Проектирование сельской телефонной сети Городокского района

 

Содержание

Введение

1. Арилметановые красители

1.1 Общие сведения

1.2 Способы получения триарилметановых красителей

2. Бриллиантовый зеленый. Технология получения бриллиантового зеленого

2.1 Общие сведения о красителе

2.2 Технология получения красителя

3. Стадии производства красителя бриллиантового зеленого

4. Схема получения красителя бриллиантового зеленого

5. Расчет материального баланса

6. Расчет теплового баланса

7. Отходы производства красителей. Очистка

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Красителями, в широком смысле этого слова, называют органические соединения, обладающие способностью поглощать и преобразовывать световую энергию в видимой и ближних ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Применение веществ, способных придавать тот или иной цвет предметам, в том числе волокнам, тканям, поверхности тела, известно с незапамятных времен. Для этого использовались цветные глины, минеральные пигменты, вытяжки из растений и животных.

Только в XVIII веке стали предприниматься попытки создания дешевых синтетических красителей. К этому химиков подтолкнуло бурное развитие текстильной промышленности и переход к машинному производству. Первый синтетический краситель был получен в 1855 г. профессором Я. Натансоном, соединение красного цвета. Позже в 1858 г., во Франции, Верген получил этот же краситель другим способом и назвал фуксином. В том же году Грисс открыл реакцию диазотирования, положившую начало синтезу азокрасителей.

В настоящее время известно большое количество красителей, разделяющиеся по химическому строению: нитрокрасители, нитрозокрасители, азокрасители, арилметановые, хинониминовые, сернистые, индигоидные, антрахиноновые, полициклические, фталоцианиновые, полиметиновые, азометиновые красители [8].

Производство синтетических красителей - отрасль промышленности тонкого органического синтеза. Синтетические красители получают в результате проведения многостадийного химического синтеза из промежуточных продуктов, производимых, в свою очередь, из ароматических и гетероароматических соединений, вырабатываемых угле- и нефтехимической промышленностью. Часто из одного промежуточного продукта получают несколько синтетических красителей. Промежуточные продукты, кроме того, широко используют для производства лекарственных веществ, пестицидов, ростовых веществ и многих других продуктов. Как правило, производство промежуточных продуктов организовано на заводах, которые вырабатывают синтетические красители.

Для промышленности синтетическим красителям характерны: многоассортиментность (большое число марок синтетических красителей), малотоннажность отдельных производств, многостадийность получения большинства красителей (иногда 10 и более стадий). Это затрудняет механизацию и автоматизацию производства и, следовательно, улучшение экономических показателей.

Основные пути прогресса в промышленности синтетических красителей: разработка для каждого вида крашения триад красителей (желтый-пурпурный-голубой), смешением которых по данным расчета цветности на ЭВМ можно получить смесовые марки синтетических красителей любых цветов и оттенков; организация гибких производств, позволяющих с помощью небольшого числа аппаратов повышенной мощности производить широкий ассортимент продукции; изыскание возможностей использования одних и тех же промежуточных продуктов для синтеза возможно большего числа синтетических красителей и применения в качестве промеж. продуктов соединений, производимых для синтеза лекарственных веществ, пестицидов, фотоматериалов и др.

Полученные в результате химического синтеза синтетические красители обычно мало пригодны для непосредственного применения в крашении и особенно в печатании. Чтобы красители были удобны в применении и для повышения степени их использования (например, исключение механических потерь, более полная выбираемость из красильных ванн) из них готовят выпускные формы. Это стандартизованные товарные формы, в которых синтетические красители поступают потребителям; кроме красителя, взятого в строго определенной концентрации, в их состав входят различные вспомогательные вещества. На основе одного и того же синтетического красителя может быть приготовлено несколько выпускных форм. Синтетические красители производят в виде непылящих порошков, гранул и жидкостей, в виде растворов.

Применяют синтетические красители для крашения волокон и различных текстильных материалов, кожи, мехов, бумаги, древесины и др.; растворимые в органических средах синтетические красители - для окрашивания бензинов, парафина, спиртов, восков, растительных жиров, синтетических волокон при получении их формированием в массе, пластмасс, резин. Синтетические красители используют также в цветной и черно-белой кинематографии и фотографии, в электрофотографии аналитической химии, в медицине (средства диагностики, при биохимических исследованиях), в жидкостных лазерах, в различных физических приборах в качестве полупроводников и элементов, обладающих фотопроводимостью и некоторыми другими свойствами, как катализаторы [3].

Цель данного курсовой проекта - изучить теоретический материал по данному вопросу.

Задачи курсового проекта:

1)дать характеристику арилметановым красителям;

2)рассчитать материальный баланс одного из красителей арилметанового ряда;

)рассчитать тепловой баланс;

)проиллюстрировать схему его получения;

)сделать выводы о проделанной работе;

)описать технологию получения одного из красителей арилметанового класса.

1. Арилметановые красители

.1 Общие сведения

Хромофорная система арилметановых красителей характеризуется наличием электронодонорного и электроноакцепторного заместителей по концам цепочки сопряженных двойных связей, включающей два ароматических остатка и соединяющий их центральный углеродный атом:

Арилметановые красители можно рассматривать как производные метана, у которых центральный («метановый») атом углерода входит в единую сопряженную цепочку хромофорной системы. Если заместитель R - атом водорода или неароматический остаток, краситель является диарилметановым, если же R - ароматический остаток, т.е. R=Ar", - триарилметановым.

