитрозокрасители, азокрасители, арилметановые, хинониминовые, сернистые, индигоидные, антрахиноновые, полициклические, фталоцианиновые, полиметиновые, азометиновые красители [8].
Производство синтетических красителей - отрасль промышленности тонкого органического синтеза. Синтетические красители получают в результате проведения многостадийного химического синтеза из промежуточных продуктов, производимых, в свою очередь, из ароматических и гетероароматических соединений, вырабатываемых угле- и нефтехимической промышленностью. Часто из одного промежуточного продукта получают несколько синтетических красителей. Промежуточные продукты, кроме того, широко используют для производства лекарственных веществ, пестицидов, ростовых веществ и многих других продуктов. Как правило, производство промежуточных продуктов организовано на заводах, которые вырабатывают синтетические красители.
Для промышленности синтетическим красителям характерны: многоассортиментность (большое число марок синтетических красителей), малотоннажность отдельных производств, многостадийность получения большинства красителей (иногда 10 и более стадий). Это затрудняет механизацию и автоматизацию производства и, следовательно, улучшение экономических показателей.
Основные пути прогресса в промышленности синтетических красителей: разработка для каждого вида крашения триад красителей (желтый-пурпурный-голубой), смешением которых по данным расчета цветности на ЭВМ можно получить смесовые марки синтетических красителей любых цветов и оттенков; организация гибких производств, позволяющих с помощью небольшого числа аппаратов повышенной мощности производить широкий ассортимент продукции; изыскание возможностей использования одних и тех же промежуточных продуктов для синтеза возможно большего числа синтетических красителей и применения в качестве промеж. продуктов соединений, производимых для синтеза лекарственных веществ, пестицидов, фотоматериалов и др.
Полученные в результате химического синтеза синтетические красители обычно малопригодны для непосредственного применения в крашении и особенно в печатании. Чтобы красители были удобны в применении и для повышения степени их использования (например, исключение механических потерь, более полная выбираемость из красильных ванн) из них готовят выпускные формы. Это стандартизованные товарные формы, в которых синтетические красители поступают потребителям; кроме красителя, взятого в строго определенной концентрации, в их состав входят различные вспомогательные вещества. На основе одного и того же синтетического красителя может быть приготовлено несколько выпускных форм. Синтетические красители производят в виде непылящих порошков, гранул и жидкостей, в виде растворов.
Применяют синтетические красители для крашения волокон и различных текстильных материалов, кожи, мехов, бумаги, древесины и др.; растворимые в органических средах синтетические красители - для окрашивания бензинов, парафина, спиртов, восков, растительных жиров, синтетических волокон при получении их формированием в массе, пластмасс, резин. Синтетические красители используют также в цветной и черно-белой кинематографии и фотографии, в электрофотографии аналитической химии, в медицине (средства диагностики, при биохимических исследованиях), в жидкостных лазерах, в различных физических приборах в качестве полупроводников и элементов, обладающих фотопроводимостью и некоторыми другими свойствами, как катализаторы [3].
Цель данного курсовой проекта - изучить теоретический материал по данному вопросу.
Задачи курсового проекта:
1) дать характеристику сернистым красителям;
2) рассчитать материальный баланс одного из красителей сернистого ряда;
3) рассчитать тепловой баланс;
4) проиллюстрировать схему его получения;
5) сделать выводы о проделанной работе;
6) описать технологию получения одного из красителей сернистого ряда.
1. СЕРНИСТЫЕ КРАСИТЕЛИ
1.1 Общие сведения по сернистым красителям
Сернистыми называют красители, получаемые нагреванием с серой или полисульфидом натрия различных органических соединений: ароматических моно- и диаминов, динитросоединений, амино- и нитрофенолов, индоанилинов, азинов и др. этот процесс называется осернением.
Сернистые красители являются смесями различных веществ сложного строения с большими молекулами. Строение и свойства этих веществ изменяются в зависимости от условий получения красителей - соотношения количества реагентов, температуры, длительности процесса и др.
Строение сернистых красителей точно не установлено, однако все они содержат серу в гетероциклах и в боковой цепи. Важные синие, зеленые и некоторые другие красителеи, получаемые нагреванием индоанилинов с полисульфидом натрия Na2S2, содержат гетероциклические группировки тиазина и тиантрена:
Кроме гетероциклов, сернистые красители содержат следующие атомы и группы: сульфидные -S-, дисульфидные S-S, полисульфидные Sn (где n>2), сульфгидридные -SH и, возможно сульфоксидные и дисульфоксидные . Эти группы образуют боковые цепи или соединяют гетероциклы. Образование их поясняется следующей схемой. Присоединение серы к индоанилину, например (1), сначала приводит к лейкосоединению (2), которое далее окисляется серой до (3):
Продукт (3) может привести в случае замыкания кольца к производному тиазина, или две молекулы (3), соединяясь дают замещенный триантрен. процесс присоединения серы и окисление лейкосоединения повторяется много раз; часть атомов серы образует боковые цепи или связывает гетероциклы. Наличие в сернистых красителях структур (4) доказано. Некоторым красителям приписывают определенное строение, однако его нельзя считать точно установленным.
