Физико-химические основы процесса конденсации метилового спирта и воды. Виды конденсации. Прохождение процесса метилового спирта и в

В металлургии и в производстве аммиака метанол является важным, экономически эффективным сырьем для  получения водорода и синтез-газа, которые необходимы в данных отраслях. Метиловый спирт широко используется для очистки от вредных соединений азота, который содержится в сточных водах. Многими предприятиями ведутся исследования в области применения метанола как источника энергии, в качестве газового топлива, моторного топлива и как составляющего компонента автомобильного бензина. Автомобильный бензин благодаря добавке метанола обладает улучшенными антидетонационными свойствами, в результате добавления метанола повышается КПД двигателя, а также происходит снижение выбросов вредных веществ выхлопных газов. 

• Метиловый спирт применяется на всех объектах нефте-газового комплекса в качестве ингибитора - гидратообразования. При добыче газа в районах Крайнего Севера в перекачиваемый газ необходимо добавлять метанол. Это предотвратит закупорку подземных газохранилищ и магистральных газопроводов кристаллогидратами. Образование твердых гидратов газа и связанные с этим пробки в системах газо- и нефтедобычи происходит, когда молекулы воды, образуя вокруг молекул природного газа своего рода клетки, формируют структуру, внешне напоминающую лед. Чаще всего гидратообразованию подвержены такие газы как азот, углекислый газ, сероводород и легкие углеводородные газы (от метана до гептанов). В зависимости от состава газа и давления газогидраты формируются при температуре до 30°С, при которой в газе сохраняются молекулы воды. Применение метанола в качестве ингибитора гидратообразования обусловлено оптимальным набором необходимых свойств, доступностью и дешевизной. В качестве ингибитора для этих целей практически никакое другое вещество не применяется помимо метанола. К тому же метанол тщательно исследован как ингибитор гидратообразования, и в технической литературе всегда можно найти разнообразные характеристики и необходимые данные, чтобы произвести расчет технологического процесса использования для этих целей метанола. Так как объемы добычи газа в данных районах будут увеличиваться год от года, возрастает колоссальный спрос на метанол. В связи с удорожанием поставок метанола (вдвое, а то и втрое), особенно на полуостров Ямал, где возможность его доставки практически отсутствует, появляется необходимость в создании малотоннажных легко транспортируемых установок для производства метилового спирта в районах добычи газа.  
• Необходимо помнить, что метанол - очень ядовитое вещество, помимо раствора, пары его также ядовиты, температуры вспышки его паров составляет 8°С, поэтому необходимо следовать инструкциям по безопасности, особенно на объектах газовой промышленности. На данных объектах метанол разрешено использовать как средство разрушения или предотвращения кристаллогидратных пробок в приборах, аппаратах, газопроводах. Метанол используют для обработки в газовых скважинах призабойных зон.

 

Несмотря  на имеющиеся у метилового спирта недостатки (ядовитость, невысокая теплота сгорания, высокая температура вспышки, гигроскопичность), имеются неоспоримые достоинства в применении метанола (пожарная и экологическая безопасность, предсказуемость при сжигании, наличие кислорода в молекуле, энергетическая эффективность).

В перспективе использование метанола возможно в различных химических генераторах электрической энергии (как носителя кислорода). Это направление только разрабатывается, и его разработка и внедрение технологий такого рода использования метанола следует ожидать на протяжении ближайших трех десятилетий. Но в тоже время полученные на сегодня опыты, результаты, научные разработки по использованию метанола, по мнению ученых, с уверенностью дают понять, что метанол – это топливо будущего.

ГОСТ метанола -2222-95

Температура,	Вяз  кость, м²/с,	Плотность, Кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м*К)	Удельная  Теплоемкость, Дж/(кг·К)	Поверхностное натяжение, Дж/м2.
-20	1,16	828	0,186	0,569	26,6
0	0,817	810	0,184	0,589	24,5
20	0,584	792	0,182	0,613	22,6
40	0,45	774	0,659	0,637	20,9
60	0,351	756	0,177	0,66	19,3
80	0,29	736	0,174	0,684	17,6
100	0,24	714	0,172	0,708	15,7
120	0,21		0,17	0,732	13,6

 

