📄Работа №213348
Тема: Оптимизация процесса разложения 4,4-диметилдиоксана-1,3 в производстве изопрена
Характеристики работы
Тип работы
Бакалаврская работа
Предмет
Природопользование
Объем:
51 листов
Год:
2025
Просмотров:
39
4510
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
АННОТАЦИЯ
Введение 6
1 Анализ существующих способов получения изопрена 8
1.1 Способы получения изопрена 8
1.1.1 Получение изопрена из бутенов-2 и синтез-газа 8
1.1.2 Синтез изопрена из ацетилена и ацетона 9
1.1.3 Синтез изопрена из пропилена 10
1.1.4 Синтез изопрена жидкофазным окислением изопентана 11
1.1.5 Производство изопрена из формальдегида и изобутилена 12
1.1.6 Жидкофазная технология получения изопрена из изобутилена и
формальдегида 14
1.1.7 Выделение изопрена из фракции С5 пиролиза жидких
нефтепродуктов 14
1.1.8 Одностадийный метод получения изопрена из триметилкарбинола
и 1,3,5-триоксана на катионообменной смоле с использованием микроволнового излучения 15
1.1.9 Синтез изопрена из 1,3-диоксолана и изобутилена 16
1.1.10 Способ получения изопрена из формальдегида и изобутилена на
цеолитных катализаторах 17
1.2 Патентный поиск 18
2 Технологическая часть 25
2.1 Общая характеристика производства 25
2.2 Характеристика производимой продукции и сырья 26
2.3 Технологическая схема и описание процесса 27
3 Расчётная часть 30
3.1 Материальный баланс базового процесса разложения диметилдиоксана
в производстве изопрена 30
3.2 Материальный баланс процесса разложения диметилдиоксана в
производстве изопрена после оптимизации 35
3.3 Расчет испарителя 40
3.4 Расчет реактора разложения ДМД 44
Заключение 46
Список используемой литературы 48
Введение 6
1 Анализ существующих способов получения изопрена 8
1.1 Способы получения изопрена 8
1.1.1 Получение изопрена из бутенов-2 и синтез-газа 8
1.1.2 Синтез изопрена из ацетилена и ацетона 9
1.1.3 Синтез изопрена из пропилена 10
1.1.4 Синтез изопрена жидкофазным окислением изопентана 11
1.1.5 Производство изопрена из формальдегида и изобутилена 12
1.1.6 Жидкофазная технология получения изопрена из изобутилена и
формальдегида 14
1.1.7 Выделение изопрена из фракции С5 пиролиза жидких
нефтепродуктов 14
1.1.8 Одностадийный метод получения изопрена из триметилкарбинола
и 1,3,5-триоксана на катионообменной смоле с использованием микроволнового излучения 15
1.1.9 Синтез изопрена из 1,3-диоксолана и изобутилена 16
1.1.10 Способ получения изопрена из формальдегида и изобутилена на
цеолитных катализаторах 17
1.2 Патентный поиск 18
2 Технологическая часть 25
2.1 Общая характеристика производства 25
2.2 Характеристика производимой продукции и сырья 26
2.3 Технологическая схема и описание процесса 27
3 Расчётная часть 30
3.1 Материальный баланс базового процесса разложения диметилдиоксана
в производстве изопрена 30
3.2 Материальный баланс процесса разложения диметилдиоксана в
производстве изопрена после оптимизации 35
3.3 Расчет испарителя 40
3.4 Расчет реактора разложения ДМД 44
Заключение 46
Список используемой литературы 48
📖 Аннотация
В данной работе проведено исследование, направленное на оптимизацию ключевой стадии термического разложения 4,4-диметилдиоксана-1,3 (ДМД) в промышленном производстве изопрена. Актуальность исследования обусловлена сохраняющейся потребностью в повышении селективности и энергоэффективности процессов синтеза этого важнейшего мономера для получения синтетических каучуков, что напрямую влияет на экономические и экологические показатели производства. Основным результатом работы является разработанная на основе анализа отчетов НТЦ ООО «Тольяттикаучук» технологическая оптимизация, позволяющая увеличить выход изопрена и снизить энергозатраты, что подтверждено выполненными расчетами материальных балансов и оборудования. Научная значимость заключается в систематизации современных подходов к синтезу изопрена, а практическая – в предоставлении конкретных инженерных решений для модернизации действующих производств. Обзор литературы, проведенный в работе, опирается на исследования, включая анализ традиционных промышленных методов, описанных Бесковым В.С. и Сафроновым В.С., рассмотрение инновационных подходов, таких как одностадийный синтез с использованием микроволнового излучения (Буркин К.Е. и соавт.), а также изучение патентных разработок, например, авторского свидетельства Баталина О.Е. и др., что формирует комплексное представление о технологических возможностях в данной области.