Желтые, оранжевые и некоторые коричневые сернистые красители содержат кольцо тиазола . Эти красители обычно получают из ароматических нитро- или аминосоединений, содержащих метильную группу (нитросоединения в процессе синтеза сернистых красителей восстанавливаются в амины). При нагревании с серой или аминосульфидом группы NH2 и CH3 образуют тиазольное кольцо, например при получении дигидротио-п-толуидина (5):
Дальнейшее нагревание с серой и п-толуидином приводит к образованию более сложных веществ, в рассматриваемом примере сначала примулиновых оснований (6) и (7), содержащих два и три кольца тиазола
а потом и сернистых красителей желтого цвета.
1.2 Сернистые красители, нерастворимые в воде
1.2.1 Общая характеристика сернистых красителей, нерастворимых в воде
Сернистые красители выпускают всех цветов, кроме ярко-красного и бирюзового. Окраски ими неярки, довольно прочны к мокрым обработкам, но менее прочны к мокрому трению и совсем непрочны к действию хлора. Светопрочность окрасок хорошая у черных марок, удовлетворительная у синих, зеленых и некоторых коричневых и низкая у оранжевых и желтых красителей.
Сернистые красители вследствие дешевизны и удобства использования применяются для крашения хлопчатобумажных тканей, меньше - для вискозных и льняных тканей. Ассортимент сернистых красителей невелик, обычно не более 15 марок. Наибольшее значение имеют черные красители, а также синие, коричневые и зеленые. При длительном хранении сернистые красители неустойчивы, особенно в присутствии влаги и при повышенной температуре. Поэтому их следует хранить в герметичной таре при невысокой температуре.
1.2.2 Черные сернистые красители
Из многочисленных известных черных сернистых красителей в настоящее время вырабатывается в больших количествах только Сернистый черный, получаемый из динитрохлорбензола и отличающийся простотой изготовления, дешевизной, хорошей прочностью и глубоким оттенком. Ни один краситель не производится в таких больших количествах, как Сернистый черный (около 10% мирового производства всех красителей). Синтез этого красителя состоит из двух основных стадий:
1) омыление 2,4-динитрохлорбензола при кипячении с раствором едкого натра, при котором образуется 2,4-нитрофенолят;
2) осернение динитрофенолята при действии смеси полисульфида состава Na2S3,7 при 110-120°С в течение свыше 24 ч.
Недостатком Сернистого черного является ослабление окрашенного им волокна при хранении вследствие образования серной кислоты и пероксидодв при окислении кислородом воздуха.
1.2.3 Синие сернистые красители
Синие серные красители широко применяются в текстильной промышленности. Они получаются посредством осернения полисульфидом индоанилинов различного строения или продуктов, которые при обработке полисульфидом могут превращаться в индоанилины.
Широкое применение находит Сернистый синий К, при получении которого сначала синтезируют индотолуидин реакцией о-толуидина с п-нитрозофенолом в среде серной кислоты:
Индотолуидин осерняют водным раствором полисульфида натрия Na2S4,8 при нагревании в течение 20-25 ч. Сернистый синий К прочен к стирке и применяется в больших количествах для крашения хлопка.
1.2.4 Коричневые сернистые красители
Для получения коричневых красителей служит как способ осернения в растворе (варка), так и запекание с полисульфидом.
В качестве исходных материалов для получения коричневых красителей применяются преимущественно ароматические нитросоединения: 2,4-динитротолуол, 1,5- и 1,8-динитронафталины, 2,4-динитро-4-гидроксиди-фениламин и другие. Иногда при получении сернистых коричневых красителей добавляют медный купорос, причем оттенок красителей сдвигается в сторону красного. Важнейшим представителем является Сернистый коричневый Ж, который получают восстановлением 2,4-динитротолуола полисульфидом состава Na2S7 и последующим запеканием реакционной массы при постепенном повышении температуры от 120 до 240°С (в течение примерно 12 ч.). Плав растворяют в воде и вновь осаждают краситель серной кислотой. Сернистый коричневый Ж прочен к стирке, но стойкость его к свету и мокрому трению невелика.
Сернистый коричневый получают из смеси 1,5- и 1,8-динитронафталинов способом, напоминающим получение Сернистого коричневого Ж. К раствору дисульфита Na2S2 прибавляют смесь динитронафталинов при 110°С, реакционную смесь нагревают 4 ч. в аппарате, соединенным с обратным холодильником, а затем упаривают в котел Фредеркинга, прибавляют раствор медного купороса и нагревают в течение 8 ч. до 230°С, причем масса упаривается и густеет. Затем ее запекают в течение 12-15 ч. По окончании запекания плав разбавляют небольшим количеством воды и раздробляют мешалкой. Сернистый коричневый относительно стоек к стирке и свету, но недостаточно стоек к мокрому трению.