По своему строению ариметановые красители делятся на следующие группы:

. Собственно арилметановые, представляющие собой производные ди- и триарилметана:

и

. Ксантеновые, отличающиеся от собственно арилметановых наличием мостика из кислородного атома, связывающего ароматические остатки в о,о'-положениях к центральному атому углерода:

и

. Акридиновые, отличающиеся от ксантеновых тем, что вместо кислородного мостика у них имеется мостик из атома азота (в виде иминогруппы):

и

Ксантеновые и акридиновые красители иногда рассматриваются как самостоятельные классы красителей, однако сходство хромофорных систем (а следовательно, закономерностей изменения цвета) и способов синтеза делают целесообразным рассмотрение их как отдельных групп одного и того же класса.

Введение двух арильных радикалов в молекулу метана увеличивает подвижность атомов водорода метанового остатка. Это выражается, в частности, в относительно легкой окисляемости дифенилметана и его производных по центральному атому углерода.

Введение третьего остатка в молекулу диарилметанового красителя несколько смещает максимум поглощения в длинноволновую область вследствие усиления хромофорной системы ?-электронами нового ароматического кольца.

Из-за пространственных затруднений, возникающих вследствие того, что атомы водорода бензольных колец в орто-положениях к центральному атому углерода не могут разместиться в одной плоскости, бензольные кольца повернуты по отношению друг к другу подобно лопастям пропеллера. Угол поворота составляет около 18°, что мало нарушает сопряжение ?-электронов всех трех колец. При введении заместителей в орто-положение к центральному атому углерода нарушение плоскостности достигает таких размеров, что наступает разобщение сопряженной системы и повышение цвета.

Введение третьего арильного остатка еще больше повышает подвижность атома водорода, связанного с центральным углеродным атомом: трифенилметан, например, окисляется в трифенилкарбинол уже при пропускании воздуха через его раствор в сероуглероде в присутствии следов хлористого алюминия.

Для триарилметановых производных характерны некоторые превращения, иллюстрируемые следующей схемой (на примере аминопроизводных):

Соединения типа I бесцветны и называются лейкосоединениями. Они являются обычными ароматическими аминами, способными к солеобразованию за счет имеющихся у них аминогрупп.

Соединения типа II образуются при окислении лейкосоединений. Они называются карбинольными соединениями, так как могут рассматриваться как продукты замещения атомов водорода метильной группы карбинола (метилового спирта) ароматическими остатками. Карбинольные соединения в недиссоциированной форме бесцветны, но в растворах диссоциируют с образованием окрашенных катионов:

В зависимости от pH среды равновесие может быть сдвинуто либо в сторону бесцветной недиссоциированной формы (при добавлении щелочи), либо в сторону окрашенной диссоциированной (при подкислении). Характерной особенностью данного процесса является то, что он протекает не мгновенно, а с измеримой скоростью, различной для разных красителей, и носит характер медленной нейтрализации.

Соединения типа III являются красителями и по химическому составу представляют собой соли слабых оснований. Они образуются при действии кислот на карбинольные соединения, а при действии воды подвергаются гидролизу, вследствие чего водные растворы триарилметановых красителей обладают кислотной реакцией. При действии щелочей красители превращаются в карбинольные соединения.

Соединения типа IV образуются при отщеплении воды от карбинольных соединений и представляют собой производные фуксона (в случае окситриарилметановых красителей) или фуксонимина (в случае аминотриарилметановых красителей).

Цвет их вследствие отсутствия ионизации, усиливающей электроноакцепторность групп C=O и C=NH, значительно выше цвета соответствующих красителей: например, краситель III - фиолетовый, аминофуксонимин IV - желтый. При действии кислот на иминные основания IV происходит ионизация с образованием красителей III.

Гидрирование триарилметановых красителей III и их иминных оснований IV приводит к образованию бесцветных лейкосоединений I.

Лейкосоединения I и карбинольные соединения II обычно образуются в процессе производства триарилметановых красителей.

Триарилметановые красители в большинстве случаев растворимы в воде, а также в спирте и ряде других органических растворителей.

Как правило, они отличаются чистотой и яркостью оттенков, однако устойчивость окрасок к свету и щелочным обработкам (стирке) мала. Поэтому в настоящее время триарилметановые красители в текстильной промышленности практически не применяются. Используются они главным образом для окрашивания бумаги, дерева, изготовления чернил и цветных карандашей, лаков для полиграфической промышленности, а также в гистологической практике для окрашивания тканей организмов при микроскопических исследованиях. Исключение составляют лишь такие триарилметановые красители, которые способны к комплексообразованию с металлами, повышающему устойчивость окрасок, - так называемые хромоксановые красители, представляющие интерес и для крашения текстильных изделий [8].

1.2 Способы получения триарилметановых красителей

Существует два основных способа получения триарилметановых красителей - бензальдегидный и бензгидрольный (формальдегидный).

По бензальдегидному способу центральный углеродный («метановый») атом красителя образуется за счет углерода карбонильной группы бензальдегида.

Способ заключается в конденсации вторичных или третичных ароматических аминов, у которых свободно пара-положение к аминогруппе, с бензальдегидом (или его замещенными) в присутствии кислых конденсирующих агентов (безводный хлористый цинк, соляная и серная кислоты, безводная щавелевая кислота и т.п.). Реакция протекает через стадию образования несимметричного бензгидрола, при взаимодействии которого со второй молекулой амина образуется лейкосоединение красителя.