Вода и ее применения

Общеизвестно, что жизнь на планете  Земля возникла благодаря наличию  воды. Именно воду или признаки ее присутствия  в прошлом ищут американцы на планете  Марс, чтобы ответить на вопрос, была ли жизнь на Марсе. 
Вода - наиболее распространенное, доступное и дешевое вещество. В воде зародилась жизнь, вышла из нее, постепенно заселив сушу и воздух. Без воды немыслима жизнь на планете Земля, немыслима жизнедеятельность человека. Именно доступность и незаменимость воды обусловила ее широкое применение в быту, промышленности и сельском хозяйстве, медицине - во всех сферах человеческой деятельности. Трудно вспомнить, где вода не применяется. Но именно это и создает проблемы, связанные с ее подготовкой к использованию, с ее очисткой . 
Вода в природе 
Вода - жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотность р = 1,000 г/см3 (при 3,98°С), Тплавл. = 0°C, Ткип = 100°C. Одно из самых распространенных веществ в природе. Гидросфера занимает 71% биосферы. Биосфера, включающая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами, ничтожно тонка - от глубин океанских впадин до высот снежных вершин слой биосферы достигает толщины всего 20 км, что составляет лишь 0,3% радиуса Земли. К тому же эта обетованная пленка на поверхности Земли в основном водная, и в этом смысле наша планета является планетой Воды. 
Заглянем в "Словарь" Брокгауза и Ефрона: "минерал" (от mina - подземный ход, штольня) - это название дают однородным твердым или жидким неорганическим произведениям природы, определенного химического состава, входящим в состав твердой оболочки земли, а также и других небесных тел. 
Таким образом, жидкая вода - жидкий минерал, твердая вода (лед) - твердый минерал. В последние десятилетия обнаружены большие запасы топлива в виде твердых кристаллогидратов природных углеводородов. Вода - прекрасный растворитель и потому невозможно встретить в природе жидкую "чистую" воду, то есть воду, в которой не растворены неорганические и органические вещества. Вода - прекрасная среда обитания живых организмов и потому невозможно встретить в природе "чистую" воду, т.е. воду, в которой бы не обитали микробы, бактерии, моллюски, рыбы и т.д. 
Что такое водоподготовка и очистка воды? 
Обратимся к справочной литературе. 
Энциклопедический словарь медицинских терминов сообщает: "Очистка воды (син. очистка природных вод) - комплекс санитарно-технических мероприятий, направленных на удаление примесей, представляющих опасность для человека". 
Малая медицинская энциклопедия: "Очистка воды - обработка воды с помощью различных технологических приемов (коагуляция, фильтрация и др.)

с целью улучшения ее органолептических  и физико-химических свойств в  соответствии с требованиями ГОСТ – 52407-2005 
Водоподготовкой условились называть приведение качества воды в соответствие с требованиями промышленных предприятий. 
Очисткой воды, используемой для нужд человека и животных, называют приведением качества воды к нормам, обусловленным соответствующими ГОСТ. 
Очисткой сточных вод, сбрасываемых промышленными и коммунальными предприятиями, по аналогии назовем приведение состава жидких стоков в соответствие с нормами ПДК (предельно допустимых концентраций). 
Как уже отмечалось выше, в связи с ростом знаний и ухудшением экологической ситуации как следствием жизнедеятельности человека нормы на потребляемую воду все время пересматриваются. Чтобы им соответствовать, совершенствуются технологии очистки воды, оборудование. 
Например, фармакопея США (USP) дает определение нескольким типам воды: очищенная вода, вода для инъекций, стерилизованная вода, стерильная вода для инъекций, стерильная бактериостатическая вода для инъекций, стерильная вода для ингаляций и стерильная вода для орошения. USP устанавливает нормы методов стерилизации и расфасовки для отдельных видов используемой воды.