2. СЕРНИСТЫЙ ЯРКО-ЗЕЛЕНЫЙ Ж. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНИСТОГО ЯРКО-ЗЕЛЕНОГО Ж
Сернистые красители зеленого цвета получаются, как и синие, осернением индоанилинов раствором полисульфида. Для получения более ярких зеленых красителей применяются индоанилины, производные нафталина. Осернение ведут в присутствии солей меди, что приводит к углублению оттенков получаемых красителей.
Сернистый ярко-зеленый Ж образуется посредством осернения полисульфидом индоанилина (1), получающегося при окислении смеси п-аминофенола и фенил-Пери-кислоты:
Осернение ведут водным полисульфидом натрия Na2S4,3 в течение примерно 50 ч. при 102-103°С в присутствии медного купороса. Краситель довольно прочен к стирке, но недостаточно устойчив к свету и мокрому трению. Прочность к стирке повышается при обработке окрашенного волокна закрепителем ДЦМ. Этот дешевый краситель применяется для крашения хлопка и вискозного волокна.
3. СТАДИИ ПРОИЗВОДСТВА КРАСИТЕЛЯ СЕРНИСТОГО ЯРКО-ЗЕЛЕНОГО Ж
Как говорилось в предыдущей главе краситель Сернистый ярко-зеленый Ж образуется посредством осернения полисульфидом индоанилина, получающегося при окислении смеси п-аминофенола и фенил-Пери-кислоты:
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
Для того, чтобы получить п-аминофенол и фенил-Пери-кислоту необходимо провести ряд реакций, а именно:
- для получения п-аминофенола:
1) хлорирование бензола с выделением хлороводорода
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
2) нитрование хлорбензола с выделением воды
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
3) взаимодействие п-нитрохлорбензола с едким натром с выделением хлорида натрия и воды
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
4) взаимодействие п-нитрофенолята натрия с гидросульфидом натрия с выделением сероводорода и гидроксида натрия
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
- для получения фенил-Пери-кислоты:
1) нитрование нафталина с выделением воды
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
2) гидрирование 1-нитронафталина с выделением воды
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
3) взаимодействие 1-нафтиламина с хлорбензолом с выделением хлороводорода
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
4) получение фенил-Пери-кислоты при взаимодействии фенилнафтиламина-1 с серной кислотой
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
5) окисление п-аминофенола с фенил-Пери-кислотой с выделением воды
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
6) осернение полученного соединения до Сернистого ярко-зеленого Ж
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
4. СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ КРАСИТЕЛЯ СЕРНИСТОГО ЯРКО-ЗЕЛЕНОГО Ж
Рис. 1. Схема получения красителя Сернистого ярко-зеленого Ж
Бензол подают хлорируют в реакторе 1, продукты делятся на 3 потока. Первый поток идет на стадию получения 4-нитро-1-хлорбензола в реактор 2, второй поток, содержащий хлороводород направляют на регенерацию хлора. Третий поток направляется на стадию получения N-фенил-1-нафтиламина в реактор 13 через теплообменник 12, где его нагревают до необходимой температуры. 4-нитро-1-хлорбензол далее направляют в теплообменник 3, где нагревают до температуры 170 °C, реакция в реакторе 4 ведется под давлением. Далее полученный п-толиламин натрия из реактора 4 направляется в теплообменник 5, а из него в реактор 6, где непосредственно получают п-аминофенол для получения красителя. Вода из реактора 2 после проведения нитрования направляется в водосборник 9.
Нафталин для получения 1-нитронафталина направляется в реактор 10, после чего продукт направляется на гидрирование водородом в реактор 11. Далее 1-нафтиламин направляется в теплообменник 12, а из него в реактор 13 для получения с помощью хлорбензола третьего потока из первого реактора N-фенил-1-нафтиламина, который направляют в реактор 14 для получения N-фенил-1-нафтиламиносульфокислоты.
На последней стадии производят окисление п-аминофенола и N-фенил-1-нафтиламиносульфокислоты в реакторе 7. Вода со всех процессов, протекающих с ее выделением направляется в водосборник 9.
5. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА
Материальный баланс рассчитан производительности 1000 кг в месяц 5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфо-кислоты, необходимой для осернения сульфидом натрия для дальнейшей стадии получения красителя. Расчет ведется с конечной стадии получения целевого продукта для выбора наиболее рациональных количеств исходных веществ. Следовательно, первым делом необходимо вычислить массу 1000 кг красителя по реакции (выход 98%).