Так, при конденсации бензальдегида с диэтиланилином в производстве красителя Основного ярко-зеленого последовательно образуются несимметричный 4-диэтиламинобензгидрол и 4,4'-бис-(диэтиламино)-трифенилметан (лейкосоединение красителя):

В качестве конденсирующего средства чаще всего используют серную кислоту (моногидрат) в количестве около 0,15 моль на 1 моль бензальдегида. Конденсация протекает при температурах порядка 115-120°C в течение длительного времени - до 48 и даже до 70 ч. для освобождения образовавшегося лейкосоединения от непрореагировавших бензальдегида и амина реакционную массу неутрализуют содой до слабощелочной реакции и отгоняют эти вещества с водяным паром.

Окислителями для перевода лейкосоединений в карбинольные соединения служат двуокись свинца (в кислой среде), двуокись марганца, двухромовые соли. Наиболее удобным окислителем, проявляющим сильное окисляющее действие в мягких условиях, является тонкодисперсная двуокись свинца. В этом случае лейкосоединение перед окислением обычно растворяют на холоду в разбавленной соляной кислоте и быстро приливают водную суспензию свежеприготовленной двуокиси свинца. Реакцию ведут при температуре не выше 10°C в течение 10-30 мин. Образующееся первоначально карбинольное соединение в кислой среде сразу же реагирует с кислотой с образованием красителя. Так окисляют, в частности, лейкосоединение Основного ярко-зеленого:

Соли свинца осаждают раствором сульфата натрия, и раствор красителя (хлорида) отделяют фильтрованием. Для очистки от примесей краситель может быть осажден в виде основания подщелачиванием раствора содой при температуре 40°C и промыт декантацией или каким-либо другим способом.

Приблизительно в таких же условиях в качестве окислителя действует двуокись марганца, которая дешевле двуокиси свинца; однако отделение красителя от образующихся соединений марганца осуществляется труднее. Окисление хромпиком требует более жестких условий (температура около 60°C).

Если краситель выпускают в виде хлорида, то очищенное основание обрабатывают соляной кислотой и высаливают краситель поваренной солью; если в виде сульфата - соляную кислоту заменяют серной (обработка при 60-70°C), а поваренную соль - сульфатом натрия (высаливание при 70-80°C).

Для получения красителя в виде оксалата промытый осадок основания размешивают с горячей водой и щавелевой кислотой до полного растворения; кристаллы оксалата (в случае с Основным ярко-зеленым состава [C27H33N2]+ HC2O4- ·H2O) выпадают при охлаждении.

Для получения красителя в виде двойной соли раствор хлорида обрабатывают хлористым цинком; для Основного ярко-зеленого выпавшая в осадок двойная соль имеет состав [C27H33N2Cl]2 · ZnCl2 · 2H2O.

По бензгидрольному (формальдегидному) способу центральный («метановый») углеродный атом красителя вводится с помощью формальдегида через дифенилметановое, а затем бензгидрольное производное.

Способ заключается в конденсации ароматических аминов (со свободным пара-положением к аминогруппе) с формальдегидом в водной среде в присутствии небольших количеств серной и сульфаниловой кислот при 65°C, окислении образующегося дифенилметанового производного в производное бензгидрола и конденсации последнего с ароматическими соединениями, обладающими достаточно подвижным атомом водорода. Таким способом получают, в частности Основный бирюзовый из диметиланилина.

Окисление дифенилметанового производного в бензгидрол чаще всего осуществляется с помощью тонко дисперсных двуокиси свинца или двуокиси марганца в серной кислоте и протекает очень быстро (10-20 мин.) при температурах порядка 0-10°C. Конденсацию бензгидрола с ароматическими соединениями проводят в присутствии кислых конденсирующих агентов, чаще всего серной кислоты. Иногда сначала образуется продукт присоединения, который может быть выделен высаливанием и таким образом отделен от солей марганца или свинца. Собственно конденсация протекает в среде моногидрата или олеума при температурах около 100°C и продолжается обычно от нескольких часов до 24 ч. Образовавшееся лейкосоединение выделяют выливанием реакционной массы в воду.

Окисление лейкосоединения в краситель не отличается от соответствующей стадии бензальдегидного метода. В ряде случаев оказывается удобным осуществлять окисление дифенилметанового производного в присутствии соединения, с которым предстоит затем конденсировать бензгидрол; при этом удается в одну технологическую стадию получить готовый краситель [8].

2. Бриллиантовый зеленый. Технология получения бриллиантового зеленого

.1 Общие сведения о красителе

Бриллиантовый зеленый (тетра-4,4-диаминотрифенилметана оксалат, «зеленка») - синтетический анилиновый краситель трифенилметанового ряда.

Технические названия - основной зеленый 1; №42040; основной ярко-зеленый; малахитовый зеленый Ж.

Структурная формула

Брутто-формула C26H35N2O4; молекулярная масса 475,6 г/моль; антисептик и дезинфицирующее средство, выпускается в виде раствора для наружного применения (спиртового) 1%, 2%.

В русский язык название этого красителя попало из французского языка. В сухом виде бриллиантовый зеленый представляет собой золотисто зеленые комочки, по латыни viridis nitentis, - дословно «зеленый блестящий». При переводе на французский было использовано слово brilliant - по-французски «блестящий», что русский переводчик перевел буквально как «бриллиантовый».

