Курсовая работа: Химия и технология производства 2–нафтола щелочным плавлением

Консистенция реакционной массы в плавильных котлах может изменяться от достаточно подвижной жидкости (при плавке в производстве фенола и крезолов) до густой вязкой массы (при плавке в производстве 2-нафтола) и малоподвижной тестообразной массы (при производстве И- и гамма-кислот). В первом случае для перемешивания используют пропеллерные мешалки, делающие 100—150 об/ мин. В густых плавках главной опасностью является налипание на стенки аппарата слоя реакционной массы, что предотвращается при перемешивании якорными мешалками, которые при вращении (40—60 об/мин) почти касаются стенок котла (зазор между аппаратом и мешалкой 2—3 мм).

Закрытая щелочная плавка отличается от открытой более мягкими условиями по температуре и концентрации применяемой щелочи. В ряде случаев необходимая температура превышает температуру кипения раствора исходной щелочи или реакционного раствора при атмосферном давлении, поэтому процесс проводят под давлением до 2,5 МПа в автоклавах.

При наличии избыточного давления (в производстве С-, СС-, Аш-и азуриновой кислот), щелочное плавление проводится в автоклавах, изготовленных из стали и защищенных от щелочной коррозии чугунными вкладышами (подробно конструкция автоклавов и их узлов рассмотрена в разд. 6.10). Перемешивание осуществляется лопастными или рамными мешалками; для достижения температур выдержки применяют обогрев водяным паром или паром ВОТ, подаваемыми в рубашку или в змеевик, и обогрев топочными газами.

Открытая щелочная плавка имеет следующие преимущества перед закрытой: большая производительность вследствие высокой концентрации ингредиентов; применение оборудования, работающего без избыточного давления; возможность выделения сульфита натрия после гашения плава. К недостаткам относятся: большие энергозатраты; возможность окисления продукта реакции при контакте с воздухом; пригорание малоподвижных реакционных масс вследствие высокой температуры. Для предотвращения окисления плав защищают от контакта с воздухом созданием над ним паровой подушки. При проведении закрытой плавки эти нежелательные возможные осложнения процесса практически исключаются, но производительность плавки меньше, и в ряде случаев применяют оборудование, работающее под избыточным давлением.

Интересным процессом открытой плавки является «сухая» плавка в производстве резорцина, для которой используют свободные от воды динатриевую соль бензол-1,3-дисульфокислоты и чешуированный гидроксид натрия. Процесс имеет две характерные особенности: изменение температуры (300—380°С) во времени и изменение состояния (консистенции) реакционной массы, — что определяет его аппаратурное оформление.

В начале процесса исходная смесь ингредиентов достаточно подвижна. При температуре около 300°С происходит замещение первой сульфогруппы, выделяющаяся вода благодаря гигроскопичности гидроксида натрия остается временно в реакционной смеси, которая приобретает тестообразную консистенцию. По мере увеличения температуры вода удаляется, и необходимым становится измельчение образующихся твердых кусков до порошкообразного состояния.

2.3.1 Щелочное плавление β–соли

Щелочное плавление β - соли ведут в закрытом чугунном котле 6 с якорной мешалкой. Емкость котла 2500 – 5000 л в зависимости от масштабов производства. На 2,3 моль едкого натра (в виде 87-88 %-го расплава) равномерно и непрерывно загружают I моль β - соли (в виде 81-85 %-й пасты) при 300-310 °С. По окончании загрузки быстро нагревают реакционную массу до 325-335 °С и дают кратковременную выдержку при этой температуре. В процессе плавления поверхность плава защищают от действия воздуха паровой подушкой.

После плавления в реакционной массе содержится около 3 % свободного едкого натра, около 40 % β-нафтолята (считая на 2-нафтол), около 35 % сульфита натрия и 1-2 % непрореагировавшей β - соли.

Едкий натр в процессе щелочного плавления β - соли можно применять как в твердом состоянии, так и в виде 42 или 70-73 %-го раствора. В приведенной схеме применяется 42 % - й раствор NaOH. Из сборника 1 раствор подают через мерник 2 в выпарной котел 3. После упаривания щелочи до концентрации 80-85 % плав погружным насосом перекачивают в плавильный котел 6. В случае применения 70-73 %-го раствора щелочи его можно упаривать непосредственно в плавильном котле.

