Производство метилформиата

Таким образом, синтез целесообразно проводить, используя  в качестве катализатора медь, при  температуре 200-300^оС. В выбранных условиях процесс синтеза метилформиата можно классифицировать как сложный, обратимый, гетерогенный каталитический процесс.

5. Технологическая схема

Первая  пилотная установка получения метилформиата  была построена в 1979 году японской фирмой Mitsubishu Gas Chemical Co. на основе медь-цинковых катализаторов, запатентованных в 1978г.  В заявке  японских  ученых  предложена конструкция реактора для  получения метилформиата с высоким  выходом и водорода как побочного  продукта с использованием гетерогенного  катализатора.  В настоящее время используется несколько усовершенствованная схема получения метилформиата дегидрированием метанола.

5.1 Описание технологической схемы

Исходный  метанол поступает в ёмкость 1, где смешивается с рециркулирующим метанолом, который содержит 0,6% метилформиата. Из ёмкости 1 насосом 2 сырье последовательно подается паровой испаритель 3, где происходит его испарение (температура кипения 65^оС) и теплообменник 4, в которых последовательно испаряется и нагревается за счёт тепла продуктов реакции до температуры 200^оС. После теплообменников сырье поступает в трубчатый реактор 5, в трубках которого находится катализатор, в межтрубное пространство подается высокотемпературный теплоноситель (ПМС). Продукты реакции, содержащие метилформиат, метанол и газы (СО 6,7% от массы газовой смеси и Н₂ -93,3%), отдав тепло исходному метанолу, направляются в колонну ректификации 6. Метанол, выходящий из куба колонны, пройдя водяной холодильник (на схеме не показан), поступает в ёмкость 1.

С верха колонны легкокипящий компонент, содержащий 5% метанола, направляется в дефлегматор 7 и сепаратор 8. газообразные продукты, содержащие пары метилформиата направляются в отбойник (на схеме не показан). Часть жидкого метилформиата из отбойника и дефлегматора подаётся в качестве флегмы в ректификационную колонну. Товарный метилформиат поступает в сборник или к потребителю. Газообразные продукты, отделяемые в сепараторе 8, могут быть использованы в процессах гидрирования, гидроформилирования или направляются на сжигание для получения дополнительного количества энергии.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2 Принципиальная технологическая схема установки  синтеза метилформиата.

1-сырьевая  емкость, 2- насос, 3,4 – теплообменники, 5 – реакционный аппарат, 6-ректификационная  колонна, 7-дефлегматор, 8-сепаратор.

6. Расчет материального баланса ХТС
1. Исходные данные для расчета

Таблица 2

Показатель	Значение
Конверсия метанола, %	16,5
Содержание метилформиата в циркулирующем  метаноле, % (по массе)	0,60
Содержание оксида углерода (II) в газообразных продуктах, % (по объему)	6,7
Содержание метанола в товарном метилформиате-ректификате, % (по массе)	5
Базис расчета, кг метилформиата-ректификата	1000

 

6.2 Структурная блок-схема

 

 

 

 

 

Рис.3 Структурная блок-схема производства метилформиата. 1-блок смешения исходного сырья с рециркулирующим; 2 – блок синтеза метилформиата из метанола; 3 – блок разделения

 

6.3 Материальный баланс ХТС

В ходе расчета  материального баланса учитываем :

1. Основную реакцию дегидрирования

2 CH₃OH ®  HCOOCH₃ + 2H₂

2. Побочную реакцию разложения метилформиата

HCOOCH₃  СН₃ОН + CO

Материальные  балансы по блокам установки:

1. G₀₁ – G₁₂ + G₁₃=0
2. G₁₂=G₂₃
3. G₂₃ -G₃₀₁ - G₃₀₂ -G₃₁=0
4. G₃₀₁= 1050
5. 0,995G₃₀₁ – 0,155G₀₁ – 0,148G₃₁ + 0,572G₃₀₂=0
6. -7,968G₃₀₂ + 0,165G₀₁ + 0,164G₃₁=0

G₃₀₁ – поток метилформиата-ректификата, в котором, по условию, содержится 5% метанола (по массе).