На постсоветском пространстве хорошо известен под разговорным названием «зеленка».

Качество Бриллиантового зеленого регламентирует ГОСТ ТУ 6-09- 4278-88.

Физические свойства. Зеленовато-золотистые комочки или золотисто-зеленый порошок. Трудно растворим в воде (1:50) и этаноле, растворим в хлороформе. Растворы в воде и этаноле имеют интенсивный зеленый цвет. Раствор в изопропиловом спирте имеет синий цвет.

Химические свойства. При прибавлении к 0,2% раствору Бриллиантового зеленого концентрированной соляной кислоты появляется оранжевое окрашивание, а при добавлении раствора NaOH выпадает бледно-зеленый осадок основания.

Несовместим с дезинфицирующими лекарственными средствами, содержащими активный йод, хлор, щелочи (в том числе раствор аммиака).

Производится в виде солей бис-(пара-диэтиламино)-трифенилангидро-карбинола с различными анионами:

¾оксалат (CAS 23664-66-6) - наиболее широко используется в медицине;

¾сульфат (CAS 633-03-4) - используется для фотометрического определения некоторых химических элементов и в качестве pH-индикатора;

¾основание (CAS 630-98-8).

Об антисептических свойствах Бриллиантового зеленого узнали только в XX веке. На территории бывшего СССР в основном используется в качестве антисептического лекарственного средства (в США и Европейском союзе в качестве антисептика не применяется). В качестве лекарственного средства используется 1% или 2% спиртовой раствор оксалата (на 57% этаноле, реже - в виде водного раствора, от 0,1% или 0,2%, по прописи), также выпускается в виде карандаша.

Показан к применению для обеззараживания свежих после операционных и посттравматических рубцов, пуповины новорожденных, ссадин, порезов, иных нарушений целостности кожных покровов, при лечении гнойно-воспалительных процессов кожи - гордеолума («ячмень»), мейбомита, блефарита, пиодермии, фурункулеза, карбункулеза, местной стафилококковой инфекции. Применяется наружно, препарат наносят на поврежденную поверхность, захватывая окружающие здоровые ткани.

Является высокоактивным и быстродействующим антисептиком (активен в отношении грамположительных бактерий), также оказывает фунгицидное действие в отношении некоторых патогенных грибов. На грамотрицательные бактерии практически не влияет.

В водной среде губительно действует на культуру золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) в концентрации 1:10000000. Высокую чувствительность к Бриллиантовому зеленому обнаруживает дифтерийная палочка (Corynebacterium diphtheriae).

В присутствии органических веществ противомикробная активность снижается.

Бриллиантовый зеленый также входит в состав других антисептических препаратов: «Жидкость Новикова» (применяется для обработки ссадин и трещин), «Мозольная жидкость».

В ряде бактерицидных лейкопластырей используется в качестве антисептической пропитки.

Также применяется в ветеринарии.

В промышленности Бриллиантовый зеленый используется как краситель для хлопка и шелка, бумаги, древесины (окраски малоустойчивы к действию света и мокрым обработкам), применяется для изготовления фаналевых лаков.

В сельском хозяйстве входит в состав препарата «Зар-2», применяемого для ограничения роста усиков клубники и земляники.

В аналитической химии Бриллиантовый зеленый применяется в виде сульфата для фотометрического определения B, Sb, Re, Au, Ta, Tl, Hg, Zn, входящих в состав некоторых анионов.

Также применяется как pH-индикатор для микроскопии; с переходом от желтого при pH=0,1 к зеленому при pH=2,6.

Токсическое действие. Для животных - абсолютно смертельная доза для балых крыс 0,05 г/кг.

В производственных условиях вызывает у рабочих воспалительные заболевания кожи.

При медицинском применении возможны аллергические реакции (зуд, крапивница). При попадании на слизистую оболочку глаз возникает жжение, слезотечение, возможен ожог [12].

2.2 Технология получения красителя

Бриллиантовый зеленый впервые был получен в 1897 году в Германии. Получается только синтетическим путем.

Синтез сводится к конденсации диэтиланилина с бензальдегидом; образующийся при этом 4,4'-бис-диэтиламинотрифенилметан окисляют перекисью свинца или марганца. При взаимодействии получаемого таким образом карбинольного основания со щавелевой кислотой образуется Бриллиантовый зеленый [12].

3. Стадии производства красителя бриллиантового зеленого

Как говорилось в предыдущей главе проекта, краситель Бриллиантовый зеленый возможно получить только синтетическим путем при взаимодействии диэтиланилина с бензальдегидом, последующим окислением продукта и добавлением щавелевой кислоты. Для того, чтобы рассчитать материальный баланс необходимо выбрать наиболее рациональный метод получения красителя. В своем проекте в качестве основных исходный веществ взяты бензол и толуол, а также, необходимые для синтеза промежуточных соединений, хлор и вода.

На одной из первых стадий нам необходимо получить бензальдегид.

В промышленности исходный продукт для получения бензальдегида бензальхлорид получают при взаимодействии толуола с хлором.

При этом выделяются хлороводород, бензальхлорид, побочные продукты, а также исходные вещества, не вступившие в реакцию, - хлор и толуол. Непрореагировавшие реагенты целесообразно вернуть назад в производство посредством цикла.

Следующая стадия - получение бензальдегида путем кислотного гидролиза бензальхлорида.