После реакции готовый плав немедленно переводят в гаситель 7, куда предварительно заливают воду или первую промывную воду после промывки 2-нафтола. Плав разбавляют примерно в 3 раза, чтобы в раствор перешли и нафтолят и сульфит натрия. Этим различается "решение" нафтолятного и фенольного плава. (Приложение А).

2.3.2 Подкисление раствора нафтолята

Подкисление раствора нафтолята проводят сернистым газом, который образуется при нейтрализации сульфомассы.

Процесс проводят в стальных футерованных кислотоупорной плиткой герметичных аппаратах 2 с фаолитовой мешалкой. Реакционную массу после подкисления передают на расслаивание в стальную, футерованную кислотоупорной плиткой воронку 6 с мешалкой. В воронке массу нагревают острым парой до 100 °С и размешивают. Затем масса отстаивается и разделяется на два слоя - сульфитный и нафтольный. В этой же воронке нафтольный слой промывают и повторяют нагревание, размешивание и отстаивание. Вторая промывка 2-нафтола проводится в воронке 7 чистой водой. Промывная вода после отстаивали), передается в воронку 6 на первую промывку нафтольного слоя. Сульфитный слой (содержание сульфита натрия не менее 15 %), отделенный от нафтольного в воронке 6, направляется в сборник 11 и далее на нейтрализацию сульфомассы, если содержание в нем 2-нафтола не превышает 1 %. При большем содержании 2-нафтола раствор направляют в аппарат 10, где при охлаждении до 30-40 °С выкристаллизовывается 2-нафтол. Осадок 2-нафтола отфильтровывают на фильтр-прессе 8, который разгружают после нескольких операций фильтрования. Выгруженный из фильтр-пресса обратный 2-нафтол в аппарате 9 обрабатывают серной кислотой для освобождения от сульфита и возвращают на первую промывку в воронку 6.(Приложение А.1).

2.3.3 Очистка 2 – нафтола

После промывки проводят окончательную очистку 2-нафтола в две стадии - обезвоживанием и дистилляцией.

Сырой 2-нафтол из сборника 1 направляется в обезвоживатель 2, где 2-нафтал расплавляют, нагревая его до 125-130 °С и добавляя воду. Пары воды конденсируются в теплообменнике 5, и конденсат направляется на промывку 2-нафтола, присоединяясь ко второй промывной воде.

Обезвоженный продукт, содержащий не менее 87-90 % 2-нафтола и не более 1,5 % минеральных примесей, передается в перегонный куб 4. При 120-130 °С и вакууме из куба отгоняется остаток воды, поступающий в приемник 8. Увлекаемый парами воды 2-нафтол возвращают из приемника на обезвоживание. При 180-200 °С из куба начинает отгоняться 2-нафтол, первую порцию которого присоединяют к первому погону. Готовый продукт поступает в обогреваемый приемник 9, где поддерживается температура 140-160 °С. Прием чистого 2-нафтола продолжается до тех пор, пока в погоне не появляется желтый оттенок. Погоны желтого продукта направляют в приемник 8. Оставшуюся в кубе смолу передавливают паром в стальной гранулятор 5, залитый водой. Гранулы смолы отфильтровывают на фильтр б, выгружают и отвозят в отвал или на сжигание.

2-нафтол подают в напорный бак 13, а оттуда в барабанный кристаллизатор 14. На линии между приемниками 8,9 и вакуум-насосом установлены ловушки 2-нафтола 10,11,12. Во время перегонки различных фракций ловушки охлаждаются водой. По окончании операций, накопившийся в ловушках 2 - нафтол, расплавляют и направляют в аппарат для обезвоживания 2.(Приложение А.2).

Выход по всему производству 2-нафтола - 74 %.

3 Контроль процесса щелочного плавления и методы определения гидроксисоединений

В процессе щелочного плавления периодически отбирая пробы плава, определяют в них содержание щелочи. Если в двух последовательно взятых пробах содержание щелочи остается постоянным, то это указывает на окончание реакции. Аналогично конец реакции можно определить по количеству образовавшегося в плаве сульфита натрия. Так контролируют, например, процесс щелочного плавлени