Анализ процесса получения N-метилциклогексиламина

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Июня 2013 в 14:47, контрольная работа

Описание работы

N-метилциклогексиламин (C6H13N) – вторичный амин, который используется как исходный реагент в синтезе лекарственного препарата "бромгексин", как ингибитор атмосферной коррозии и компонент антикоррозионных присадок к топливам, маслам, как компонент антикоррозионных покрытий металлических изделий, а также как компонент антидетонационных присадок к моторным топливам.
Свежий циклогексиламин поступают в расходную емкость, из которой насосом подается в испаритель, обогреваемый высокотемпературным органическим теплоносителем (ВОТ). Газообразный ЦГА после испарителя подается в подогреватель, где нагревается до температуры реакции 180 0С.

Содержание работы

1. Концептуальное описание процесса 3
2. Конструктивно-функциональный анализ 5
3. Анализ физических процессов реактора 7
4. Анализ технологического процесса 8
5. Работа с фондом эвристических приёмов 9
6. Постановка задачи поиска нового технического решения 11
Выводы 14

Скачать архив (30.54 Кб) Сколько стоит заказать работу?

Файлы: 1 файл

анализ и синтез Дёмкин ХТ-443.docx

— 122.15 Кб (Скачать файл)

Министерство образования и науки РФ

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра систем автоматизированного проектирования и поискового конструирования

Семестровая работа

по дисциплине «Анализ и синтез ХТС»

на тему: «Анализ процесса получения N-метилциклогексиламина»

Выполнил:

студент группы ХТ-443

Дёмкин М.А.

Проверила:

Бутенко Л. Н.

Оценка работы ________ баллов

Волгоград 2013

Содержание

1. Концептуальное описание процесса 3

2. Конструктивно-функциональный анализ 5

3. Анализ физических процессов реактора 7

4. Анализ технологического процесса 8

5. Работа с фондом эвристических приёмов 9

6. Постановка задачи поиска нового технического решения 11

Выводы 14

1. Концептуальное описание процесса

N-метилциклогексиламин (C₆H₁₃N) – вторичный амин, который используется как исходный реагент в синтезе лекарственного препарата "бромгексин", как ингибитор атмосферной коррозии и компонент антикоррозионных присадок к топливам, маслам, как компонент антикоррозионных покрытий металлических изделий, а также как компонент антидетонационных присадок к моторным топливам.

Свежий циклогексиламин поступают в расходную емкость, из которой насосом подается в испаритель, обогреваемый высокотемпературным органическим теплоносителем (ВОТ). Газообразный ЦГА после испарителя подается в подогреватель, где нагревается до температуры реакции 180 ⁰С. Метанол поступает в расходную емкость, из которой насосом метанол подается в испаритель, обогреваемый ВОТ. Газообразный метанол после испарителя подается в подогреватель, где нагревается до температуры реакции 180 ⁰С. Водород газодувкой подается в подогреватель, где нагревается до температуры реакции 180 ⁰С. Аммиак газодувкой подается в подогреватель, где нагревается до температуры реакции 180 ⁰С. Газообразный ЦГА, метанол, водород и аммиак смешиваются в трубопроводе перед входом в реактор. В изотермическом реакторе происходит контактирование смеси газообразных реагентов с катализатором НТК-4 (В). Контактные газы после реактора конденсируются в конденсаторе и подаются в сепаратор, где жидкая смесь ЦГА, N-МЦГА, ДЦГА и воды отделяется от газообразного водорода и аммиака, которые с помощью газодувки возвращаются в исходную смесь. Жидкая продуктовая смесь поступает на разделение во флорентийский сосуд, где отделяется вода, затем органическая составляющая поступает в ректификационную колонну, где отделяется метанол, далее жидкость поступает в ректификационную колонну, где отделяется ДЦГА. Далее смесь ЦГА и N-МЦГА поступают на разделение.

Технология, описанная выше, представлена на рисунке 1:

1,5 – сборник, 2,6 – насос, 3,7 – испаритель, 4,8,10,12 – подогреватель, 9,11,16 – газодувка, 13 –реактор, 14 – конденсатор, 15 – сепаратор, 17 – флорентийский сосуд, 18,19 – ректификационная колонна.

Рис. 1 – Технологическая схема производства N-метилциклогексиламина

2. Конструктивно-функциональный анализ

Главная полезная функция изотермического реактора: получение N-метилциклогексиламина.

