Гидрогенизация

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………... Сопутствующие вещества………………………………………..……… Химизм процесса………………………………………………………… Технология и оборудование…………………………………….………. Технология гидрогенизации……………………………………………. 3.2 Оборудования для гидрогенизации…………………………………….. Технохимический контроль…………………………………………….. Очистка сточных вод..…………………………………………………... Заключение………………………………………………………………..       Список  используемой литературы…………………………………...…

3 6 16 20 20 26 37 41 43 44

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Одной из важнейших и сложных  отраслей пищевой промышленности является масложировая. В структуре масложировой промышленности имеются маслоэкстракционные заводы, конечным продуктом которых являются натуральные растительные масла (подсолнечное, хлопковое, льняное, рапсовое) маргариновые заводы, производящие маргарины и майонезы, мыловаренные заводы, поставляющие хозяйственное и туалетное мыло, глицерин и жирные кислоты, заводы по производству синтетических моющих средств (СМС). Укрупнение предприятий привело к появлению жиркомбинатов (МК), где сконцентрированы все виды жироперерабатывающих производств, а так же масложиркомбинатов, в котором предоставлен полный технологический цикл от обработки маслосемян до разнообразной продукции жиропереработки.

В рационе человека большое  значение имеют жиры, которые обеспечивают в среднем до 30% калорийности продуктов  питания. Жиры и масла используются так же и в технике для выработки  мыла, лакокрасочной продукции и  др.

В общей структуре жиров  и масел, вырабатываемых в нашей  стране, примерно 65% принадлежат растительным маслам. Их вырабатывают из сырья, которое  поставляет сельское хозяйство. Часть  растительных масел непосредственно  в жидком виде используют в питании  и для производства различных  продовольственных и технических  товаров, а большая часть подвергается химической обработке, в результате которой из жидких масел, как правило, получают пластичный или твердый салообразный продукт, получивший товарное название «саломас»

Саломас является основным сырьем для выработки разнообразной  маргариновой продукции, твердого хозяйственного и туалетного мыла, стеарина и ряда других промышленных изделий.

В последней четверти 19 века промышленное производство масложироваой продукции  - мыла, стеарина и других технических продуктов- стало тормозить из-за дефицита твердых или полутвердых жиров и масел животного и растительного происхождения. Принципиальное решение этой проблемы было известно- химическое насыщение жидких растительных масел и жиров морских животных водородом. Но осуществление такого процесса стало возможным только после открытия гетерогенного гидрогенизационного катализа в жидкой фазе и создания промышленной технологии получения водорода из воды и углеродов. Обе проблемы были решены к концу 19 века.

В России первая заводская установка  для гидрирования жиров и жирных кислот была построена в 1909 г. Известным российским инженером-химиком М. В. Вильбушевичем. Им же были разработаны оригинальная конструкция реакторов для жидкофазного гидрирования и технология производства восстановленного порошкообразного, суспендированного в жире или масле катализатора типа никель на кизельгуре.

Совершенствование промышленной технологии гидрирования жиров и  жирных кислот развивается в следующих  направлениях:

     - интенсивное направление технологии получения гидрированных жиров методом насыщения без внешней циркуляции водорода,

     - освоение технологии рафинации и гидрирования рыбных жиров как перспективного жирового сырья,

     - разработка и внедрение новых методов и режимов рафинации жиров, позволяющих максимально освободить сырье от каталитических ядов,

     - создание новых высокоэффективных порошкообразных и стационарных катализаторов, селективно гидрирующих при температуре140…180°C,

     - разработка и внедрение гидрогенизационных реакторов вместимостью до 30 м³, разрабатывающих в интенсивном гидродинамическом режиме и при давлении до 2,5МПа,

     - механизация и автоматизация отделения порошкообразного катализатора от саломаса;

    - автоматический контроль и регулирование процесса гидрогенизации

 

1. СОПУТСТВУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА.

 

Сырьем для производства гидрированных жиров и жирных кислот являются катализатор и водород.