📖 Введение
«Изопрен (2-метил-1,3-бутадиен) - один из основных мономеров для получения искусственных каучуков, синтезу которых посвящено множество работ, лежащих в основе тонких химических технологий» [31,33].
«Принадлежит к ненасыщенным углеводородам, относящихся к диеновому ряду» [26]. На рисунке 1 изображена структурная формула изопрена. Вещество лучше всего растворяется в органический соединениях, к примеру, в спиртах. В воде изопрен растворяется очень плохо.
«Кроме того, его химические остатки обнаруживаются во множестве природных соединений, известных как изопреноиды и терпеноиды» [ 15].
|
СНз
сн2 = С - сн = сн2
Рисунок 1 - Структурная формула изопрена
Стабильное и эффективное получение изопрена имеет большое значение для химической промышленности, поскольку напрямую влияет на качество конечной продукции и экономическую эффективность производства.
«Несмотря на богатую историю разработки способов получения этого мономера, проблема развития высокоселективных превращений остается нерешенной до настоящего времени» [33]. Основным технологическим ограничением является значительная теплота процесса, обусловленная необходимостью высокотемпературных условий. Данный фактор вызывает нежелательные вторичные процессы, которые быстро загрязняют и выводят из строя катализаторы. Поэтому в лучших научных центрах мира ищут новые методы, которые позволят получать изопрен более эффективно и экологично.
«Уже давно известно, что изопрен является основным звеном для построения макромолекул натурального каучука, однако лишь в последние несколько десятилетий научились синтезировать из изопрена каучук, по комплексу свойств близкий к натуральному. До организации промышленного производства стереорегулярного изопренового каучука изопрен использовался в промышленности СК в незначительных количествах» [32].
Процесс получения изопрена на «Тольяттикаучуке» основан на газофазном разложении изобутилена и формальдегида с применением неподвижного слоя катализатора, что обеспечивает равномерный доступ реагентов к катализатору и позволяет проводить реакцию в одной фазе.
Изопрен, производимый на «Тольяттикаучуке», является основным сырьём для изготовления синтетических изопреновых каучуков, которые широко применяются в шинной промышленности и других резинотехнических изделиях. Завод выпускает каучуки марок СКИ-3 и СКИ- 3С, различающиеся по типу используемого стабилизатора.
Актуальность выбранной темы работы - в крупнотоннажном производстве изопрена ООО «Тольяттикаучук» снижение себестоимости продукции и экономия энергоресурсов являются актуальными задачами.
Цель работы - увеличение выхода продукта и снижение энергозатрат при производстве изопрена разложением 4,4-диметил-1,3-диоксана.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- на основе анализа научной и патентной литературы выбрать направление оптимизации существующей технологии производства изопрена;
- изучить технологическую схему с описанием технологического процесса разложения диметилдиоксана;
- провести расчёты материального баланса разложения диметилдиоксана по базовой технологии и после оптимизации;
- произвести расчёты оборудования.
«Принадлежит к ненасыщенным углеводородам, относящихся к диеновому ряду» [26]. На рисунке 1 изображена структурная формула изопрена. Вещество лучше всего растворяется в органический соединениях, к примеру, в спиртах. В воде изопрен растворяется очень плохо.
«Кроме того, его химические остатки обнаруживаются во множестве природных соединений, известных как изопреноиды и терпеноиды» [ 15].
|
СНз
сн2 = С - сн = сн2
Рисунок 1 - Структурная формула изопрена
Стабильное и эффективное получение изопрена имеет большое значение для химической промышленности, поскольку напрямую влияет на качество конечной продукции и экономическую эффективность производства.
«Несмотря на богатую историю разработки способов получения этого мономера, проблема развития высокоселективных превращений остается нерешенной до настоящего времени» [33]. Основным технологическим ограничением является значительная теплота процесса, обусловленная необходимостью высокотемпературных условий. Данный фактор вызывает нежелательные вторичные процессы, которые быстро загрязняют и выводят из строя катализаторы. Поэтому в лучших научных центрах мира ищут новые методы, которые позволят получать изопрен более эффективно и экологично.
«Уже давно известно, что изопрен является основным звеном для построения макромолекул натурального каучука, однако лишь в последние несколько десятилетий научились синтезировать из изопрена каучук, по комплексу свойств близкий к натуральному. До организации промышленного производства стереорегулярного изопренового каучука изопрен использовался в промышленности СК в незначительных количествах» [32].
Процесс получения изопрена на «Тольяттикаучуке» основан на газофазном разложении изобутилена и формальдегида с применением неподвижного слоя катализатора, что обеспечивает равномерный доступ реагентов к катализатору и позволяет проводить реакцию в одной фазе.
