1 Историческая справка о методах получения и использования продукта
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Содержание Введение . Аналитическая часть .1 Историческая справка о методах получения и использования продукта .2 Выбор и обоснование метода производства. Химизм процесса . Расчётно-технологическая часть .1 Описание технологической схемы узла алкилирования бензола пропиленом в присутствии катализатора трёххлористого алюминия .2 Техническая характеристика сырья, полуфабрикатов и продуктов .3 Материальный баланс производства .4 Выбор и технологический расчёт основного и вспомогательного оборудования .5 Тепловой расчёт .6 Механический расчёт оборудования .6.1 Расчёт толщины обечайки корпуса, работающей под внутренним давлением .6.2 Расчёт укрепления одиночного отверстия на обечайке корпуса, работающей под внутренним давлением .6.3 Расчёт эллиптического днища корпуса, работающего под давлением .6.4 Расчёт укрепления отверстия .6.5 Расчёт укрепления отверстий .6.6 Определение расчётных условий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок .6.7 Определение периода собственных колебаний аппарата .6.8 Расчёт корпуса колонного аппарата на прочность и устойчивость. Расчёт напряжений .6.9 Расчёт опорной обечайки .6.10 Проверка устойчивости опорной обечайки в зоне отверстия . Охрана труда. Безопасность жизнедеятельности Заключение Список литературы Введение Открытое акционерное общество «КазаньОргсинтез» - одно из крупнейших химических предприятии Российской Федерации. ОАО «КазаньОргсинтез» производит газопроводные полиэтиленовые трубы, фенол, ацетон, охлаждающие жидкости, химических реагентов для добычи нефти и осушки природного газа. Ежегодно ОАО «КазаньОргсинтез» производит более 1 млн. тонн химической продукции. Вся выпускаемая продукция сертифицирована в системе Госстандарта Российской Федерации. Высокое качество выпускаемой продукции позволяет осуществлять её продажу на экспорт 25% от объёма производства. Производственный комплекс предприятия состоит из 8 заводов: Завод «Оргпродукты» Завод по производству азота, кислорода и холода Завод по производству бисфенола-А Завод по производству и переработке полиэтилена низкого давления Завод по производству полиэтилена низкой плотности Завод по производству поликарбонатов Завод «Этилен» На заводе «Этилен» получают изопропилбензол, который является одним из важнейших продуктов нефтехимического синтеза. Изопропилбензол вырабатывается в огромных количествах и применяется во многих отраслях промышленности - химической, мебельной, фармацевтической, строительной отраслях и другие. В настоящее время основное количество изопропил бензола в капиталистических странах (свыше 4 млн. т в год) получают алкилированием бензола пропиленом в присутствии катализатора - комплекса хлорида алюминия с ароматическими углеводородами. Некоторое количество ИПБ получают алкилированием бензола пропиленом с использованием в качестве катализатора серной кислоты, ортофосфорной кислоты на кизельгуре, молекулярных соединений фторида бора с кислородосодержащими соединениями. Изопропилбензол (кумол) C6H5CH(CH3)2 - бесцветная жидкость с запахом бензола, смешивается с этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, бензолом, хлороформом; растворимость в воде менее 0,01% (20ºC). Изопропилбензол - типичное ароматическое соединение (легко алкилируется, хлорируется, сульфируется, нитруется в ядро). ИПБ применяют в качестве добавки к бензинам для увеличения их октанового числа, для синтеза фенола, ацетона, гидроперекиси ИПБ, в качестве инициатора некоторых цепных реакций и для других целей. При ингаляции ИПБ вызывает острые и хронические поражения кроветворных органов (костного мозга, селезенки). Целью данного проекта является разработка технологической схемы узла алкилирования бензола пропиленом в присутствии катализатора треххлористого алюминия. 1. Аналитическая часть .1 Историческая справка о методах получения и использования продукта Процесс алкилирования бензола пропиленом со времени открытия реакции алкилирования в 1877г. французским и американским исследователями Ш. Фриделем и Дж. Крафтсом и русским химиком Г. Г. Густавсоном интенсивно изучался с целью установления механизма реакции, выбора наиболее активного и селективного катализатора, создание промышленных установок. В настоящее время основное количество ИПБ в капиталистических странах (свыше 4 млн.