 

Физико-химические свойства водорода

Водород представляет собой  легкий газ без запаха и цвета, плотность его при температуре 0°C и давлении 0,1МПа 0,09 кг/м³. Водород примерно в 14,5 раз легче воздуха. Попадая в помещение, он поднимается кверху и, если отсутствует вытяжка, накапливается под перекрытием.

Водород относится к наиболее распространенным химическим элементам. Однако он в природе встречается  практически только в связанном  состоянии. Например, в воде содержится примерно 11% связанного водорода, а  в природном газе и углеродах  нефти - 25%. Именно эти вещества и являются сырьевой базой промышленного производства водорода.

Водород нетоксический горючий  бесцветный газ, самый легкий из всех известных газообразных веществ. При атмосферном давлении и температуре 0°C его плотность равна 0,09кг/м³. С воздухом (кислородом) водород образует смеси, легко взрывающиеся при нагревании, пропускании электрической искры, контакте с зарядами статического электричества, облучении прямым солнечным светом, а так же при контакте со многими металлами. Пределы взрываемости водородно- воздушных смесей (объемные проценты) нижний- 4% Н₂, верхний - 75% Н₂.

Водород относится к труднорастворимым газам. В маслах, жирах и жирных кислотах его растворимость незначительна, но возрастает с повышением температуры и давления, о чем свидетельствуют следующие данные:

Температура, °C	30	50	80	100	150
Растворимость водорода, м³/т масла	0,046	0,054	0,068	0,078	0,102

 

Из этих данных следует, что, например, в саломасе, отфильтрованном  от катализатора при температуре 120-150°C, растворено приблизительно на каждую тонну фильтрата 100 л водорода. Поскольку  при охлаждении саломаса растворимость  водорода снижается, в верхних частях резервуаров для саломаса должны иметь вытяжные трубы, сообщаться с  атмосферой.

Растворимость водорода в  воде зависит от температуры и  давления. При атмосферном давлении и температуре 20-40°C в 1 м³ воды растворяется 0,018-0,016 м³ водорода. С повышением давления растворимость водорода в воде несколько возрастает. Так, при давлении 2,5МПа при температуре 20-40 °C в 1 м³ воды растворяется примерно 0,4 м³ водорода.

Следовательно, при помывке  водорода при атмосферном давлении и температуре около 30°C каждый 1 м³ промывной воды уносит с собой  примерно 17 л растворенного водорода.

В обычном состоянии молекулярный водород малоактивен. Его способность  вступать в химические реакции возрастает при нагревании, под действием освещения, электрической искры или электрического заряда, в момент выделения из химических соединений и особенно в присутствии катализатора химических реакций.

Среди многих методов получения  водорода промышленное применение в  масложировой промышленности получил  следующие методы: железопаровый, конверсионный и электролизом воды.

В настоящее время электролиз воды - наиболее распространенный метод производства чистого водорода (99,6-99,9%) в одну технологическую стадию.

 

Получение водорода

Железопаровый метод

Этот метод основан  на свойстве воды (водяного пара) при  контакте с раскаленным металлом, например железом, окислять его с  одновременным образованием водорода, который собирают в газольдеры. Происходящие при взаимодействии воды с железом можно изобразить следующими уравнениями:

H₂O+Fe↔FeO+H_2;

H₂O+3FeO↔Fe₃O₄+H_2;

Оксиды железа, потерявшие способность далее окисляться, для  прохождения реакций необходимо восстанавливать до металлического железа. Восстановление проводят так  называемым газом- восстановителем (водяной  газ), представляющий собой смесь, содержащую 50% водорода и 50% окси углерода. При воздействии  водяного газа оксиды железа восстанавливаются  до металлического железа, когда компоненты водяного газа окисляются до воды и окиси углерода.

Конверсионый метод.

Конверсацией называют процесс переработки газов с целью изменения их состава. Для получения водорода конверсионным методом чаще всего используют природный газ, основным компонентов которого является простейший углеводород- метан (СН₄).

