ВКР (Выпускная квалификационная работа) по органической химии на тему Производство олеиновой кислоты 7100кг/г

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Олеиновая кислота относится к категории нежелательных кислот и считается наиболее распространенной в природе. Максимальное содержание натуральных компонентов наблюдается в растительных маслах, а именно в пальмовом, оливковом и подсолнечном маслах, определенное количество этой кислоты присутствует в жирах животного происхождения. Если вы посмотрите на нее по внешнему виду, олеиновая кислота напоминает маслянистую жидкость, которая не имеет запаха и цвета, но может не иметь большого желтого оттенка.
Его часто используют в промышленных целях, например, при обработке металлов и для производства резины. Название олеиновой кислоты было придумано не случайно, ведь она содержит более 80% оливкового масла. Кроме того, это вещество содержится и в других продуктах, например, арахисовое масло содержит около 65% оливкового масла, а в говяжьем жире и подсолнечном масле его содержание составляет около 40%. Кроме того, оливковое масло содержится в треске – более 30%.
Техническую олеиновую кислоту получают путем гидролиза различных растительных масел, например, подсолнечного, соевого, рапсового или горчичного масла. Такой продукт совершенно непригоден для пищевых целей. Его получают фракционированием смеси полученных кислот и многократной перекристаллизацией из метанола или ацетона при температуре -40 градусов.
В промышленности соединение масел используется и по сей день. Поскольку оливковое масло стоит очень дорого, в большинстве случаев используются рапсовое, подсолнечное, кориандровое и горчичное масла. Сначала разлагают глицериды масел, затем из массы карбоновых кислот удаляют низкокипящие и низкокипящие соединения. Дистилляция также помогает в производстве кислоты.
Метод гидрирования размороженного масла по-прежнему широко используется. Полученный продукт используется для переработки сульфатного мыла. В процессе изготовления при воздействии серной кислоты получается смесь органических соединений, обладающих резким запахом, среди них присутствует масло. Для выделения его из смеси используется температура от 20 градусов до 100, а также давление 0,5 мегапикселя, весь процесс приготовления олеиновой кислоты занимает 3 часа.
Для обеспечения результата необходим катализатор, который изготавливается из палладия, а в качестве носителя используется ионообменная смола. Содержание масла в расплавленном масле составляет не более 40%. В последние годы палладиевый катализатор был заменен на никелевый катализатор в производстве. В качестве опоры используется диатомовая земля, то есть особая осадочная порода. Благодаря этому методу можно получить максимально качественный и чистый продукт.
Эта кислота не причиняет вреда, если попадает на кожу, и не может раствориться в воде. Если его нужно удалить с поверхности, желательно взять эфир, спирт, ацетон или хлороформ. При работе с кислотой следует иметь в виду, что она может потемнеть и окислиться при взаимодействии с ультрафиолетовыми лучами и кислородом. Именно поэтому этот продукт хранится в закрытой таре из темного стекла, которая абсолютно непрозрачна.
Сфера применения кислоты довольно широка, так как она задействована во многих видах человеческой деятельности, начиная с производства лекарств, обработки металлов, косметологии и заканчивая производством резиновых изделий. А также олеиновая кислота широко используется в пищевой промышленности, так как в ее состав входят ароматизаторы. Продукт используется в качестве пластификатора целлюлозы при производстве бумажных изделий. Кислота используется для производства красок, лаков, эмульгаторов, ее часто используют в металлообработке, где она выступает в качестве охлаждающей жидкости для резки металла, используемой при выполнении операций.
Этот тип кислоты широко используется при производстве твердых высоколегированных сплавов, например, из нержавеющей стали. Поскольку олеиновая кислота обладает превосходными смазывающими свойствами, она становится незаменимой при сверлении биметаллическими коронками листов нержавеющей стали. Это незаменимый помощник при выполнении операций с твердыми сплавами, нарезании резьбы и сверлении.
Олеиновую кислоту можно найти в смесях, используемых для отделки поверхности деталей слоем, в котором толщина металла минимальна и составляет максимум 22 микрона. Олеиновая кислота используется для очистки инструментов и получения точных уплотняющих поверхностей.
Кислота особенно востребована в косметологии, где она присутствует во многих косметических средствах, таких как кремы для ухода за лицом, руками, ногами и телом. Продукт присутствует в составе косметического мыла, средств по уходу за проблемной кожей. Это связано с тем, что олеиновая кислота положительно влияет на регенерацию клеточной мембраны и надолго удерживает влагу. После применения такого косметического средства проблемная кожа приобретает привлекательный внешний вид, подтягивается, становится свежее, ее тон становится более ровным, исчезает сухость. Также из олеиновой кислоты получают соли, которые необходимы для производства различных моющих средств.