Таблица 1 – Конструктивно-функциональный анализ реактора

Элемент ТО		Функция элемента
Обозначение	Наименование	Обозначение	Вербальное описание
Е₀	Пучок труб	Ф₀₁	Создает реакционное пространство, внутри размещён катализатор
Е₁	Входной патрубок	Ф₁₁	Подает реакционную массу в реактор
Е₂	Выходной патрубок	Ф₂₁	Выводит смесь продуктов из реактора
Е₃	Подводящий патрубок	Ф₃₁	Подает поток теплоносителя в межтрубное пространство
Е₄	Отводящий патрубок	Ф₄₁	Выводит теплоноситель из реактора
Е₅	Корпус	Ф₅₁	Обеспечивает теплоизоляцию с окружающей средой

Таблица 2 – Недостатки элементов реактора

Обозначение элемента ТО	Наименование элемента	Экспертная оценка элементов
Обозначение элемента ТО	Наименование элемента	Оценка	Недостатки элемента	Причины возникновения недостатка
Е₀	Пучок труб	7	Перегрев катализатора на входе в трубный пучок	Неравномерное распределение температуры по длине труб
Е₁	Входной патрубок	9	Неравномерное распределение реакционной массы	Имеет один канал подачи реагента
Е₂	Выходной патрубок	9	Не разделяет продукты реакции по отдельным веществам	Выпускной коллектор имеет один канал отвода продуктов
Е₃	Подводящий патрубок	8	Неравномерное распределение теплоносителя	Имеет один канал подачи теплоносителя
Е₄	Отводящий патрубок	8	Невысокая герметическая надежность объекта	Использование ненадёжных уплотнителей
Е₅	Корпус	8	Потери тепла в окружающую среду	Недостаточная теплоизоляция

Вывод: целями совершенствования является уменьшение расхода свежего катализатора, предотвращение его термической деструкции и увеличение срока службы, упрощение и снижение стоимости технологического процесса.

3. Анализ физических процессов реактора

Таблица 3 – Функционально-физический анализ реактора

Наим-е элемента	Физико-технический эффект			Математический закон, описывающий ФТЭ и его формула
Наим-е элемента	Входное воздействие на элемент	Физический объект	Выходное воздействие элемента	Математический закон, описывающий ФТЭ и его формула
Е₀	Сила Р₀ (вес)	Твердое тело	Сила реакции R₀	Эффект равновесия сил, R₀= - P₀
Е₀	Поток реакционной массы; концентрация С₀₁	Газ	Концентрация С₀₂	Закон массопередачи: М=kFDС
Е₁	Теплота Q₁, Дж; температура Т₁₁, ⁰ С	Твердое тело	Q_вс ≥ 0, где Q_вс– теплота, идущая в межтрубное пространство, Дж; температура Т₁₂, Т₁₂> Т₁₁	Закон теплопроводности Фурье: T₁₂=Q/k∙ξ-T₁₁
	Поток теплоносителя W₁; скорость V₁, м/с; давление Р₁, Па	Газ	Поток теплоносителя W₁; скорость V₁, м/с; давление Р₁, Па	Массовый расход: М₁=w₁∙f∙r
	Сила Р₁ (вес)	Твердое тело	Сила реакции R₁	Эффект равновесия сил: R₁ = -P₁
Е₂	Теплота Q₂, Дж; температура Т₂₁, ⁰ С	Твердое тело	Q_вс ≥ 0, где Q_вс– теплота, идущая в межтрубное пространство Дж; температура Т₂₂	Закон теплопроводности Фурье: T₂₂=Q/k∙ξ-T₂₁
	Поток теплоносителя W₂; скорость V₂, м/с; давление Р₂, Па	Газ	Поток теплоносителя W₂; скорость V₂, м/с; давление Р₂, Па	Массовый расход: М₂=w₂∙f∙r
	Сила Р₂ (вес)	Твердое тело	Сила реакции R₂	Эффект равновесия сил: R₂ = -P₂
Е₃	Поток теплоносителя W₃; скорость, V_3н, м/с; давление, Р_3н ,Па	Жидкость, газ	Поток теплоносителя W₃; скорость, V_3н , м/с; давление, Р_3н ,Па	Закон Бернулли 2/2p+p/rg+r=c, Массовый расход M=wfr
Е₃	Теплота Q_3н, Дж., температура, С; температура,T₃₁ С;	Твердое тело	Температура T₃₂	Закон теплопроводности Фурье T₃₂ =Q/k*x- T₃₁
Е₄	Поток теплоносителя W₄; скорость, V_4н , м/с; давление, Р_4н ,Па	Газ	Поток теплоносителя W₄; скорость, V_4н , м/с; давление, Р_4н ,Па	Закон Бернулли 2/2p+p/rg+r=c, Массовый расход M=wfr
Е₄	Теплота Q_4н, Дж., температура, С; температура,T₄₁ С;	Твердое тело	Температура T₄₂	Закон теплопроводности Фурье T₄₂ =Q/k*x- T₄₁
Е₅	Поток теплоносителя W₅; скорость V₅, м/с; давление Р₅, Па	Газ, твёрдое тело	Поток теплоносителя W₅; скорость V₅, м/с; давление Р₅, Па	Закон Бернулли 2/2р+р/r∙g+r=c

4. Анализ технологического процесса

Таблица 4 – Анализ технологического процесса производства N-метилциклогексиламина