Таблица 1
Стадия получения 5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфо-кислоты
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
П-аминофенол |
109 |
2,860 |
2,526 |
275,308 |
|
|
2. |
N-фенил-1-нафтиламино-сульфокислота |
299 |
7,846 |
2,526 |
755,203 |
|
|
3. |
Кислород |
32 |
0,840 |
2,526 |
80,824 |
|
|
4. |
Азот |
28 |
88,451 |
304,054 |
8513,504 |
|
|
5. |
Хлороводород |
36,5 |
0,000 |
0,001 |
0,037 |
|
|
6. |
Н-гептан |
100 |
0,001 |
0,001 |
0,100 |
|
|
7. |
Циклогексан |
84 |
0,002 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
9625,145 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфокислота |
404 |
10,389 |
2,475 |
1000,000 |
|
|
2. |
Вода |
18 |
0,926 |
4,950 |
89,109 |
|
|
3. |
П-аминофенол |
109 |
0,057 |
0,051 |
5,506 |
|
|
4. |
N-фенил-1-нафтиламино-сульфокислота |
299 |
0,157 |
0,051 |
15,104 |
Продолжение таблицы 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
5. |
Кислород |
32 |
0,017 |
0,051 |
1,616 |
|
|
6. |
Азот |
28 |
88,451 |
304,054 |
8513,504 |
|
|
7. |
Хлороводород |
36,5 |
0,000 |
0,001 |
0,037 |
|
|
8. |
Н-гептан |
100 |
0,001 |
0,001 |
0,100 |
|
|
9. |
Циклогексан |
84 |
0,002 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
9625,145 |
Для производства 1000 кг 5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфокислоты потребуется 275,308 кг п-амино-фенола, 755,203 кг N-фенил-1-нафтиламиносульфокислоты и 80,824 кг кислорода.
Теоретический выход 5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфо-кислоты
Фактический выход 1020,408 кг.
Наиболее широко распространен способ получения 5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфо-кислоты путем взаимодействия п-аминофенола с N-фенил-1-нафтиламиносульфокислотой [14].
Исходя из справочной литературы по получению 5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфо-кислоты в промышленности этим методом, считаем, что выход бензальдегида равным 98% по п-аминофенолу. Оставшиеся 2% составляют потери, а также исходные вещества, не вступившие в реакцию друг с другом в результате проскока и побочные продукты реакции, составляющие потери.
Уравнение реакции получения 5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфокислоты будет суммарно выглядеть так:
1. Так как известно, что фактическая масса 5-(4-оксо-циклогекса-2,5-диенилиден-амино)-8-фениламино-нафталин-1-сульфокислоты 1000 кг составляет лишь 98%, расчет исходного сырья для его получения ведется по теоретическому 100% выходу. Отсюда:
1) масса п-аминофенола на входе в реактор
2) количество п-аминофенола
3) количество N-фенил-1-нафтиламина равно количеству п-аминофенола 2,526 кмоль
4) масса N-фенил-1-нафтиламина на входе в реактор
5) количество кислорода, необходимого для окисления п-аминофенола и N-фенил-1-нафтиламиносульфокислоты равно количеству п-аминофенола 2,526 кмоль
6) масса кислорода на входе в реактор
7) масса воздуха, содержащего 80,824 кг кислорода
8) общая масса реагентов, поступивших в реактор с учетом примесей
9) массовые доли исходных реагентов, вступающих в реакцию на входе в реактор
7) масса воды, выделившейся в результате реакции
8) масса п-аминофенола на выходе из реактора
9) масса N-фенил-1-нафтиламиносульфокислоты на выходе из реактора
10) масса кислорода на выходе из реактора
11) общая масса всех веществ на выходе из реактора
12) массовые доли продуктов реакции
Далее расчет идет по двум направлениям: получение п-аминофенола и N-фенил-1-нафтиламиносульфокислоты. Сначала рассчитаем материальный баланс для получения п-аминофенола.
Таблица 2
Стадия получения п-аминофенола
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
П-толиламин натрия |
131 |
70,053 |
2,631 |
344,661 |
|
|
2. |
Гидросульфид натрия |
56 |
29,974 |
2,631 |
147,336 |
|
|
3. |
Н-гептан |
100 |
0,001 |
0,001 |
0,100 |
|
|
4. |
Циклогексан |
84 |
0,002 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
491,997 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
П-аминофенол |
109 |
55,957 |
2,526 |
275,308 |
|
|
2. |
Сульфид натрия |
78 |
40,043 |
2,526 |
197,009 |
|
|
3. |
П-толиламин натрия |
131 |
2,802 |
0,105 |
13,786 |
|
|
4. |
Гидросульфид натрия |
56 |
1,198 |
0,105 |
5,893 |
|
|
5. |
Н-гептан |
100 |
0,001 |
0,001 |
0,100 |
|
|
6. |
Циклогексан |
84 |
0,002 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
491,997 |
Для того, чтобы произвести 275,308 кг п-аминофенола, необходимо взять 344,661 кг п-толиламина натрия и 147,336 кг гидросульфида натрия.