Цель исследования – изучить и проанализировать производство олеиновой кислоты 7100кг.
Задачи исследования:
1) предложить технико-экономическое обоснование выбранного метода производства и выбор места строительства;
2) выполнить технологические исследования производства олеиновой кислоты;
3) проанализировать автоматизацию и автоматические системы управления технологическим процессом;
4) рассмотреть строительно-монтажные особенности завода;
5) предложить меры по безопасности жизнедеятельности;
6) выполнить экономическую оценку принятых решений.
Объект исследования – производство олеиновой кислоты
Предмет исследования – особенности проектирования промышленного завода.
Методы исследования: изучение специализированной литературы, анализ и сравнение.
Структура работы: введение, шесть глав, заключения и списка литературы.
 
1 Технико-экономическое обоснование выбранного метода производства. Выбор места строительства

Казанский химический завод имени Вахитовой - одно из старейших предприятий Среднего Поволжья. Завод был основан в 1855 году. В то время завод перерабатывал 2460 тонн свиного сала, 655 тонн извести, 260 тонн соды, 850 тонн серной кислоты. Штат состоял из 355 рабочих. В 1861 году завод получил высокую награду – заводское качество на "Всероссийской выставке" и почетный орден в Лондоне. Наиболее важным нововведением была дистилляция и сернокислотный метод расщепления. В середине 60–х годов на заводе началось производство глицерина. В 1940 году производительность труда была в 6 раз выше, чем в 1913 году. Во время войны работа на заводе была перестроена на военный лад.
Основой технологического производства являются непрерывные технологические процессы: каталитическое гидрирование под давлением, гидролиз, дистилляция, расщепляющая сушка и ряд производственных линий.
В настоящее время производительность труда в 10 раз выше, чем до революции. Завод был пионером в производстве синтетических моющих средств и является одним из крупнейших предприятий по их производству.
ОАО "Нэфис Косметикс" является производителем олеиновой дистиллированной кислоты и крупнейшим поставщиком стеариновой кислоты. Завод производит различные виды гидрогенизированных жиров, большое количество хозяйственного и туалетного мыла, свечей и т.д. Продукция завода зарекомендовала себя как качественная и имеет широкий спектр применения.
Среди большого ассортимента наименований продуктов большое значение имеет стеариновая кислота.
Производство КА на установках непрерывной дистилляции было введено в эксплуатацию в 1967 году. До этого года компания использовала дистилляционные установки LCD полунепрерывным методом. В этих условиях жидкокристаллические дисплеи непрерывно подаются в дистилляционный куб в течение определенного периода, в течение которого они нагреваются и непрерывно перегоняются с добавкой острого пара. Постепенно в кубе накапливается нетронутый остаток – гудрон, для выгрузки которого процесс пришлось прервать.
Из-за длительного пребывания JCS в кубе при относительно высокой температуре некоторые из них полимеризуются, что снижает выход дистиллята.
В установках для непрерывной дистилляции с непрерывным удалением смолы этот недостаток устраняется. Установки для непрерывной дистилляции позволяют получать более высокие технико-экономические показатели.
В связи с переходом на новый способ получения стеариновой кислоты, установки непрерывной перегонки становятся основным оборудованием цеха.
В цехе первоначально действовали пять устаревших устройств, работающих на огневом нагреве без вакуума. Поэтому особенно важным стало оснащение цеха новыми дистилляционными установками.
Сотрудники завода сделали правильный технический выбор, использовав нагревательные элементы в качестве нагревателя для нагрева дистилляционных кубов. В связи с их использованием были внесены изменения в конструкцию парогенераторов.
Преимущество нагревательных элементов – короткий промежуток времени после достижения устройством заданного температурного режима, простота его регулирования – позволило обеспечить стабильную работу дистилляционных аппаратов и добиться высокой производительности.
Завод производит стеариновую кислоту 1-го и 2-го сортов, сорт "4"; олеиновую кислоту марок В-115, В16, В14, О, В. JK, получаемые из жирового сырья, представляют собой смесь различных ЖК, насыщенных и ненасыщенных.
Олеиновая кислота - самая распространенная ненасыщенная кислота в природе. Он входит в состав животных жиров и растительных масел. Он содержится в значительных количествах в оливковом, пальмовом, арахисовом, рапсовом, подсолнечном маслах, а также в масле лесного ореха.
В промышленности олеиновую кислоту получают несколькими способами, включая гидролиз жиров и растительных масел с последующим фракционированием полученной смеси жирных кислот и повторной кристаллизацией из метанола или ацетона при – 40 0С. Отечественная промышленность выпускает несколько марок олеиновой кислоты, отличающихся общим содержанием жирных кислот, температурой застывания и другими показателями. Сырьем для производства олеиновой кислоты, как правило, является смесь двух-трех растительных масел. Смесь готовят таким образом, чтобы йодное число полученных кислот составляло 90-105 мг J2/100 г.
