Химизм и краткое описание технологического процесса получения уротропина

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

«АНАЛИЗ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГОТОВОГО ПРОДУКТА – УРОТРОПИНА ТЕХНИЧЕСКОГО С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ НОРМАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА».

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ УРОТРОПИНА. ХАРАКТЕРИСТИКИ КАЧЕСТВА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ.

Характеристика готового продукта.

Уротропин (гексаметилентетрамин) технический представляет собой твердое кристаллическое вещество белого цвета, без запаха.

Структурная формула -

Молекулярная масса - 140,19

Плотность- 1331 кг/м³

Молекулярная теплота образования - 136,9 кДж/моль

Теплота сгорания при 25°С - 30 кДж/г

Теплота растворения при бесконечном разведении - 20 кДж/моль

рН растворов концентрации 5-40% уротропина - 8-9,5

При температуре 280 °С уротропин обугливается, а при температуре выше 230°С в вакууме уротропин легко возгоняется и испаряется без заметного разложения. Уротропин растворяется в воде с выделением тепла.

В 100 г воды растворяется 81.3 г уротропина при 12°С, с повышением температуры растворимость падает. Растворим в спирте. В слабокислом растворе распадается на аммиак и формальдегид

По физико-химическим показателям уротропин технический должен

соответствовать требованиям ГОСТ 1381-73 для марки «С», указанным в таблице 1.

Таблица 1. Физико-химические показатели уротропина технического

Наименование показателей	Норма для марки «С»
Наименование показателей	Первый сорт	Высший сорт
1.Внешний вид	Кристаллический слеживающийся порошок белого цвета
2. Массовая доля аминов, %, не менее	99,5	98,0
3. Массовая доля воды,%, не более	0,5	2,0
4. Остаток после прокаливания, % не более	0,01	0,01
5. Перманганатное число, мин., не менее	20	20
6. Остаток после просеивания на сите:
с сеткой № 2,5к_э %	не нормируется
с сеткой №0355к, %, не менее	не нормируется
с сеткой № 014к, %, не менее	не нормируется
с сеткой № 008к, %, не более	не нормируется

Уротропин технический стабилизированный представляет собой уротропин

(гексаметилентетрамин) технический с добавлением до 2,5% стабилизатора-диоксида кремния SiO (аэросила). Представляет собой мелкокристаллический неслеживающийся порошок белого цвета.

По физико-химическим показателям уротропин технический стабилизированный должен соответствовать требованиям ТУ 2478-008-0203803-93, указанным в таблице 2.

Таблица 2. Физико-химические показатели уротропина стабилизированного

Наименование показателей	Норма
1. Внешний вид	Мелкокристаллический порошок белого цвета
2. Массовая доля аминов, %, не менее	97,5
3. Массовая доля воды, %, не более	0,5
4. Остаток после прокаливания, ** %, не более	2,5
не более не менее	2,5 0,5
5. Сыпучесть*, сек.., не более	12

Примечание: * - показатель, указанный в п.5, определяется по требованию потребителя;

** - значение дает одновременно содержание стабилизатора

Химизм и краткое описание технологического процесса получения уротропина

Метод получения уротропина: газофазный метод синтеза уротропина из формальдегида в составе контактных газов и газообразного аммиака. Процесс осуществляется под вакуумом в насыщенном водном растворе уротропина.

Технологический процесс получения уротропина состоит из следующих стадий:

- приготовление спирто-водной смеси;

- приготовление спирто-паро-воздушной смеси;

- контактное превращение метанола в формальдегид;

- получение и кристаллизация уротропина;

- выделение уротропина центрифугированием;

- сушка, стабилизация и затаривание уротропина;

- улавливание уротропина, формальдегида, метанола и аммиака из отходящих газов;

- ректификация слабых метанольных вод.

Метанол из общезаводского коллектора смешивается с деминерализованной водой в смесителе и подается в спиртоиспаритель.

Одновременно в спиртоиспаритель через щелевой барботер подается атмосферный воздух, в результате чего образуется спирто-паро-воздушная смесь.

