Аннотация 2
Введение 6
1 Литературный обзор 8
1.1 Характеристика водно-кислых стоков производства капролактама, образование в них адипиновой кислоты как побочного продукта на ОХК «ЩекиноАзот» 8
1.2 Дериватография как метод исследования термостабильности солей карбоновых кислот 15
1.3 Хроматографический анализ эфира адипиновой кислоты 18
1.4 Получение кальциевых солей адипиновой кислоты 20
1.5 Пиролиз кальциевых солей адипиновой кислоты 21
1.6 Применение продуктов реакции пиролиза адипината кальция - циклических кетонов 26
2 Экспериментальная часть 28
2.1 Постановка задачи экспериментальных исследований 28
2.2 Выделение адипиновой кислоты из водно-кислого стока декантированием водного слоя 28
2.3 Синтез из кристаллической адипиновой кислоты диметиладипинатов реакцией метилирования с диазометаном 29
2.4 Хроматографический анализ полученных эфиров 32
2.5 Получение кристаллического адипината кальция моногидрата 33
2.6 Исследование адипината кальция дериватографическим методом 35
2.7 Пиролиз адипината кальция в кварцевой печи с получением циклопентанона 37
2.8 Расчет материального баланса получения адипината кальция 39
2.8.1 Расчет выхода продукта реакции 39
2.8.2 Составление материального баланса 40
2.9 Расчет теплового баланса получения адипината кальция 42
2.10 Предложение квалифицированного способа использования водно - кислых стоков ОХК «Щекино - Азот» 44
2.11 Подбор подходящей печи пиролиза адипината кальция и расчет ее основных размеров 46
2.11.1 Определение геометрических размеров печи на основе принятых методов расчета 46
2.11.2 Определение геометрических размеров при помощи отношения L/D 47
2.11.3 Определение мощности 47
2.12 Предложение промышленного применения продукта пиролиза адипината кальция - циклопентанона 48
Заключение 50
Список используемых источников 51
Приложение А Принципиальные схемы технологических процессов 55
Капролактам является важнейшим мономером в производстве полиамида-6. Обычная капролактамовая технология основана на ключевом промежуточном циклогексаноне, который получают окислением циклогексана, но также его можно получать из фенола, анилина, толуола. Бензол для капролактамовой промышленности выделяют из продуктов каталитического риформинга бензиновых фракций, а также пиролизом газообразных и жидких углеводородов.
Отдельно сульфат гидроксиламина получают окислением аммиака до закиси азота с последующим гидрированием в присутствии серной кислоты. Затем сульфат гидроксиламина реагирует с циклогексаноном с образованием оксима циклогексанона. Затем следует перегруппировка Бекмана с использованием олеума для получения капролактама. На стадии окисления циклогексана кислородом воздуха, в качестве побочных продуктов, образуются большое количество кислородсодержащих соединений, которые концентрируются в водно-кислых стоках. Одним из таких продуктов является адипиновая кислота.
Рыночный интерес выделения адипиновой кислоты из водно-кислого стока заключается в том, что данное вещество является прекурсором в производстве нейлона 66, ее эфиров и полиуретанов на ее основе, является компонентом средств для удаления накипи, является компонентом при производстве пластификаторов.
Научный интерес заключен в том, что кальциевая соль адипиновой кислоты при высокотемпературной обработке разлагается с образованием циклопентанона. Одна из ключевых областей применения циклопентанона - это ароматическое вещество в парфюмерной промышленности. Кроме того, циклопентанон также находит применение в качестве прекурсора в тонком органическом синтезе, в фармацевтической промышленности, в качестве растворителя, пластификатора, инсектицида [1].
Целью данной работы является разработка способа получения из водно-кислых стоков производства капролактама ценных продуктов для органического синтеза.
Задачами данной работы являются:
1. Изучение состава твердого остатка образца водно-кислого стока (ВКС) методом газовой хроматографии;
2. Получение кальциевой соли адипиновой кислоты в жидкой фазе;
3. Дериватографическое исследование адипината кальция;
4. Термическое разложение адипината кальция в кварцевом реакторе;
5. Хроматографическое исследование полученного жидкого продукта;
6. Составление материального и теплового баланса проведенного процесса;
7. Конструкционный расчет;
8. Подбор типа печи для термического разложения адипината кальция.
В данной бакалаврской работе был проведен хроматографический анализ твердого остатка образца водно - кислого стока (ВКС), предоставленного ОАО «ЩекиноАзот».
Выявлено, что в твердом остатке ВКС содержится до 94% адипиновой кислоты. Из полученной технической адипиновой кислоты была синтезирована ее кальциевая соль - адипинат кальция.
Проведено исследование термостабильности адипината кальция с помощью дериватографа Shimadzu DTG-60/60H. Показано, что для разложения адипината кальция требуется температура 400 °С и выше.
Экспериментально доказана возможность получения пиролизом адипината кальция циклопентанона в кварцевом реакторе. По результатам данного синтеза был рассчитан выход продукта реакции, материальный и тепловой балансы.
По результатам научно-исследовательской работы был предложен квалифицированный способ использования водно - кислых стоков производства капролактама с получением в качестве продукта циклопентанона.
Проведено исследование научной литературы, чтобы показать, насколько широкое применение имеет циклопентанон в современной промышленности. Он является востребованным прекурсором для производства лекарственных препаратов, инсектицидов, пестицидов, фунгицидов различного строения, используется как апротонный растворитель, как мономер при производстве высокомолекулярных соединений, в производстве каучуков.
Разработана принципиальная технологическая схема производства циклопентанона, используя ВКС производства капролактама. Подобрана и рассчитана барабанная вращающаяся печь пиролиза адипината кальция, ее основные конструкторские параметры.