Для того чтобы проанализировать мировой и внутренний рынок олеиновой кислоты, необходимо проанализировать растительные масла, из которых она производится.
За последние 15 лет в мире наблюдается неуклонный рост производства растительного масла. Значения среднегодового прироста варьировались от 2 до 9%, а средний прирост объемов производства с 2000 года составил 4,9% .
Олеиновая кислота - это жирная кислота, содержащаяся в животных и растительных жирах и маслах. Олеиновая кислота классифицируется как мононенасыщенная омега-9 жирная кислота или 18:1 цис-9. Его формула: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH. Олеиновая кислота используется в ряде производственных областей: производстве красок, моющих средств, косметики, в производстве продуктов питания, в качестве пищевой добавки с индексом Е570, в качестве смазки в машиностроении и металлообрабатывающей промышленности, этот реагент также может быть использован в качестве гидрофобного компонента некоторых строительных смесей и т.д. По расчетам аналитиков DISCOVERY Research Group, объем рынка олеиновой кислоты в России в 2020 году составил 5 078,9 тонны. Наибольшую долю рынка олеиновой кислоты в натуральном выражении в 2020 году занял производитель АО "НЭФИС КОСМЕТИКС", она составила 62,7%. По расчетам аналитиков Discovery Research Group, объем производства олеиновой кислоты в 2020 году в России составил $6445,8 тыс. Наибольшую долю производства олеиновой кислоты в стоимостном выражении в 2020 году занял производитель АО "НЭФИС КОСМЕТИКС".
Объем импорта олеиновой кислоты в Россию в 2020 году составил $2 348,2 тыс. В стоимостном выражении в 2020 году наибольший объем импорта олеиновой кислоты в Россию был осуществлен производителем OLEON NV. На его долю пришлось 50,3%. В структуре импорта олеиновой кислоты в Россию по странам происхождения в 2020 году лидирует Европейский союз в стоимостном выражении – 36,1%. Объем экспорта олеиновой кислоты из России в 2020 году составил 116,0 тонн. В структуре экспорта олеиновой кислоты из России по странам назначения в натуральном выражении в 2020 году лидирует Казахстан – 69,8% .
По расчетам аналитиков DISCOVERY Research Group, объем рынка олеиновой кислоты в России в 2020 году составил 5 078,9 тонны. Наибольшую долю рынка олеиновой кислоты в натуральном выражении в 2020 году занял производитель АО "НЭФИС КОСМЕТИКС", она составила 62,7%.
Объем и темпы роста рынка олеиновой кислоты в натуральном выражении в 2018-2020 годах, тонн показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 - Объем и темпы прироста рынка олеиновой кислоты в натуральном выражении в 2018-2020 гг., тонн

Часто информация об объеме производства не содержится в данных ФСГС РФ (Росстат), и процесс ее получения очень трудоемкий и сложный. В текущем исследовании мы имеем дело именно с таким случаем.
Информация о ряде производителей была получена в результате анализа их финансово-экономических показателей деятельности, информации из открытых источников об их деятельности, экспертных заключений и наших собственных знаний о компаниях. Мы также провели интервью с производителями и получили информацию как о них, так и о деятельности их конкурентов. Кроме того, мы получали информацию об объемах производства и ценах, вступая в переговоры с производителями в завуалированной форме (Тайный шопинг) от имени потенциального клиента .
По расчетам аналитиков Discovery Research Group, объем производства олеиновой кислоты в 2020 году в России составил $6445,8 тыс. Наибольшую долю производства олеиновой кислоты в стоимостном выражении в 2020 году занял производитель АО "НЭФИС КОСМЕТИКС".
Объем импорта олеиновой кислоты в Россию в 2020 году составил $2 348,2 тыс. В стоимостном выражении в 2020 году наибольший объем импорта олеиновой кислоты в Россию был осуществлен производителем OLEON NV. На его долю пришлось 50,3%. В структуре импорта олеиновой кислоты в Россию по странам происхождения в 2020 году лидирует Европейский союз в стоимостном выражении – 36,1%.
Доля производителей в объеме импорта олеиновой кислоты в Россию в 2020 году в стоимостном выражении, % показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Доли производителей в объёме импорта олеиновой кислоты в Россию в 2020 г., в стоимостном выражении %

Объем экспорта олеиновой кислоты из России в 2020 г. составил 116,0 тонн. В структуре экспорта олеиновой кислоты из России по странам назначения в натуральном выражении в 2020 г. лидирует Казахстан – 69,8%.
Изобретение относится к области получения высших алифатических карбоновых кислот путем каталитического гидрирования жирных кислот таллового масла.