Таблица 3
Стадия получения п-толиламина натрия
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
П-нитрофенолят натрия |
161 |
96,350 |
2,685 |
432,236 |
|
|
2. |
Водород |
2 |
3,591 |
8,054 |
16,108 |
|
|
3. |
Н-гептан |
100 |
0,022 |
0,001 |
0,100 |
|
|
4. |
Циклогексан |
84 |
0,037 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
491,997 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
П-толиламин натрия |
131 |
76,828 |
2,631 |
344,661 |
|
|
2. |
Вода |
18 |
21,113 |
5,262 |
94,716 |
|
|
3. |
П-нитрофенолят натрия |
161 |
1,927 |
0,054 |
8,645 |
|
|
4. |
Водород |
2 |
0,072 |
0,161 |
0,322 |
|
|
6. |
Н-гептан |
100 |
0,022 |
0,001 |
0,100 |
|
|
7. |
Циклогексан |
84 |
0,037 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
491,997 |
Таблица 4
Стадия получения п-нитрофенолята натрия
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
П-хлорнитробензол |
157,5 |
79,709 |
2,826 |
445,094 |
|
|
2. |
Гидроксид натрия |
40 |
20,243 |
2,826 |
113,040 |
|
|
3. |
Н-гептан |
100 |
0,018 |
0,001 |
0,100 |
|
|
4. |
Циклогексан |
84 |
0,030 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
558,402 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
П-нитрофенолят натрия |
161 |
77,406 |
2,685 |
432,236 |
|
|
2. |
П-хлорнитробензол |
157,5 |
3,985 |
0,141 |
22,255 |
|
|
3. |
Гидроксид натрия |
40 |
1,012 |
0,141 |
5,652 |
|
|
4. |
Хлороводород |
36,5 |
17,549 |
2,685 |
97,991 |
|
|
6. |
Н-гептан |
100 |
100 |
0,018 |
0,001 |
|
|
7. |
Циклогексан |
84 |
84 |
0,030 |
0,002 |
|
|
Итого |
100 |
558,402 |
Таблица 5
Стадия получения п-нитрохлорбензола
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
Хлорбензол |
112,5 |
41,119 |
2,800 |
315,041 |
|
|
2. |
Азотная кислота |
63 |
23,027 |
2,800 |
176,423 |
|
|
3. |
Серная кислота |
98 |
35,819 |
2,800 |
274,436 |
|
|
4. |
Н-гептан |
100 |
0,013 |
0,001 |
0,100 |
|
|
5. |
Циклогексан |
84 |
0,022 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
766,167 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
П-хлорнитробензол |
157,5 |
56,415 |
2,826 |
445,094 |
|
|
2. |
Вода |
18 |
6,447 |
2,744 |
49,398 |
|
|
3. |
Азотная кислота |
63 |
0,461 |
0,056 |
3,528 |
|
|
4. |
Серная кислота |
98 |
35,819 |
2,800 |
274,436 |
|
|
6. |
Н-гептан |
100 |
0,018 |
0,001 |
||
|
7. |
Циклогексан |
84 |
0,030 |
0,002 |
||
|
Итого |
100 |
766,167 |
Таблица 6
Стадия получения хлорбензола
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
Бензол |
78 |
52,317 |
2,948 |
229,925 |
|
|
2. |
Хлор |
71 |
47,622 |
2,948 |
209,290 |
|
|
3. |
Н-гептан |
100 |
0,023 |
0,001 |
0,100 |
|
|
4. |
Циклогексан |
84 |
0,038 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
439,483 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
Хлорбензол |
112,5 |
71,684 |
2,800 |
315,041 |
|
|
2. |
Дихлорбензол |
147 |
0,986 |
0,029 |
4,333 |
|
|
3. |
Хлороводород |
36,5 |
23,747 |
2,859 |
104,365 |
|
|
4. |
Бензол |
78 |
2,093 |
0,118 |
9,197 |
|
|
6. |
Хлор |
71 |
1,429 |
0,088 |
6,279 |
|
|
7. |
Н-гептан |
100 |
0,023 |
0,001 |
0,100 |
|
|
8. |
Циклогексан |
84 |
0,038 |
0,002 |
0,168 |
|
|
Итого |
100 |
439,483 |
Получение N-фенил-1-нафтиламиносульфокислоты
Таблица 7
Стадия получения N-фенил-1-нафтиламиносульфокислоты
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
N-фенил-1-нафталамин |
219 |
69,085 |
2,604 |
570,249 |
|
|
2. |
Серная кислота |
98 |
30,915 |
2,604 |
255,180 |
|
|
Итого |
100 |
825,430 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
N-фенил-1-нафтиаминосуль-фокислота |
299 |
91,492 |
2,526 |
755,203 |
|
|
2. |
Вода |
18 |
5,508 |
2,526 |
45,464 |
|
|
3. |
N-фенил-1-нафталамин |
219 |
2,073 |
0,078 |
17,107 |
|
|
4. |
Серная кислота |
98 |
0,927 |