Изопрен, производимый на «Тольяттикаучуке», является основным сырьём для изготовления синтетических изопреновых каучуков, которые широко применяются в шинной промышленности и других резинотехнических изделиях. Завод выпускает каучуки марок СКИ-3 и СКИ- 3С, различающиеся по типу используемого стабилизатора.
Актуальность выбранной темы работы - в крупнотоннажном производстве изопрена ООО «Тольяттикаучук» снижение себестоимости продукции и экономия энергоресурсов являются актуальными задачами.
Цель работы - увеличение выхода продукта и снижение энергозатрат при производстве изопрена разложением 4,4-диметил-1,3-диоксана.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- на основе анализа научной и патентной литературы выбрать направление оптимизации существующей технологии производства изопрена;
- изучить технологическую схему с описанием технологического процесса разложения диметилдиоксана;
- провести расчёты материального баланса разложения диметилдиоксана по базовой технологии и после оптимизации;
- произвести расчёты оборудования.
✅ Заключение
Промышленный процесс синтеза изопрена из изобутилена и формальдегида представляет собой один из ключевых методов получения мономера, используемого в производстве синтетического каучука. Данная технология была впервые внедрена в отечественной практике в середине 1960-х годов. Процесс включает две основные стадии: синтез 4,4- диметилдиоксана-1,3 (ДМД) и последующее его термическое разложение с образованием изопрена.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы были получены следующие результаты:
Проведен анализ современных подходов к производству изопрена, охватывающий как традиционные, так и новаторские технологии. Обзор опирается на актуальные научные публикации, что позволяет оценить текущее состояние и возможные направления развития технологий получения изопрена. Рассмотрены как традиционные промышленные методы, так и инновационные подходы. Проведенный анализ создает прочную научную основу для дальнейших исследований и может служить ориентиром при выборе направлений модернизации существующих производств.
В рамках дипломной работы на основании исследований, проведённых в отчете НТЦ ООО «Тольяттикаучук», разработана оптимизация процесса разложения 4,4-диметилдиоксана- 1,3 в производстве изопрена, которая направлена на увеличение выхода продукта и снижение энергозатрат при производстве изопрена.
Выполнены расчеты материальных балансов технологического процесса до и после оптимизации.
Расчеты оборудований показали, что реализация оптимизированного процесса не требует капитальных затрат на модернизацию оборудования, что существенно упрощает его внедрение в действующее производство.
Полученные результаты имеют важное значение для промышленности синтетического каучука, так как позволяют:
- Снизить энергетические затраты на производство изопрена;
- Улучшить технико-экономические показатели процесса;
- Повысить эффективность использования сырьевых ресурсов;
- Сохранить экологическую безопасность производства.
Таким образом, выполненное исследование вносит значительный вклад в совершенствование технологии производства изопрена и может стать фундаментом для дальнейшего улучшения промышленных процессов в этой сфере. Внедрение предложенных решений позволит российским предприятиям повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции, одновременно обеспечивая соблюдение высоких экологических норм.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы были получены следующие результаты:
Проведен анализ современных подходов к производству изопрена, охватывающий как традиционные, так и новаторские технологии. Обзор опирается на актуальные научные публикации, что позволяет оценить текущее состояние и возможные направления развития технологий получения изопрена. Рассмотрены как традиционные промышленные методы, так и инновационные подходы. Проведенный анализ создает прочную научную основу для дальнейших исследований и может служить ориентиром при выборе направлений модернизации существующих производств.
В рамках дипломной работы на основании исследований, проведённых в отчете НТЦ ООО «Тольяттикаучук», разработана оптимизация процесса разложения 4,4-диметилдиоксана- 1,3 в производстве изопрена, которая направлена на увеличение выхода продукта и снижение энергозатрат при производстве изопрена.
Выполнены расчеты материальных балансов технологического процесса до и после оптимизации.
Расчеты оборудований показали, что реализация оптимизированного процесса не требует капитальных затрат на модернизацию оборудования, что существенно упрощает его внедрение в действующее производство.
Полученные результаты имеют важное значение для промышленности синтетического каучука, так как позволяют:
- Снизить энергетические затраты на производство изопрена;
- Улучшить технико-экономические показатели процесса;
- Повысить эффективность использования сырьевых ресурсов;
- Сохранить экологическую безопасность производства.
Таким образом, выполненное исследование вносит значительный вклад в совершенствование технологии производства изопрена и может стать фундаментом для дальнейшего улучшения промышленных процессов в этой сфере. Внедрение предложенных решений позволит российским предприятиям повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции, одновременно обеспечивая соблюдение высоких экологических норм.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.