т. в год) получают алкилированием бензола пропиленом в присутствии катализатора - комплекса хлорида алюминия с ароматическими углеводородами. Некоторое количество ИПБ получают алкилированием бензола пропиленом с использованием в качестве катализатора серной кислоты, ортофосфорной кислоты на кизельгуре, молекулярных соединений фторида бора с кислородосодержащими соединениями. Процессы алкилирования в присутствии указанных катализаторов обладают существенными недостатками - высокой коррозионной способностью реакционной смеси, нерегенерируемостью катализаторов, отрицательным влиянием на экологию среды вследствие накопления побочных продуктов и др. При алкилировании бензола пропиленом наряду с ИПБ получают до 10% от катализата смеси о-, м-, п- диизопропилбензолов, 1,2,4-,1,3,5- и в малых количествах 1,2,3-триизопропилбензолов, а также небольшие количества тетраизопропилбензолов. Начиная с 1941 г. в мировой научно-исследовательской практике проводятся широкие изыскания новых твёрдых катализаторов для алкилирования - алюмосиликатных синтетических катализаторов и природных глин, цирконометаллсиликатных и цирконосиликатных цеолитов различной природы и цеолиталюмосиликатных катализаторов с введением в их состав промотирующих добавок (ионов металлов, галогенов и др.). Реакции алкилирования на алюмосиликатных катализаторах широко исследованы сотрудниками школы Ю.Г. Мамедалиева, Х.М. Миначевым, Е.С. Мортиковым, К.В. Топчиевой и их сотрудниками и др. Проведения работы послужили основой создания промышленного гетерогенно-каталитического процесса алкилирования бензола пропиленом и переалкилирования бензола ПАБами. Новым является использование в качестве катализаторов алкилирования органоалюмосилохсанов. При разработке процесса алкилирования исследования начинаются с термодинамического расчёта условий. Затем подбираются катализаторы и условия проведения процесса на основе исследования строения и энергетического состояния молекул реагирующих веществ, продуктов реакции и активных центров твердых катализаторов. Описывается применение химических методов для оценки состояния молекул, реагирующих веществ и их реакционной способности. Формулируются механизмы процессов алкилирования в присутствии активных центров твердых катализаторов. При обсуждении природы и механизмов действия активных центров используются представления теории катализа полиэдрами, создаваемой И.М. Колесниковым. Приведены методы составления кизгетических уравнений процесса алкилирования. Освещения достоинств и недостатков процесса алкилирования бензола пропиленом в присутствии твердых катализаторов позволит по-новому подойти к разработке технологических схем и математических моделей для управления процессом или проектирования, что обеспечит создание производств высокой автоматизации и культуры труда. [1] 1.2 Выбор и обоснование методов производства. Химизм процесса В способе производства изопропилбензола, осуществляемом на заводе «Казаньоргсинтез», катализатором алкилирования служит хлоралюминиевый каталитический комплекс (AlCl3 с HCl и алкилароматическим углеводородом). Процесс осуществляют при 100-130ºC (давление определяется температурой), мольное соотношение бензол: пропилен (с учётом возвращаемых в реакцию полиалкилбензолов) составляет 3: 3,5. Полученный изопропилбензол отмывают от катализатора последовательно 17-25%-ым раствором AlCl3, 3-5%-ым раствором NaOH и водой, подвергают ректификации. Расход бензола и пропилена на производство 1 т изопропилбензола составляет 0,692 и 0,372 т соответственно, AlCl3-5,5 кг. Недостаток метода - необходимость использования коррозионностойкого оборудования. Для повышения эффективности процесса алкилирования выгодно проводить в жидкой фазе. Поскольку уменьшаются объёмы реакционных устройств, а также количество побочных реакций, особенно коксообразования. Значительно снижаются энергетические затраты. За рубежом для производства изопропилбензола используют фосфорнокислотные катализаторы на твердом носителе - глине, кизельгуре, силикагеле или алюмосиликате. Процесс осуществляют при температуре 200 ºC и давлении 2,8-4,2 МПа. Чтобы предотвратить дезактивацию катализатора, в реакционную зону вводят воду (0,06-0,08% по массе от массы сырья). С целью сокращения образования полиалкилбензолов процесс ведут при мольном соотношении бензол: пропилен, равном 10 : 1. Выход изопропилбензола 96-97% в расчёте на бензол и 91-92% в расчёте на пропилен. В гомофазном методе алкилирования в присутствии растворимых количеств хлоралюминиевого каталитического комплекса упрощается технологическая схема процесса, возрастает скорость реакции, уменьшается коррозионная активность реакционной среды и снижается выход побочных продуктов. При промышленном производстве ИПБ на заводе «КазаньОргсинтез» алкилированием бензола используют преимущественно комплекс безводного хлорида алюминия полиалкилбензолами, так как при попадании воды в алкилатор происходит увеличение давления, что может привести к разрушению колонны, и осмолению реакционной массы. Кроме того, хлорид алюминия прост в эксплуатации и является самым активным и дешевым катализатором по сравнению с другими. В процессе реакции алкилирования также образуются побочные продукты: этилбензол, бутилбензол из-за наличия в пропиленовой фракции этилена, бутилена:  Кроме того, образуются полиалкилбензолы (далее по тексту ПАБ) и смола ПАБ.  - диизопропилбензол  триизопропилбензол Одновременно с реакцией алкилирования в избытке бензола и при наличии катализатора происходит реакция деалкилирования, в результате которой полиалкилбензолы превращаются в моноалкилбензолы.  