При этом выделяется побочный продукт - хлороводород.

Параллельно с процессом получения бензальдегида идет процесс получения диэтиланилина, исходным реагентом для которого служит бензол, вступающий в реакцию с серной и азотной кислотами при температуре 55-60°C. Так мы получаем нитробензол.

Далее к подогретому нитробензолу подают водород, который восстанавливает его до анилина.

В качестве побочного продукта выделяется вода и непрореагировавшие исходные реактивы.

На следующей стадии получают диэтиланилин, который необходим для реакции с бензальдегидом. Для этого к анилину прибавляют хлорэтан. Этилрадикалы замещают два атома водорода и в качестве отходов данной реакции служит хлороводород.

На следующей стадии необходимо получить 4,4'-бис-диэтиламинотрифенилметан. Для этого служит реакция бензальдегида с диэтиланилином в соотношении 1:2.

Полученное соединение окисляют перекисью свинца или марганца.

При взаимодействии полученного карбинольного основания со щавелевой кислотой образуется Бриллиантовый зеленый.

Затем продукт направляют на разбавление спиртом до получения 1 или 2%-ного раствора, который далее поступает к потребителю в емкостях по 10 или 25 мл.

4. Схема получения красителя бриллиантового зеленого

Рис. 1. Схема получения красителя Бриллиантового зеленого

Бензол насосом 1 подается в теплообменник 2, где подогревается до 55-65°C. Подогретый бензол подают в реактор 3, где он смешивается с азотной и серной кислотами. Полученный нитробензол направляют из реактора 3 насосом в теплообменник 5, где его нагревают до температуры 250-350°C и подают вместе с водородом в реактор 6. Выделившуюся после восстановления анилина воду направляют в сборник 10.

Полученный анилин направляют в колонну 8, подогреваемую теплообменником 9, для очистки перегонкой, а затем в теплообменник 18 для нагрева до 130°C. При данной температуре и давлении 2-3 атм. идет реакция с выделением хлороводорода и диэтиланилина. Продукты последней реакции направляют в сепаратор 20, где отделяют диэтиланилин от хлороводорода, направляя последний в регенератор 16.

Вода из сборника 10 служит для гидролиза бензальхлорида (который получается при взаимодействии хлора с толуолом в реакторе 13) в реакторе 15, куда из теплообменника 14 подают подогретую до 95°C воду. Выделяющийся при этом хлороводород поступает на регенерацию в регенератор 16. Туда же поступает и хлороводород со стадии получения бензальдегида при взаимодействии воды из сборника 10 и бензальхлорида.

Восстановленный хлор возвращается на стадию смешения с толуолом, а затем получения бензальхлорида.

Полученные бензальдегид и диэтиланилин поступают в реактор 21, в котором образуется лейкосоединение. Полученное лейкосоединение окисляют диокисью свинца или марганца в реакторе 22, а затем прибавляют к нему щавелевую кислоту в реакторе 23.

5. Расчет материального баланса

Материальный баланс рассчитан производительности 1000 кг красителя месяц. Расчет ведется с конечной стадии получения целевого продукта для выбора наиболее рациональных количеств исходных веществ. Следовательно, первым делом необходимо вычислить массы щавелевой кислоты и 4,4'-бис-диэтиламинотрифенилметанола, необходимых для получения 1000 кг красителя по реакции (выход 98%)

Таблица 1

Стадия получения красителя

№ п/пНазвание Молярная масса, кг/кмоль% масс.Количество вещества, кмоль Масса, кг 123456Приход1.4,4'-бис-диэтиламинотри-фенилметанол40281,162,153865,4092.Щавелевая кислота9018,172,153193,7483.Вода180,220,1292,3304.Н-гептан1000,020,0020,2275.N-этиланилин1210,440,0394,651Итого1001066,366Расход1.Бриллиантовый зеленый47593,782,1101000,0002.Вода183,782,23940,3053.Щавелевая кислота900,360,0433,8754.4,4'-бис-диэтиламинотрифенилметанол4021,620,04317,3085.Н-гептан1000,020,0020,2276.N-этиланилин1210,440,0394,692Итого1001066,406

Для производства 1000 кг красителя потребуется 193,748 кг щавелевой кислоты и 865,409 кг 4,4'-бис-диэтиламинотрифенилметанола, для получения которого, в свою очередь, потребуется 856,665 кг 4,4'-бис-диэтиламино-трифенилметана и 530,422 кг перекиси свинца. Расчет произведен по уравнению

и приведен в таблице 2.

Таблица 2

Стадия получения 4,4'-бис-диэтиламинотрифенилметанола

№ п/пНазвание Молярная масса, кг/кмоль% масс.Количество вещества, кмольМасса, кг 123456Приход1.4,4'-бис-диэтиламино-трифенилметан38661,442,219856,6652.Перекись свинца23938,042,219530,4223.Вода180,170,1292,3304.Н-гептан1000,020,0020,2275.N-этиланилин1210,330,0394,692Итого1001394,336Расход1.4,4'-бис-диэтиламино-трифенилметанол40262,072,153865,4092.Перекись свинца2391,140,06715,9133.Окись свинца22334,432,153480,0654.4,4'-бис-диэтиламино-трифенилметан3861,840,06725,7005.Вода180,170,1292,3306.Н-гептан1000,020,0020,2277.N-этиланилин1210,330,0394,692Итого1001394,336

Для того, чтобы произвести 856,665 кг 4,4'-бис-диэтиламинотрифенил-метана, необходимо взять 212,632 кг бензальдегида и 627,368 кг диэтиланилина.