0,078 |
7,655 |
|
|
Итого |
100 |
825,430 |
Таблица 8
Стадия получения N-фенил-1-нафтиламина
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
1-нафтиламин |
143 |
55,969 |
2,604 |
372,354 |
|
|
2. |
Хлорбензол |
112,5 |
44,031 |
2,604 |
292,936 |
|
|
Итого |
100 |
665,291 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
N-фенил-1-нафталамин |
219 |
85,714 |
2,604 |
570,249 |
|
|
2. |
Хлороводород |
36,5 |
14,286 |
2,604 |
95,042 |
|
|
Итого |
100 |
665,291 |
Таблица 9
Стадия получения 1-нафтиламина
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
1-нитронафталин |
173 |
96,648 |
2,604 |
450,470 |
|
|
2. |
Водород |
2 |
3,352 |
7,812 |
15,623 |
|
|
Итого |
100 |
|||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
1-нафтиламин |
143 |
79,888 |
2,604 |
372,354 |
|
|
2. |
Вода |
18 |
20,112 |
5,208 |
93,739 |
|
|
Итого |
100 |
466,093 |
Таблица 10
Стадия получения 1-нитронафталина
|
№ п/п |
Название |
Молярная масса, кг/кмоль |
% масс. |
Количество вещества, кмоль |
Масса, кг |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Приход |
||||||
|
1. |
Нафталин |
128 |
44,290 |
2,604 |
33,296 |
|
|
2. |
Азотная кислота |
63 |
21,799 |
2,604 |
164,044 |
|
|
3. |
Серная кислота |
98 |
33,911 |
2,604 |
255,192 |
|
|
Итого |
100 |
752,532 |
||||
|
Расход |
||||||
|
1. |
1-нитронафталин |
173 |
59,861 |
2,604 |
450,470 |
|
|
2. |
Вода |
18 |
6,288 |
2,604 |
46,870 |
|
|
3. |
Серная кислота |
98 |
33,911 |
2,604 |
255,192 |
|
|
Итого |
100 |
752,532 |
6. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА
Размещено на http://www.allbest.ru/
36
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 2. Температурная схема теплообменного аппарата
1. Тепловая нагрузка [5, 11]
где GГ - расход холодного теплоносителя, кг/с.
ДtХ - разность температур холодного теплоносителя
СХ - теплоемкость холодного теплоносителя при среднем температурном напоре Дt*, кДж/(кг·с.)
,
где
При таком среднем температурном напоре теплоемкость бензола
Тогда
2.
где GГ - расход хлороформа, кг/ч.
rГ - удельная теплота парообразования воды, кДж/кг
xГ - степень сухости хлороформа
NГ - тепловая нагрузка горячего теплоносителя, кВт
,
где NХ - тепловая нагрузка холодного теплоносителя
3. Средняя температура горячего теплоносителя
4. Средняя температура холодного теплоносителя
Необходимое сечение трубного пространства
Плотность воды
Динамическая вязкость воды
Критерий Рейнольдса берем равный 10000
Диаметр трубок dт=25мм=0,025м, толщина стенок д=2мм=0,002м, тогда
Тогда необходимая скорость потока будет
где WX - необходимая скорость потока в трубках, м/с.
Re - критерий Рейнольдса
мХ - динамическая вязкость воды, Па·с.
сХ - плотность воды, кг/м3
отсюда необходимое сечение трубного пространства
где SТ - сечение трубного пространства, м2
где К - коэффициент теплопередачи горячего теплоносителя (для Н2О)
К=1
Площадь поверхности теплообмена
Из результатов расчета теплового баланса видно, что для непрерывного производства Сернистого ярко-зеленого Ж на предприятии с производительностью его 1000 кг в месяц, необходим небольшой теплообменник, либо производство из непрерывного режима работы следует свести к периодическому или увеличить его производительность.
7. ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА КРАСИТЕЛЕЙ. ИХ ОЧИСТКА
Производство красителей связано с использованием огромного количества воды, значительная часть которой затем сбрасывается в загрязненном состоянии. В результате производства арилметановых красителей загрязнение сточных вод ароматическими соединениями является основным. Для того, чтобы не допустить влияния производства арилметановых красителей на окружающую среду проводится очистка сточных вод перед их сбросом в водоемы.