 G₃₀₁= 1000 + 0,05*1000 = 1050

Материальный  баланс по метилформиату:

-         Количество метилформиата в рециркуляте =0,006G₃₁

-        Количество метилформиата, образовавшегося по реакции (1)

     = + = 0,155G₀₁ + 0154G₃₁

-         Количество  метилформиата, прореагировавшего по реакции (2)

=

=0,067*

         G₃₀₂=* + *=0,067*28 + 0,933*2=3,742

=0,267G₃₀₂

= *0.067* = 0,572G₃₀₂

-     Масса образовавшегося метилформиата-ректификата:

       0,995G₃₀₁ – 0,155G₀₁- 0,154G₃₁ + 0,006G₃₁ + 0,572G₃₀₂ = 0

       0,995G₃₀₁ – 0,155G₀₁- 0,148G₃₁ + 0,572G₃₀₂ = 0

Материальный  баланс по метанолу:

- Количество образовавшегося водорода равно количеству прореагировавшего метанола:

=0,933=0,249

==0,249

     =0,249** G₃₀₂=7,968G₃₀₂

-     Количество прореагировавшего метанола с учетом степени превращения:

=X* + 0,995*X* = 0,165 + 0,164

      -7,968 + 0,165 + 0,164 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Подготовка системы уравнений для решения на ЭВМ

Таблица 3

Соответствие  переменным потока

Наименование потока	Условное обозначение	Хi	Размерность	Значение по расчету
Исходный метанол		X1	кг	1206,7
Метанол, смешанный с рециркулятом		X2	кг	7607,8
Продукты реакции		X3	кг	7607,8
Метилформиат-ректификат		X4	кг	1050
Газообразные продукты		X5	кг	156,7
Рециркулирующий метанол		X6	кг	6401

 

Таблица 4

Матрица коэффициентов

№ уравнения	ai при xi						bi  свободный член
	X1	X2	X3	X4	X5	X6
1	1	-1	0	0	0	1	0
2	0	1	-1	0	0	0	0
3	0	0	1	-1	-1	-1	0
4	0	0	0	1	0	0	1050
5	-0,155	0	0	0,995	0,572	-0,148	0
6	0,165	0	0	0	-7,968	0,164	0

 

Систему уравнений решаю методом  Гаусса с использованием специальной  программы Polinom.

 

 

6.5 Представление результатов анализа

Материальный  баланс химико-технологической системы  производства метилформиата каталитическим дегидрированием метанола на 1000 кг метилформиата–ректификата.

Таблица 5

Приход			Расход
Статья прихода	Масса, кг	%	Статья расхода	Масса, кг	%
Метилформиат Метанол   Газообразные продукты: - Оксид углерода(II) - Водород	1000 50       78,5 78,2	82,9 4,1       6,5 6,5	Метанол	1206,7	100
Всего	1206,7	100	Всего	1206,7	100
			Невязка	-	-

 

 

 

 

 

 

Рис.4 Структура входных и выходных потоков системы.

 

 

5. Поточная диаграмма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет основных показателей процесса.
1. Расходные коэффициенты по сырью

= = = 1,07

 

= = =1,21

 

2. Выход  метилформиата

А.по реакционному узлу

= = *100%=14,1%

Низкое  значение выхода метилформиата объясняется  низким показателем степени превращения (Х=16,5%). Большая часть метанола не реагирует, а направляется на рециркуляцию.

   Б. по системе в целом

== *100%=88,4%

 

3. Селективность

==*100%=86%

 

Достаточно  высокое значение селективности  можно объяснить тем, что весь прореагировавший метанол израсходовался лишь на образование метилформиата  и не вступил ни в какие побочные реакции. В данном процессе небольшое  количество метилформиата разложилось  с образованием оксида углерода (II) и метанола.

 

 

8. Список использованной литературы
1. Старчевский М.К., Паздерский Ю.А., Моисеев И.И. Метилформиат: методы получения. //Хим. Пром. 1991. №7, с.389-393
2. Егорова Е.В. Получение метилформиата каталитическим дегидрированием метанола. //Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.  – М.: МИТХТ им.М.В.Ломоносова, 1998
3. Краснянская А.Г., Лендер Ю.В., Лелека В.Э. Равновесие реакции получения метилформиата из метанола.  // Хим.пром. 1986, №5, с.264
4. Егорова Е.В., Антонюк С.Н., Мартюшин А.И., Песин О.Ю. Термодинамика дегидрирования метанола в метилформиат// Хим.пром. 1994. №11, с 9