Наим-е элемента	Функция	Механизм действия	Математическая модель	Экспертная оценка	Недостатки
Циклогексиламин	Реагент		r=k₁P_ЦГАP_MeOH где r –скорость реакции метилирования ЦГА в N-МЦГА; P_ЦГА и P_MeOH - парциальные давления ЦГА и метанола;k₁ - константа скорости реакции; k₁=Ae^(-E/RT), где A=3.2*10⁹; E=58200 Дж/моль.; механизм реакции представлен ниже	4	Сложность разделения N-ЦГА и ДЦГА
Метиловый спирт	Реагент	CH₃OH		3	Очень ядовитый
N-метилциклогексиламин	Продукт			4	Сложность разделения N-ЦГА и ДЦГА
НТК-4	Каталитический комплекс	CuOZnO Cr₂O₃*Al₂O₃		4	Сложность активации катализатора

Механизм реакции метилирования ЦГА в N-МЦГА будет следующим:

CH₃OH+Z→CH₃OH*Z
CH₃OH*Z+Z→CH₂=O*2Z+H₂
CH₂=O*2Z+C₆H₁₃N→CH₂=NC₆H₁₁*2Z+H₂O
CH₂=NC₆H₁₁*2Z+H₂→C₆H₁₁NHCH₃*Z+Z
C₆H₁₁NHCH₃*Z→ C₆H₁₁NHCH₃+Z

5. Работа с фондом эвристических приёмов

Таблица 5 – Использование эвристических приемов

№ ЭП	Формулировка ЭП	Интерпретация ЭП	Пример использования ЭП
26	Существенно изменить компоновку элементов, преобразовав ее или переставив элементы в другом порядке	Компоновка элементов, преобразованная добавкой другого элемента в объект	Дополнительный катализатор, размещенный в верхней и нижней крышках
64	Присоединить к базовому объекту дополнительные специализированные орудия (элементы)	Присоединение к корпусу реактора дополнительные элементы	Установка нескольких каналов подачи реагента
83	Разделить движущийся поток (вещества, энергии, информации и др.) на два или несколько	Разделение продуктов реакции по отдельным веществам	Установка нескольких параллельно работающих сепараторов на выходе из реактора
90	Разделить объект на секции и сделать его секционным, ячеистым и т.п.	Разделение межтрубного пространства на несколько секций	Установление перегородок (изготовление многоходового реактора по межтрубному пространству)
51	Перейти от однородных материалов к композиционным. Инверсия приема	Изготовление реакторов из композиционных материалов	Изготовление корпуса реактора из композиционных материалов, имеющих более лучшие теплоизолирующие свойства

Таблица 2 – Синтез новых технических решений с использованием интерпретированных ЭП

№	Формулировка ЭП для объектов ХТС	Синтез нового решения с использованием ЭП	Устраняемый недостаток прототипа
1	Разделить движущийся поток (вещества, энергии, информации и др.) на два или несколько (№83)	Установка нескольких параллельно работающих сепараторов на выходе из реактора	Невозможность разделения продуктов реакции по отдельным веществам
2	Перейти от однородных материалов к композиционным. Инверсия приема (№51)	Изготовление корпуса реактора из композиционных материалов, имеющих более лучшие теплоизолирующие свойства	Большие потери тепла в окружающую среду
3	Существенно изменить компоновку элементов, преобразовав ее или переставив элементы в другом порядке (№26)	Дополнительный катализатор, размещенный в верхней и нижней крышках	Перегрев катализатора на входе в трубный пучок

6. Постановка задачи поиска нового технического решения

Для реактора:

Выбрать недостаток системы

1а. Перегрев катализатора на входе в трубный пучок;

1б. Неравномерное распределение теплоносителя.

Выбрать элемент, ответственный за возникновение этого недостатка

2а. Трубный пучок;

2б. Корпус.

Выбрать один из параметров этого элемента в номинальной шкале

3а. Высота;

3б. Диаметр;

3в. Форма;

3г. Число труб.

Определить качественные противоположные границы изменения параметра

4а. Высота: высокая – низкая;

4б. Диаметр: большой – маленький;

4в. Форма: постоянная – изменяющаяся, простая – усложненная;

4г. Число труб: маленькое – большое.

Предложить варианты синтезированного нового элемента, использовав эвристические приемы

Информация о работе Анализ процесса получения N-метилциклогексиламина

Анализ процесса получения N-метилциклогексиламина

Описание работы

Содержание работы

Файлы: 1 файл

анализ и синтез Дёмкин ХТ-443.docx

1. Концептуальное описание процесса

2. Конструктивно-функциональный анализ

3. Анализ физических процессов реактора

Сила Р0 (вес)

Сила реакции R0

Поток реакционной массы; концентрация С01

Концентрация С02

Теплота Q3н, Дж., температура, С; температура,T31 С;

Температура T32

Теплота Q4н, Дж., температура, С; температура,T41 С;

Температура T42

4. Анализ технологического процесса

5. Работа с фондом эвристических приёмов

6. Постановка задачи поиска нового технического решения

Сила Р₀ (вес)

Сила реакции R₀

Поток реакционной массы; концентрация С₀₁

Концентрация С₀₂

Теплота Q_3н, Дж., температура, С; температура,T₃₁ С;

Температура T₃₂

Теплота Q_4н, Дж., температура, С; температура,T₄₁ С;

Температура T₄₂