Высокая химическая активность углеводородов, их способность к донорно-акцепторным взаимодействиям с полярными соединениями объясняет их большую, чем у других классов углеводородов, физиологическую активность и высокую токсичность. При этом ароматические углеводороды лучше растворимы в воде, чем другие углеводороды, легче образуют аэрозоли, эмульсии и суспензии. Большие масштабы производства и потребления ароматических углеводородов, в частности при производстве арилметановых красителей, их широкое использование в различных отраслях народного хозяйства делает особенно важным профилактические меры по защите от неблагоприятных воздействий ароматических углеводородов.
Содержание ароматических углеводородов в сточных водах может достигать величин, превосходящих физическую растворимость, из-за образования эмульсий и суспензий. Для их удаления рекомендуют использовать следующие методы.
Адсорбцией на активированном угле извлекаются бензол и нафталин [2, с. 71]. По данным [1, с. 250], степень извлечения составляет 80-95%.
Способность бензола и его гомологов образовывать положительно азеотропные смеси с водой позволяет полностью удалять эти углеводороды при перегонке воды (азеотропная отгонка ароматических углеводородов [1, с. 23]. Вода после отстоя ароматических углеводородов возвращается в цикл.
Экстракция из сточных вод растворителями применяется для извлечения стирола, толуола, а также нафталина и полициклических ароматических углеводородов. В качестве растворителей используют ограниченно растворимые в воде петролейный эфир, различные фракции бензинов, а также поглотительное и соляровое масло.
При очистке вод коагуляцией с гидроксидами металлов удается удалить и полициклические ароматические углеводороды [6, с. 102]. Сложные смеси ароматических углеводородов удаляют из сточных вод флотационным методом.
Ароматические углеводороды могут быть разрушены при сжигании, химическом и биологическом окислении. Все углеводороды ряда бензола сгорают при уничтожении сточных вод, свободных от минеральных примесей [9]. Однако такой метод рационально использовать только при высоких концентрациях органических веществ в растворах сточных вод (не менее 4%).
Глубокая очистка (на 98-99%) ароматических углеводородов возможна при окислении вод озоном, а также при обработке сточных вод хлором [6].
Перечисленные приемы позволяют избавиться от небольших количеств ароматических углеводородов при обработке воды, направляющейся на водопроводные станции, так как в грунтовых водах и чистой озерной и речной воде может быть соответственно 1-10 и 10-50 мкг канцерогенных полициклических углеводородов на 1 м3 воды [4]. Применение их для очистки больших объемов промышленных сточных вод пока что мало реально.
Наиболее хорошо для деструкции ароматических углеводородов в разбавленных сточных водах применяют биологическую очистку. Например, биологическую очистку можно использовать для обезвреживания воды, содержащей бензол, толуол, ксилолы и нафталин, для деструкции бензола и его гомологов. [7].
Отмечается, что биологическое окисление углеводородов представляет значительную сложность (они окисляются значительно труднее, чем алифатические углеводороды). Разрушение бензола микроорганизмами возможно, но после длительной адаптации [6, с. 28].
Циклические углеводороды в целом окисляются труднее парафиновых. Из циклоалканов возможность окисления доказана экспериментально для серии веществ, начиная от первого их представителя циклопропана до циклооктана, а также их метил- и этилпроизводных, циклоалкиламинов, пиперидинов, гекса-, гепта- и октаметиленимина. Биологически окисляются гидрохинолины, спирановые гетероциклы. Циклоалканы -- характерный пример случая, когда принципиально биоокисление возможно (оно доказано), но не проходит в очистных сооружениях, вследствие чего эти вещества отнесены к группе биологически неокисляемых.
Очистка сточных вод и газовых выбросов от ароматических углеводородов - обязательная составная часть любых схем производства при использовании этих соединений [7].
Изобретение касается способа очистки сточных вод, содержащих сульфиды, который включает в себя окисление сульфидов до элементарной серы в реакторе с сульфидокисляющими бактериями в присутствии кислорода и выделение из сточных вод, по крайней мере, части серы, образовавшейся в ходе окисления.
Такой способ описан, например, в международной патентной заявке W0 91/16269. Согласно этому способу используется минимальное соотношение между сульфидами и биомассой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте были рассмотрены сернистые красители. При выполнении работы был проведен литературный обзор по данной теме.
В качестве примера получения красителя сернистого ряда взят краситель Сернистый ярко-зеленый Ж.
В ходе курсового проекта была разработана схема по производству красителя методом окисления п-аминофенола и N-фенил-1-нафтиамино-сульфокислоты.
Наиболее подробно в материальном балансе рассмотрена стадия окисления п-аминофенола и N-фенил-1-нафтиамино-сульфокислоты с выходом 98%.
Побочные продукты, а также исходные вещества, не вступившие в реакцию, направляются на регенерацию и посредством рециклинга поступают на стадии, где данные реагенты служат исходными веществами, что частично сокращает расходы на сырье и материалы для получения красителя.