Для этого в алкилатор совместно с бензолом подаются полиалкилбензолы, выделенные из реакционной массы алкилирования в отделении ректификации. Также в процессе алкилирования возможно образование толуола, ксилола, гексана, нормального пропилбензола и смолы ПАБ. Реакция алкилирования - экзотермическая, т.е. идет с выделением большого количества тепла, которое снимается за счет испарения бензола в алкилаторе и за счёт подачи охлажденного возвратного катализаторного комплекса. [2] 2. Расчётно-технологическая часть .1 Описание технологической схемы узла алкилирования бензола пропиленом в присутствии катализатора трёххлористого алюминия Алкилирование осуществляется в алкилаторе А1 (полый цилиндрический аппарат колонного типа). На гребенку алкилатора А1 расположенную в нижней части аппарата подаются: . Осушенный бензол совместно с полиалкилбензолами (90% бензола и 10% ПАБ) из корпуса 409. . Свежий катализаторный комплекс. . Пропан-пропиленовая фракция (ППФ), содержащая не менее 90% пропилена, которая поступает в цех со склада жидких углеводородов цеха 109-110 в жидком состоянии под давлением до 14 кгс/см2. Последовательно проходя через испарители И1 и И2, ППФ испаряется и при температуре до 100 оС и давлении до 8 кгс/см2 поступает в буфер Б. Подогрев и испарение пропан-пропиленовой фракции в испарителе И2 происходит за счет тепла полиалкилбензолов после конденсаторов К, а в испарителе И1 - за счёт тепла пара 6 кгс/см2. . Возвратный катализаторный комплекс из большого отсека отстойника О1. . Фракция ПАБ из цеха 109-110. Реакция алкилирования экзотермическая, выделяющееся тепло снимается испаряющимся бензолом, который в смеси с пропаном из верхней части алкилатора направляется в конденсатор К1, охлаждаемый захоложенными полиалкилбензолами. Конденсация паров бензола в конденсаторе К1 осуществляется циркулирующими ПАБами. Пары бензола с абгазами с верхней части алкилатора А1 через клапан-регулятор поступают в конденсаторы К, где конденсируются циркулирующими захоложенными полиалкилбензолами, которые подаются в конденсаторы К из сборника С4 насосом Н, предварительно охлаждаясь в холодильниках Х5, Х6 промышленной водой или антифризом. Сконденсировавшийся в конденсаторах К бензол самотеком сливается в большой отсек отстойника О1, а абгазы, содержащие пропан и некоторое количество бензола, после конденсаторов К направляются на узел улавливания. Давление в системе алкилирования поддерживается клапаном-регулятором, установленным на линии абгазов после алкилатора А1. Предусмотрена блокировка при превышении температуры верха алкилатора А1 выше 130 оС. При этом закрывается регулирующий клапан на линии подачи ППФ в апп. Б, через 3 минуты закрывается клапан на линии подачи ППФ в алкилатор. Реакционная масса, содержащая не менее 22% изопропилбензола, бензол, этилбензол, бутилбензол, ПАБ и смолу ПАБ непрерывно отбирается из алкилатора на высоте 8 м от днища, охлаждается оборотной водой в холодильнике Х1, до 50÷70 оС и поступает в сборник С1, где давление реакционной массы дросселируется до 0,2÷0,5 кгс/см2. Уровень в сборнике С1 регулируется клапаном-регулятором, установленным на линии реакционной массы после сборника. Затем реакционная масса дополнительно охлаждается в холодильнике Х4 до 40÷50 ˚С и поступает в большой отсек отстойника О1, откуда отстоявшийся возвратный катализаторный комплекс насосом возвращается в алкилатор А1. Реакционная масса после отстоя от катализаторного комплекса, с малого отсека отстойника О1 насосом подается на разложение унесенного катализаторного комплекса. Для улавливания капельной жидкости в случае выброса с ППК аппаратов А1 и Б (при увеличении давления в системе алкилирования или аппарате Б) установлен сепаратор СЕ, для отделения газа от жидкости. Газ из сепаратора СЕ сбрасывается на факел или поступает на узел улавливания бензола из абгазов, а жидкость по мере накопления сливается в К-2 с последующей откачкой насосом на узел разложения. Уровень жидкости в сепараторе СЕ контролируется по мерному стеклу. Для аварийного освобождения аппаратов А1 и С1 системы алкилирования имеется аварийная емкость Е-1, из которой содержимое откачивается насосами в алкилаторы А или насосами на узел разложения. [2] .2 Техническая характеристика сырья, полуфабрикатов и продукта Изопропилбензол технический Таблица 1 - Требования ТУ 38.402-62-140-92 «Изопропилбензол технический» [2]
Таблица 2 - Характеристика сырья, промежуточных продуктов и готовой продукции [2]
Изопропилбензол (кумол) C6H5CH(CH3)2 - бесцветная жидкость с запахом бензола, смешивается с этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, бензолом, хлороформом; растворимость в воде менее 0,01% (20º). Изопропилбензол - типичное ароматическое соединение (легко алкилируется, хлорируется, сульфируется, нитруется в ядро). При нормальных условиях изопропилбензол представляет собой бесцветную прозрачную легкоподвижную жидкость со специфическим запахом. [2] Таблица 3 - Физико-химические свойства ИПБ[2]
Характеристика сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов Таблица 4 - Характеристика реагентов [2]
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||