Получение водорода из природных  газов при взаимодействии с водяным  паром в присутствии катализатора заключается в окислении метана.

СН₄ + 2Н₂О↔ СО₂+4Н₂;

Из приведенного химического  уравнения видно, что для полного  превращения метана в водород  и двуокисьуглерода теоретически необходимы два объема водяного пара на каждый объем углеводорода и при этом образуется четыре объемов водорода. В действительности процесс взаимодействия углеводородов с водяным паром из двух последовательных химических стадий.

На первой стадии из метана и водяного пара образуется окись  углерода и водород

СН₄+Н₂О↔СО + 3Н₂;

Вторая стадия заключается  в дальнейшем окислении окиси  углерода в двуокись углерода

СО + Н₂О↔СО₂+Н₂.

Чтобы добиться максимального  превращения метана в водород  и двуокись углерода и, следовательно, свести к минимуму содержание в полученном газе примесей окиси углерода и метана, каждую из этих стадий необходимо проводить  при определенном режиме. Для каждой стадии существует свой наиболее эффективный  катализатор конверсии, определенный температурный интервал и соотношение  междугазам и водяным паром, обеспечивающие наибольшую степень конверсии сырья и максимальную скорость реакции.

Электролиз воды.

Достоинством получения  водорода электролизом воды является несложность технологической схемы, доступность сырья (воды), простота обслуживания электролизных установок, большая надежность и при нормальной эксплуатации, высокая чистота водорода.

При электролизе воды получают водород  и кислород, в которых  практически отсутствуют посторонние  примеси, не считая паров воды и взаимных примесей одного газа в другом (кислорода  в водороде и водорода в кислороде). В тоже время этот способ производства является весьма энергоемким. На получение 1 м³ водорода в промышленных условиях затрачивается примерно 6-6,5 кВТ∙ч электроэнергии.

В себестоимости водорода более 70% приходится на затраты электроэнергии.

Процесс получения водорода электролизом воды можно представить  следующим уравнением:

2Н₂О→2Н₂+О₂.

При электролизе воды оба  элемента, входящих в состав молекул  воды, выделяются из раствора в виде индивидуальных газов.

Для протекания этой реакции  необходимо, чтобы молекула воды диссоциировала на ионы

Н₂О↔Н⁺+ОН^-.

При этом в растворе будут  находиться ион водорода, несущий  положительный электрический заряд, и ион гидроксила, несущий отрицательный  электрический заряд.

Механизм процесса заключается  в том, что в воде ионы водорода и гидроксила переносятся соответственно к отрицательному и положительным электродам, где они разряжаются - отдают свой электрический заряд, при этом образуется молекула водорода и кислорода.

Так как вода относится  к веществам с очень низкой степенью диссоциации и малой электропроводностью, на практике ведут электролиз не чистой водой, а водного раствора гидроксила калия или натрия. Водный раствор едкой щелочи, применяемый для электролиза, носит название электролита.

 

Катализатор гидрогенизации жиров. 

Катализаторы обеспечивают присоединение водорода к ненасыщенным жирным кислотам и их триглицеридам.

Катализаторы - это вещества, способны повышать скорость химической реакции. Изменение скорости, какой либо реакции под воздействием некоторых веществ называют катализом, а реакции, происходящие в присутствие катализаторов,- каталитическими.

Ускорение химических превращений  в присутствии катализаторов  происходит в результате взаимодействия реагирующих веществ с поверхностью катализатора, точнее-с наиболее реакционными участками этой поверхности-активными центрами катализатора. В результате взаимодействия с катализатором вещества, участвующие в реакции, например не насыщенные глицериды и молекулярный водород, становятся значительно более рекционоспособными, то есть легче реагируют друг с другом. Таким образом, катализатор активирует реагирующие вещества и тем самым во много раз увеличивает скорость процесса. Однако сам катализатор в конечные продукты реакций не входит.