Известен способ получения технической олеиновой кислоты путем объединения смеси растительных масел, таких как подсолнечное, кориандровое, горчичное, рапсовое и др., с последующим разложением глицеридов этих масел и отгонкой легкокипящих и тяжелокипящих веществ из основной массы карбоновых кислот (Арутюнян Н.С. Технология получения переработка жира. - М.: Пищевая промышленность, 1998, с. 335 - 344). Недостатком способа является использование растительных масел, состав карбоновых кислот которых зависит от климатических условий и места произрастания масличных культур. Содержание олеиновой кислоты колеблется от 40 до 80%. Остальные примеси обычно представляют собой линолевую, линоленовую, эруковую и другие кислоты, свойства которых отличаются от свойств олеиновой кислоты. Таким образом, даже при различных сочетаниях смесей растительных масел фракционный состав не может поддерживаться постоянным.
Наиболее близким к настоящему изобретению является способ получения олеиновой кислоты гидрированием жирных кислот таллового масла при температуре 20-100°C, давлении 0,1 - 0,5 МПа в течение 1-4 часов в присутствии палладия в качестве катализатора на носителе из ионообменной смолы. Содержание олеиновой кислоты в целевом продукте составляет 38,7 - 44,6% (патент Великобритании № 1422774, C 2 C, опубл. 28.01.76). Недостатком способа является низкое качество целевого продукта (38,7 - 44,6%).
Целью настоящего изобретения является улучшение качества олеиновой кислоты.
Эта цель достигается за счет того, что каталитическое гидрирование жирных кислот таллового масла проводят на катализаторе Ni/кизельгура (ТУ 38.101396-80).
Отличием предлагаемого способа является использование катализатора, широко используемого в промышленности (Ni/on кизельгур). Способ позволяет синтезировать олеиновую кислоту, содержание которой в продукте гидрирования составляет не менее 85,0 - 90,0%, со степенью конверсии линолевой и линоленовой кислот 96,0%.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
В автоклав из нержавеющей стали объемом 100 см3 загружают жирные кислоты таллового масла, состав, массовая доля, %: смоляная 2,0, неомыляемая 3,0, пальмитиновая 3,2, стеариновая 0,9, олеиновая 35,3, линолевая и линоленовая 55,6, в количестве 50 г и подвергают гидрированию при температуре при 100oC, давлении 0,5 МПа в течение 4 часов в присутствии палладия в качестве катализатора на носителе из ионообменной смолы. Содержание олеиновой кислоты в целевом продукте составляет 39,1%.
Пример 2.
В автоклав из нержавеющей стали объемом 100 см3 загружают жирные кислоты таллового масла, состав, массовая доля, %: смоляная 2,0, неомыляемая 3,0, пальмитиновая 3,2, стеариновая 0,9, олеиновая 35,3, линолевая и линоленовая 55,6, в количестве 50 г и гидрируют в присутствии 5,0 г. Катализатор Ni/кизельгура (содержание никеля не менее 49,8%) при давлении 1,0 МПа и температуре 140oC в течение 1 ч. Затем смесь охлаждают, фильтруют от катализатора и получают 48,3 г (96,6%) гидрогенизированного продукта следующего состава, массовая доля, %: смола 1,90, неомыляемая 2,78, пальмитиновая 3,20, стеариновая 1,50, олеиновая 86,80, линолевая 0,68.
Пример 3.
В автоклав из нержавеющей стали объемом 100 см3 загружают жирные кислоты таллового масла состава, массовая доля, %: смоляная 2,00, неомыляемая 2,90, стеариновая 0,90, олеиновая 35,00, линолевая и линоленовая 55,96, в количестве 50 г, гидрированные в присутствии 5,0 г Ni/ катализатор кизельгура (содержание никеля не менее 49,8%) при температуре гидрирования 150oC и давлении 1,0 МПа. Затем смесь охлаждают, фильтруют от катализатора и получают 47,7 г (95,4%) гидрированного продукта следующего состава, массовая доля, %: смола 1,95, неомыляемая 3,05, пальмитиновая 3,12, стеариновая 1,73, олеиновая 89,94, линолевая 0,21.
Пример 4.
Жирные кислоты таллового масла композиции, как в примере 1, гидрируют в автоклаве из нержавеющей стали объемом 100 см3 в присутствии 5,0 г катализатора Ni/диатомовая земля (массовая доля никеля не менее 49,8%) при температуре 160oC, давлении 0,5 МПа. Затем смесь охлаждают, фильтруют от катализатора и получают 47,2 г (94,4%) гидрированного продукта следующего состава, массовая доля, %: смола 2,00, неомыляемая 2,80, пальмитиновая 3,20, стеариновая 1,80, олеиновая 90,20.