Таблица 3

Стадия получения 4,4'-бис-диэтиламинотрифенилметана

№ п/пНазвание Молярная масса, кг/кмоль% масс.Количество вещества, кмольМасса, кг 123456Приход1.Бензальдегид10626,032,288242,5262.Диэтиланилин14973,194,576681,8183.Вода180,250,1292,3304.Н-гептан1000,020,0020,2275.N-этиланилин1210,500,0394,692Итого100931,592Расход1.4,4'-бис-диэтиламино-трифенилметан38691,962,219856,6652.Вода184,542,34842,2783.Бензальдегид1060,780,0697,2764.Диэтиланилин1492,200,13720,4555.Н-гептан1000,020,0020,2276.N-этиланилин1210,500,0394,692Итого100931,592

Таблица 4

Стадия получения бензальдегида

№ п/пНазвание Молярная масса, кг/кмоль% масс.Количество вещества, кмольМасса, кг123456Приход1.Бензальхлорид16189,902,393385,3192.Вода1810,052,39343,0793.Н-гептан1000,050,0020,227Итого100428,625Расход1.Бензальдегид10656,582,288242,5262.Хлороводород36,538,974,576167,0223.Бензальхлорид1563,960,10516,9544.Вода180,440,1051,8955.Н-гептан1000,050,0020,227Итого100428,625

Теоретический выход бензальдегида

Фактический выход 242,526 кг.

Наиболее широко распространен способ получения бензальдегида путем кислотного гидролиза бензальхлорида при температуре 95 - 115°С [14].

Исходя из справочной литературы по получению бензальдегида в промышленности методом кислотного гидролиза бензальхлорида, считаем, что выход бензальдегида равным 95,6% по бензальхлориду. Оставшиеся 4,4% составляют потери, а также исходные вещества не вступившие в реакцию друг с другом в результате проскока и побочные продукты реакции, составляющие потери.

Уравнение реакции получения бензальдегида будет суммарно выглядеть так:

. Так как известно, что фактическая масса бензальдегида 223,158 кг составляет лишь 95,6%, расчет исходного сырья для его получения ведется по теоретическому 100% выходу. Отсюда:

) масса бензальхлорида на входе в реактор

) количество бензальхлорида

) количество воды равно количеству бензальхлорида 2,202 кмоль

) масса воды на входе в реактор

) общая масса реагентов, поступивших в реактор

6) массовые доли исходных бензальхлорида и воды на входе в реактор

) масса хлороводорода, выделившегося в результате реакции

) масса воды на выходе из реактора

) масса бензальхлорида на выходе из реактора

) общая масса всех веществ на выходе из реактора

) массовые доли продуктов реакции

Таблица 5

Стадия получения бензальхлорида

№ п/пНазвание Молярная масса, кг/кмоль% масс.Количество вещества, кмольМасса, кг123456Приход1.Толуол9239,302,519231,7712.Хлор7160,665,038357,7333.Н-гептан1000,040,0020,227Итого100589,730Расход1.Бензальхлорид16165,342,393385,3192.Хлороводород36,529,634,787174,7103.Хлор713,030,25217,8874.Толуол921,970,12611,5895.Н-гептан1000,040,0020,227Итого100589,730

Расчет необходимой массы анилина для получения 681,818 кг диэтиланилина ведется исходя из уравнения [15]

арилметановый краситель бриллиантовый зеленый

Результаты приведены в таблице 6.

Таблица 6

Стадия получения диэтиланилина

№ п/пНазвание Молярная масса, кг/кмоль% масс.Количество вещества, кмольМасса, кг 123456Приход1.Анилин9341,874,817447,9622.Хлорэтан64,558,089,634621,3673.Вода180,040,0240,435Итого1001069,764Расход1.Диэтиланилин14963,744,576681,8182.Хлороводород36,531,649,272338,4433.Анилин931,050,12111,2074.Хлорэтан64,52,180,36123,2965.Вода 180,040,0240,4356.N-этиланилин1211,360,12114,581Итого1001069,764

Из уравнения

вычисляем необходимую массу нитробензола для получения 391,579 кг анилина.

Таблица 7

Стадия получения анилина

№ п/пНазвание Молярная масса, кг/кмоль% масс.Количество вещества, кмольМасса, кг123456Приход1.Нитробензол12395,104,966610,7902.Водород24,6414,89729,7953.Динитробензол1680,020,0010,1224.Н-гептан1000,060,0040,3665.Метилциклогексан980,120,0080,7946.Метилциклогептан1120,080,0040,489Итого100642,234Расход1.Анилин9396,754,817447,9622.Вода1827,019,637173,4573.Фенилендиамин1080,010,0010,0794.Нитробензол1232,680,14918,3245.Водород20,140,4430,8856.Метилциклогексан980,120,0080,7947.Метилциклогептан1120,080,0040,489Итого100642,234

Нитробензол получают путем взаимодействия бензола со смесью азотной и серной кислот. Реакция имеет вид [13]

Так как реакция проходит под воздействием серной кислоты, которая теоретически не вступает в реакцию с бензолом, при расчете она не учитывается.