В работе выполнен тепловой расчет теплообменного аппарата для нагрева бензола, подаваемого на стадию получения нитробензола.
Производительность предприятия для расчета теплового и материального баланса по производству красителя выбранным методом условно взята 1000 кг/месяц.
Произведен анализ способов очистки сточных вод от сбросов производства арилметановых красителей, в частности от ароматических соединений таких как бензол, толуол, бензальдегид, а также циклоалканов и др.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беспамятов Г.П. и др. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде М. - Л.: Химия, 1975. - 455 с.
2. Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных сточных водах. М. - Л.: Химия, 1976. - 128 с.
3. Кнунянц И.Л. Химическая энциклопедия. В 5 т. Т.2. М.: Советская энциклопедия, 1990. - 671с.
4. Лейте В. Определение органических загрязнений питьевых, природных и сточных вод. Пер. с нем. / Под ред. Ю.Ю. Лурье. М.: Химия, 1974. - 336 с.
5. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 2006. - 576 с.
6. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977. - 463 с.
7. Соколов В.З., Харлампович Г.Д. Производство и использование ароматических углеводородов. М.: Химия, 1980. - 336 с.
8. Степанов Б. И., Введение в химию и технологию органических красителей, 2 изд., М., 1977. - 448 с.
9. Термические методы обезвреживания отходов / Под ред. К.К. Богушевской и Г.П. Беспамятова. Л.: Химия, 1975. - 175 с.
10. Чекалин М.А., Пасет Б.В., Иоффе Б.А. Технология органических красителей и промежуточных продуктов. - Л.: Химия, 1980. - 472 с.
11. База данных ChemCAD
12. Электронный ресурс http://ru.wikipedia.org/wiki/
13. Электронный ресурс http://www.himhelp.ru/section25/section27/
14. Электронный ресурс http://www.jurnal.org/articles/2010/
15. Электронный ресурс http://www.ximicat.com/
Размещено на www.allbest.ru
Подобные документы
Общая характеристика производства и производимой продукции. Исследование исходного сырья, материалов и энергоресурсов. Приготовление раствора мононатриевой соли Фенил-пери кислоты. Выделение и фильтрация красителя органического Кислотного синего 2К.
отчет по практике [168,9 K], добавлен 06.07.2012Теоретические аспекты реакций диазотирования. Расчетно-графическое моделирование производства красителя органического Кислотного синего 2К (стадии диазотирования и приготовления натриевой соли фенил-пери кислоты) мощностью 50 т/год 100% продукта.
курсовая работа [296,2 K], добавлен 01.07.2012Акролеин как простейший альдегид этиленового ряда, его получение методом окисления олефинов по насыщенному атому углерода. Расчет материального и теплового балансов стадии синтеза. Термодинамический анализ основной реакции и расчет константы равновесия.
курсовая работа [546,4 K], добавлен 12.03.2015Общая схема производства сульфитной целлюлозы. Получение сернистого ангидрида. Очистка и охлаждение печных газов. Приготовление кислоты на растворимых основаниях. Технология сульфитной варки, ее современные режимы. Регенерация сернистого газа и тепла.
реферат [710,8 K], добавлен 22.10.2011Описание технологической схемы получения фталоцианина меди. Расчёт материального и теплового балансов. Особенности схемы автоматизации установки. Расчет фильтра, необходимого для фильтрования образующегося красителя. Расчет размеров основных аппаратов.
курсовая работа [529,1 K], добавлен 15.03.2015Строение атома оксида серы, его молекулярная формула, валентность, тип кристаллической решетки. Нахождение в природе сернистого газа SO2. Его физические и химические свойства. Получение сернистого газа в промышленности и в лабораторных условиях.
презентация [330,6 K], добавлен 13.05.2015Основные требования к промышленным реакторам. Термодинамика и кинетика окисления диоксида серы. Математические модели химических реакторов. Модель реактора идеального вытеснения и полного смешения. Получение максимальной степени окисления диоксида серы.
курсовая работа [284,2 K], добавлен 17.06.2010Описание промышленных способов получения серной кислоты. Термодинамический анализ процесса конденсации и окисления диоксида серы. Представление технологической схемы производства кислоты. Расчет материального и теплового баланса химических реакций.
реферат [125,1 K], добавлен 31.01.2011Товарные и определяющие технологию свойства серной кислоты. Сырьевые источники. Современные промышленные способы получения серной кислоты. Пути совершенствования и перспективы развития производства. Процесса окисления сернистого ангидрида. Катализатор.
автореферат [165,8 K], добавлен 10.09.2008Получение сульфата аммония из аммиака и серной кислоты в лабораторных условиях. Тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции. Приготовление и смешивание растворов. Получение сульфата аммония из сернистого газа, мирабилита, гипса и кислорода.
курсовая работа [994,1 K], добавлен 23.05.2015