Полученная спирто-паро-воздушная смесь пройдя перегреватель и огнепреградитель поступает в контактный аппарат.

В контактном аппарате на пемзосеребряном катализаторе при вакууме [(-0,1)¸(-0,3)] кгс/см² и температуре 660÷710^оC происходит образование формальдегида из метанола по реакциям дегидрирования и окисления метанола.

1. СН₃ОН + 0,5О₂«СН₂О + Н₂О + 159098,4 дж

2. СН₃ОН «СН₂О + Н₂ - 83738 дж

3. Н₂ + 0,5О₂® Н₂О + 242834,4 дж

Одновременно с основными реакциями образования формальдегида протекают и следующие побочные реакции:

4. СН₃ОН + 1,5 О₂® СО₂ + 2Н₂О

5. СН₃ОН + О₂® СО + 2Н₂О

6. СН₂О® СО + Н₂

7. СН₃ОН + Н₂® СН₄ + Н₂О

8. 2СН₂О + О₂® 2НСООН

Образовавшиеся контактные газы, поступают в реактор синтеза уротропина.

Одновременно в реактор синтеза уротропина подается газообразный аммиак. В реакторе при температуре в интервале 72¸83^оС и вакууме [(-0,2)¸(-0,6)] кгс/см² происходит процесс образования уротропина из формальдегида и аммиака, который выражается уравнением:

6СН₂О +4NH₃®(СН₂)₆N₄+ 6Н₂О +81ккал

Механизм сложной реакции образования уротропина изучен недостаточно.

Предполагается, что в щелочной среде процесс образования уротропина состоит из следующих этапов:

1. При присоединении молекулы аммиака к молекуле формальдегида на первой стадии происходит образование альдегида аммиака, который, теряя молекулу воды, превращается в метиленимин:

О Н ОН Н

// \ / \

Н – С + NH₃ —> С —> С=NH + Н₂0

\ / \ /

Н Н NH₂ Н метиленимин

Метаноламин

2. Три молекулы метиленимина полимеризируются, образуя циклическую формулу:

СН₂

/ \ циклотриметилентриамин

3 СН₂=NH – 3Н₂0 —> NH NH

| |

СН₂ СН₂

\ /

3. К этому полимеру присоединятся три молекулы формальдегида, вследствие чего каждый атом азота оказывается связанным с группой – СН₂-ОН:

СН₂ СН₂

/ \ / \

NН NН N - СН₂ОН N - СН₂ОН

| | + 3СН₂О Þ

СН₂ СН₂ ОН

\ / ½

NН СН₂ СН₂ СН₂

\ ½ /

Этот продукт, вступая в реакцию с молекулой аммиака, теряет три молекулы воды и превращается в уротропин (гексаметилентетрамин):

СН₂

/ \

N-CН₂-ОН N-CН₂-ОН N-СН₂ CН₂-N

ОН + NН₃ Þ \ / + 3 Н₂О

½ N

СН₂ СН₂ СН₂ СН₂ ½ СН₂

\ ½ / СН₂

N ½

Молекула уротропина в пространстве имеет форму трехгранной пирамиды, базирующейся на шестиугольном основании.

Полученный раствор уротропина подается в мутильник-сгуститель, где происходит наращивание и осаждение кристаллов.

Пульпа уротропина из мутильника подается в автоматическую центрифугу для отделения кристаллов уротропина от маточника.

Полученные кристаллы при выпуске технического уротропина 1 сорта отправляются на упаковку в полипропиленовые мешки.

При выпуске технического уротропина высшего сорта уротропин подвергают сушке с последующей затаркой в мешки.

При выпуске технического стабилизированного уротропина после сушки смешивают со стабилизатором в смесителе, затем направляют на узел упаковки.

Образовавшиеся отходящие газы с реактора синтеза уротропина пройдя дефлегматор направляются в абсорбционную колонну, для отмывки от метанола с последующим сжиганием на факельной установке.

Отходом производства являются слабые метанольные воды, которые подвергаются ректификации с получением метанола-сырца, который отправляется потребителю. Образовавшаяся кубовая жидкость сжигается в печах УТОПС.