Таблица 8

Стадия получения нитробензола

№ п/пНазвание Молярная масса, кг/кмоль% масс.Количество вещества, кмольМасса, кг124567Приход1.Бензол7831,535,173403,4692.Азотная кислота6326,745,431342,1733.Серная кислота9841,605,431532,2694.Н-гептан1000,030,0040,3365.Метилциклогексан980,060,0080,7946.Метилциклогептан1120,040,0040,489Итого1001279,559Расход1.Нитробензол12347,734,966610,7902.Вода186,994,96889,4363.Динитробензол 1689,54*10-50,0010,1224.Бензол781,260,20616,0825.Азотная кислота632,290,46429,2386.Серная кислота9841,605,431532,2697.Н-гептан1000,030,0040,3368.Метилциклогексан980,060,0080,7949.Метилциклогептан1120,040,0040,489Итого1001279,559

Расчет коэффициента безотходности для стадии

Коэффициент летучести бензальхлорида

Коэффициент летучести воды

Суммарный коэффициент летучести

Коэффициент безотходности

6. Расчет теплового баланса

Рис. 2. Температурная схема теплообменного аппарата

. Тепловая нагрузка [5, 11]

где GГ - расход холодного теплоносителя, кг/с.

?tХ - разность температур холодного теплоносителя

СХ - теплоемкость холодного теплоносителя при среднем температурном напоре ?t*, кДж/(кг·с.)

,

где

При таком среднем температурном напоре теплоемкость бензола

Тогда

.

где GГ - расход хлороформа, кг/ч.

rГ - удельная теплота парообразования воды, кДж/кг

xГ - степень сухости хлороформа

NГ - тепловая нагрузка горячего теплоносителя, кВт

,

где NХ - тепловая нагрузка холодного теплоносителя

. Средняя температура горячего теплоносителя

. Средняя температура холодного теплоносителя

Необходимое сечение трубного пространства

Плотность воды

Динамическая вязкость воды

Критерий Рейнольдса берем равный 10000

Диаметр трубок dт=25мм=0,025м, толщина стенок ?=2мм=0,002м, тогда

Тогда необходимая скорость потока будет

где WX - необходимая скорость потока в трубках, м/с.- критерий Рейнольдса

?Х - динамическая вязкость воды, Па·с.

?Х - плотность воды, кг/м3

отсюда необходимое сечение трубного пространства

где SТ - сечение трубного пространства, м2

где К - коэффициент теплопередачи горячего теплоносителя (для Н2О)

К=1

Площадь поверхности теплообмена

Из результатов расчета теплового баланса видно, что для непрерывного производства Бриллиантового зеленого на предприятии с производительностью его 1000 кг в месяц, необходим небольшой теплообменник, либо производство из непрерывного режима работы следует свести к периодическому или увеличить его производительность.

7. Отходы производства красителей. Очистка

Производство красителей связано с использованием огромного количества воды, значительная часть которой затем сбрасывается в загрязненном состоянии. В результате производства арилметановых красителей загрязнение сточных вод ароматическими соединениями является основным. Для того, чтобы не допустить влияния производства арилметановых красителей на окружающую среду проводится очистка сточных вод перед их сбросом в водоемы.

Высокая химическая активность углеводородов, их способность к донорно-акцепторным взаимодействиям с полярными соединениями объясняет их большую, чем у других классов углеводородов, физиологическую активность и высокую токсичность. При этом ароматические углеводороды лучше растворимы в воде, чем другие углеводороды, легче образуют аэрозоли, эмульсии и суспензии. Большие масштабы производства и потребления ароматических углеводородов, в частности при производстве арилметановых красителей, их широкое использование в различных отраслях народного хозяйства делает особенно важным профилактические меры по защите от неблагоприятных воздействий ароматических углеводородов.

Содержание ароматических углеводородов в сточных водах может достигать величин, превосходящих физическую растворимость, из-за образования эмульсий и суспензий. Для их удаления рекомендуют использовать следующие методы.

Адсорбцией на активированном угле извлекаются бензол и нафталин [2, с. 71]. По данным [1, с. 250], степень извлечения составляет 80-95%.

Способность бензола и его гомологов образовывать положительно азеотропные смеси с водой позволяет полностью удалять эти углеводороды при перегонке воды (азеотропная отгонка ароматических углеводородов [1, с. 23]. Вода после отстоя ароматических углеводородов возвращается в цикл.

Экстракция из сточных вод растворителями применяется для извлечения стирола, толуола, а также нафталина и полициклических ароматических углеводородов. В качестве растворителей используют ограниченно растворимые в воде петролейный эфир, различные фракции бензинов, а также поглотительное и соляровое масло.

При очистке вод коагуляцией с гидроксидами металлов удается удалить и полициклические ароматические углеводороды [6, с. 102]. Сложные смеси ароматических углеводородов удаляют из сточных вод флотационным методом.

Ароматические углеводороды могут быть разрушены при сжигании, химическом и биологическом окислении. Все углеводороды ряда бензола сгорают при уничтожении сточных вод, свободных от минеральных примесей [9]. Однако такой метод рационально использовать только при высоких концентрациях органических веществ в растворах сточных вод (не менее 4%).

Глубокая очистка (на 98-99%) ароматических углеводородов возможна при окислении вод озоном, а также при обработке сточных вод хлором [6].