Температура	Теплоемкость  кДж\(кг*К)	Плотность Кг\м3	Теплопроводность  Вт\(м*К)	Давление Р Па
0	4,212	999,9	0,551	1,013
10	4,191	999,7	0,574	1,013
20	4,183	998,2	0,599	1,013
30	4,174	995,7	0,618	1,013
40	4,174	992,2	0,635	1,013
50	4,174	988,1	0,648	1,013
60	4,179	983,2	0,659	1,013
70	4,187	977,8	0,668	1,013
80	4,195	971,8	0,674	1,013
90	4,208	965,3	0,680	1,013
100	4,220	958,4	0,683	1,013
120	4,250	943,1	0,686	1,98
140	4,287	926,1	0,685	3,61
160	4,346	907,0	0,683	6,18
180	4,417	886,9	0,674	10,03
200	4,505	863,0	0,663	15,55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основная:

1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. – М. : Химия, 1995, ч.1,2 – 730 с.
2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М. : Химия, 1973 – 784 с.
3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии : Учебное пособие для вузов / 10 изд., пер. и доп. – Л. : Химия, 1987, - 587 с.
4. Романков П.Г. и др. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи) : Учеб. пособие для вузов. / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк, М.И. Курочкина – СПб : Химия, 1993. – 496 с.
5. Руководство к практическим занятиям в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии. Под ред. Романкова П.Г. 6-е изд. Л.: Химия, 1989. – 256 с.
6. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под ред. Дытнерского Ю.И. – М. : Химия, 1991 – 496 с.

Дополнительная:

1. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М. : Химия, 1981, ч. 1, 2 – 812 с.
2. Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической технологии : Изд. 5-е – М. : Химия, 1968 – 847 с.
3. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии : 1 –2 кн. : Учебник для вузов / Под общ. ред. В.Г. Айнштейна. – М. : Химия, 1999. – 869 с.
4. Лебедев В.Я., Барулин Е.П. Расчеты гидромеханических процессов и аппаратов химической технологии : Учебное пособие, изд. ИГХТА, Иваново, 1991 – 116 с.
5. Расчет и проектирование теплоизолирующего оборудования Учебное пособие / В.Я. Лебедев, Е.П. Барулин, Т.М. Веренина . Изд. ИГХТА, Иваново, 1994 – 156 с.
6. Расчет и проектирование массообменных процессов : Учебное пособие / В.Я. Лебедев, Е.П. Барулин, Т.М. Веренина, Ю.А. Новиков Изд. ИГХТА, Иваново, 1994 – 180 с.
7. Гидравлика и гидравлические машины : Учебное пособие / Е.П. Барулин, Е.С. Сливченко, М.И. Кручинин, Т.М. Веренина ; Под общ. ред. проф. В.Я. Лебедева; ИГХТУ ; Иваново, 1996. – 152 с.
8. Гидромеханические процессы : Учебное пособие / А.Г. Липин, Л.Н. Овчинников, Н.И. Сухов ; Под общ. ред. проф. Лебедева В.Я. ИГХТА ; Иваново, 1996. – 88 с.
9. Тепловые процессы : Лабораторный практикум / М.И. Кручинин, Е.П. Барулин, А.И Сокольский, А.Л. Павлов. Под ред. проф. В.Я. Лебедева.. ИГХТА ; Иваново, 1996 – с.
10. Определение параметров воздуха и основных характеристик процесса испарения влаги по диаграмме состояния влажного воздуха (I-x диаграмме) :Методические указания по выполнению лабораторных работ / ИХТИ; Сост. Н.М. Таланов, Т.М. Веренина, А.Л. Павлов, А.И. Сокольский. – Иваново, 1992. – 28 с.
11. Изучение кинетики процесса сушки влажных материалов : Методические указания по выполнению лабораторной работы / ИХТИ ; Сост. В.Н. Кисельников, А.Г. Архангельский, Т.М. Веренина. – Иваново. – 32 с.
12. Исследование работы ректификационной колонны периодического действия : Методические указания к лабораторной работе / ИГХТА ; Сост. А.Г. Липин, В.Н. Исаев ; Под ред. проф. В.Я. Лебедева. – Иваново, 1994. – 20 с.

13. Исследование процесса абсорбции в насадочной колонне : Метод. указание по выполнению лабораторной работы / ИГХТА ; Сост. Е.П. Барулин, В.Я. Лебедев, Т.М. Веренина. – Иваново, 1997. – 15 с.
14. А.С.Тимонин Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования : Справочник. Т. 1. – Калуга : Издательство Н. Бочкаревой, 2001. – 756 с.