Перечисленные приемы позволяют избавиться от небольших количеств ароматических углеводородов при обработке воды, направляющейся на водопроводные станции, так как в грунтовых водах и чистой озерной и речной воде может быть соответственно 1-10 и 10-50 мкг канцерогенных полициклических углеводородов на 1 м3 воды [4]. Применение их для очистки больших объемов промышленных сточных вод пока что мало реально.

Наиболее хорошо для деструкции ароматических углеводородов в разбавленных сточных водах применяют биологическую очистку. Например, биологическую очистку можно использовать для обезвреживания воды, содержащей бензол, толуол, ксилолы и нафталин, для деструкции бензола и его гомологов. [7].

Отмечается, что биологическое окисление углеводородов представляет значительную сложность (они окисляются значительно труднее, чем алифатические углеводороды). Разрушение бензола микроорганизмами возможно, но после длительной адаптации [6, с. 28].

Циклические углеводороды в целом окисляются труднее парафиновых. Из циклоалканов возможность окисления доказана экспериментально для серии веществ, начиная от первого их представителя циклопропана до циклооктана, а также их метил- и этилпроизводных, циклоалкиламинов, пиперидинов, гекса-, гепта- и октаметиленимина. Биологически окисляются гидрохинолины, спирановые гетероциклы. Циклоалканы - характерный пример случая, когда принципиально биоокисление возможно (оно доказано), но не проходит в очистных сооружениях, вследствие чего эти вещества отнесены к группе биологически неокисляемых.

Очистка сточных вод и газовых выбросов от ароматических углеводородов - обязательная составная часть любых схем производства при использовании этих соединений [7].

Одним из способов очистки водоемов от сульфидсодержащих соединений является следующий. Сульфиды окисляют до элементарной серы в реакторе с сульфидокисляющими бактериями в присутствии кислорода. По крайней мере часть серы, образовавшейся во время окисления, выделяют из сточной воды и возвращают обратно в реактор таким образом, чтобы поддерживать в нем концентрацию элементарной серы не менее 1 г/л. Сера в форме агрегированных частиц используется в качестве носителя для сульфидокисляющих бактерий.

Изобретение касается способа очистки сточных вод, содержащих сульфиды, который включает в себя окисление сульфидов до элементарной серы в реакторе с сульфидокисляющими бактериями в присутствии кислорода и выделение из сточных вод по крайней мере части серы, образовавшейся в ходе окисления.

Такой способ описан, например, в международной патентной заявке W0 091/16269. Согласно этому способу используется минимальное соотношение между сульфидами и биомассой. Эффективность очистки составляет 99%.

Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены арилметановые красители. При выполнении работы был проведен литературный обзор по данной теме.

В качестве примера получения красителя арилметанового ряда взят краситель Бриллиантовый зеленый.

В ходе курсового проекта была разработана схема по производству красителя бензальдегидным методом.

На стадии получения бензальдегида выбран метод получения его при окислительном гидролизе бензальхлорида, который наиболее часто используется в промышленности. Выход бензальдегида при использовании данного метода составляет 95,6%. Степень конверсии бензальхлорида 0,96, селективность равна 0,95.

Побочные продукты, а также исходные вещества, не вступившие в реакцию, направляются на регенерацию и посредством рециклинга поступают на стадии, где данные реагенты служат исходными веществами, что частично сокращает расходы на сырье и материалы для получения красителя.

В работе выполнен тепловой расчет теплообменного аппарата для нагрева бензола, подаваемого на стадию получения нитробензола.

Производительность предприятия для расчета теплового и материального баланса по производству красителя выбранным методом условно взята 1000 кг/месяц.

Произведен анализ способов очистки сточных вод от сбросов производства арилметановых красителей, в частности от ароматических соединений таких как бензол, толуол, бензальдегид, а также циклоалканов и др.

Список использованной литературы

1.Беспамятов Г.П. и др. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде М. - Л.: Химия, 1975. - 455 с.

2.Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных сточных водах. М. - Л.: Химия, 1976. - 128 с.

3.Кнунянц И.Л. Химическая энциклопедия. В 5 т. Т.2. М.: Советская энциклопедия, 1990. - 671с.

.Лейте В. Определение органических загрязнений питьевых, природных и сточных вод. Пер. с нем. / Под ред. Ю.Ю. Лурье. М.: Химия, 1974. - 336 с.

.Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.:Химия, 2006. - 576 с.

.Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. Л.: Химия, 1977. - 463 с.

7.Соколов В.З., Харлампович Г.Д. Производство и использование ароматических углеводородов. М.: Химия, 1980. - 336 с.

8.Степанов Б. И., Введение в химию и технологию органических красителей, 2 изд., М., 1977. - 448 с.

.Термические методы обезвреживания отходов / Под ред. К.К. Богушевской и Г.П. Беспамятова. Л.: Химия, 1975. - 175 с.

10.Чекалин М.А., Пасет Б.В., Иоффе Б.А. Технология органических красителей и промежуточных продуктов. - Л.:Химия, 1980. - 472 с.

.База данных ChemCAD

12.Электронный ресурс <http://ru.wikipedia.org/wiki/>

.Электронный ресурс <http://www.himhelp.ru/section25/section27/section138/110.html>/

.Электронный ресурс <http://www.jurnal.org/articles/2010/chem5.html>

.Электронный ресурс <http://www.ximicat.com/info.php?id=3799>

Содержание Введение 1. Арилметановые красители 1.1 Общие сведения 1.2 Способы получения триарилметановых красителей 2. Бриллиантовый зеленый.

Больше работ по теме: