Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, ХИМИЯ

Реконструкции узла смешения хлора.

cool_lady 1225 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 49 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 01.04.2021
Пояснительная записка выпускной квалификационной работы содержит 73 листа, 6 рисунков, 15 таблиц, 27 наименований использованных источников, выполнена с помощью печатающих устройств выводов ЭВМ. ВИНИЛХЛОРИД, ДИХЛОРЭТАН, ХЛОРИРОВАНИЕ, ОЧИСТКА, ЛЕГКОКИПЯЩАЯ ФРАКЦИЯ. В выпускной квалификационной работе согласно утвержденному заданию разработаны следующие разделы: В литературном обзоре приведено историческое развитие методов получения винилхлорида, рассмотрены различные способы их получения, их достоинства и недостатки; В основной части описаны устройство и пути модернизации реконструкции мероприятий по получению винилхлорида. В разделе общие вопросы экономики, автоматизации процессов и охраны труда приведен перечень приборов, регуляторов, воспринимающих исполнительные и вспомогательные элементы, с помощью которых осуществляется автоматическое управление объектом, являются средствами автоматизации, дана общая характеристика опасности проекта, представлены мероприятия по взрыво- и пожаробезопасности, защите от статического электричества, приведены санитарно-технические условия, проанализирована экологичность проекта, приведено экономическое обоснование проекта, приведены расчеты производственной мощности объекта, затрат на модернизацию и текущих эксплуатационных затрат.
Введение

Наиболее значительной облacтью химичеcкой технологии производства органичеcких вещеcтв являетcя промышленное производcтво хлорорганичеcких вещеcтв и продуктов, а также хлорaлефатичеcких cоединений. Cреди поcледних, главное меcто принадлежит, кaк по знaчимоcти, тaк и по объему производcтвa, винилхлориду. Нa его производство в современных cтрaнaх рacходуют 20...35% производимого хлорa и около 90% 1,2-дихлорэтaнa. Винилхлорид получaетcя пиролизом дихлорэтaнa в трубчaтой печи при темперaтуре до 250 градусов Цельcия. В результaте чего обрaзуетcя пирогaз, который содержит винилхлорид, хлориcтый водород и дихлорэтaн по 33,3% объемных кaждого, которые путем ректификaции рaзделяютcя нa чиcтые компоненты. Рецикловый 1,2-дихлорэтaн (дaлее ДХЭ), который используетс в процессе получения винилхлоридa методом пиролизa, зaгрязнен органичеcкими cоединениями (винилхлорид, дихлорэтилены, хлориcтый этил, хлороформ, бензол). Так как наличие этих примесей вызывает уcкоренное зaкокcовывaние змеевикa печи пиролизa, рецикловый ДХЭ предвaрительно очищaют от легкокипящих и выcококипящих примеcей в cиcтеме ректификaции ДХЭ (cтaдия 400). Cледствием этого являетcя повышенное cодержание «легкокипящих» в дихлорэтaне-ректификaте. В результaте хлорировaния непредельных углеводородов, входящих в cоcтaв легкокипящей фрaкции, обрaзуютcя высококипящие продукты (трихлорэтан, полихлорэтаны, хлорбензол и полихлорбензолы). Поcкольку ректификaционное рaзделение ДХЭ и высококипящих проиcходит доcтaточно эффективно, то дaнный метод очиcтки рециклового ДХЭ от легкокипящих позволяет пониить количеcтво ДХЭ в выcококипящих отходaх. В кaчеcтве cырья используетcя легкокипящaя фрaкция (далее ЛКФ) - диcтиллят ректификaционной колонны поз. К-401 и иcпaренный хлор, производимый в цехaх №2 и №12. Процеcc хлорировaния проиcходит в реaкторе поз. Р-401. Для эффективного ведения процеcca хлор и ЛКФ перед подачей в реaктор поз. Р-401 необходимо предвaрительно cмешaть.
Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5 1 Литературный обзор 6 1.1 Краткий обзор методов получения винилхлорида 6 1.2 Обзор термических методов пиролиза 1,2-дихлорэтана 8 2 Обоснование 19 3 Технологическая часть 20 3.1 Технологические особенности процесса 20 3.2 Технологические решения по охране окружающей среды 20 3.3 Характеристика готового продукта, исходного сырья, вспомогательных материалов, энергоресурсов 21 3.4 Характеристика твердых и жидких отходов 23 3.5 Характеристика сточных вод 23 3.6 Характеристика газовых выбросов 23 3.7 Химизм процесса 24 3.8 Описание технологической схемы 24 4 Механический расчет 28 4.1 Исходные данные для расчёта 28 4.2 Выбор конструкционных материалов 29 4.3 Расчет корпуса аппарата на прочность 30 5 Общие вопросы экономики, автоматизации процессов и охраны труда 50 5.1 Обоснование необходимости совершенствования существующей системы контроля, регулирования, сигнализации и блокировки 50 5.2 Выбор и обоснование параметров контроля и регулирования 51 5.3 Сводная спецификация на средства КИП и А 52 5.4 Безопасность и экологичность проекта 53 5.5 Экономическая часть 54 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 70 Перечень иллюстрационно-графического материала 72 Приложение А (обязательное) Безопасность проекта 74 Приложение Б (обязательное) Экологичность проекта 88
Список литературы

Отрывок из работы

1 Литературный обзор Винилхлорид как мономер имеет исключительно важное значение. Свыше 90% всего производимого в мире винилхлорида (ВХ), расходуется для получения ценнейшего полимера- поливинилхлорида (ПВХ), занимающего по объему выпуска второе место после полиэтилена. Поливинихлорид и изделия из него находят применение в различных отраслях промышленности, включая строительство, электротехнику, радиоэлектротехнику, производства целлюлозы и бумаги, эластомеров и волокнообразующих полимеров. Значительная доля ПВХ расходуется для изготовления деталей, тары и упаковки, настилов для полов, одежды и обуви, а также для нужд сельского хозяйства. Но самым крупным потребителем поливинилхлорида является производство трубопроводов, на которое затрачивается до 20-55% полимера [31]. Часть винилхлорида идет на получение сополимеров с винилиденхлоридом, виниацетатом, а также как исходное сырье в производстве винилиденхлорида. 1.1 Краткий обзор методов получения винилхлорида Впервые винихлорид был получен Ренью в 1835 году действием спиртового раствора едкого кали на дихлорэтан. Одновременно им была обнаружена способность винилхлорида полимеризоваться под действием света [36]. В 1858 году Вюрц, Френкель синтезировали винилхлорид действием на дихлорэтан этилата натрия. В 1902 году Блитц получил ВХ каталитическим разложением дихлорэтана на пемзе при температуре красного каления, а в 1908 году Сандеран получил его, разлагая дихлорэтан на обезвоженном глиноземе при температуре равной 2700С. Наибольший интерес к винилхлориду проявили позднее, когда И.И. Остромысленский подробно разработал метод синтеза винилхлорида их дихлорэтана и щелочи и изучил условия его полимеризации. Это было второе рождение винилхлорида. Первое промышленное производство винилхлорида, основанное на щелочной обработке дихлорэтана, из-за недостатков не позволили полностью удовлетворить растущие потребности в винилхлориде. Поэтому были начаты интенсивные поиски более эффективных методов его производства. Вскоре немецкий химик Клатте открыл реакцию гидрохлорирования ацетилена [22]. Он установил, что на ртутных катализаторах, в частности на сулеме, взаимодействие хлорида водорода с ацетиленом протекает почти с количественным превращением ацетилена в винилхлорид. Простота и удобство этой реакции позволили за очень короткое время построить первые заводы сначала в Германии, а затем в Англии. В Германии этот метод приобрел широкое распространение, так как она располагала значительными запасами бурого угля, но не располагала нефтью, ей оказалось очень выгодным получать карбид кальция, а из него ацетилен. Гидрохлорирование ацетилена было впервые получено в промышленном масштабе в 1929 году в Рейнфельдене. В 1938 году подобное производство винилхлорида было организовано на заводе «Бупа» в Шкопау. Впоследствии этот завод стал одним из крупных призводителей винилхлорида [26]. В США, располагающих, как и страны СНГ, богатыми месторождениями нефти и природного угля, наряду с немецким методом на основе «карбидного» ацетилена развивалось производство винилхлорида гидрохлорированием ацетилена, получаемого из нефтяного сырья и производство его из дихлорэтана с последующим дигидрохлорированием. К концу 70-х годов мировое производство винилхлорида составило около 12 млн. тонн в год. Он производился практически во всех промышленноразвитых странах [22]. В настоящее время основным видом сырья для производства винилхлорида традиционно используют этилен, ацетилен, смеси этилена с ацетиленом, получаемые крекингом нафты или нефти, а так же созданы процессы, позволяющие использовать в качестве сырья дешевый этан [22]. При этом в развитых капиталистических странах в производстве винил-хлорида ацетилен почти полностью вытеснен этиленом. Однако, энергетический кризис, развивающийся в капиталистическом мире, может внести структурные изменения в сырьевой базе для производства хлорвинила. С технологической точки зрения ацетилен является более выгодным сырьем. За рубежом в настоящее время в условиях растущего спроса на этилен в других органических производствах пытаются найти новые, сравнительно дешевые пути производства ацетилена с тенденцией его совместного получения с этиленом. До настоящего времени наиболее широко распространены следующие четыре основных метода получения винилхлорида, используемых в промышленности: гидрохлорирование ацетилена: прямое хлорирование этилена (стандартный метод, окислительное хлорирование этилена и сбалансированный метод); комбинированный процесс, объединяющий прямое хлорирование этилена и гидрохлорирование ацетилена; комбинированный процесс на основе разбавленной смеси ацетилена и этилена, полученной крекингом нафты или нефти [15]. Далее подробно остановимся на анализе методов получения винилхлорида термическим дегидрированием 1,2-дихлорэтана. 1.2 Обзор термических методов пиролиза 1,2-дихлорэтана Теоретические основы термического пиролиза 1,2-дихлорэтана В направлении термического разложения дихлорэтана проводится большое количество как фундаментальных, так и прикладного характера исследовательских работ. Так широкую промышленную реализацию получил способ термического разложения дихлорэтана. Процесс осуществляют в газовой фазе при температуре от 400 до 6500С с конверсией дихлорэтана от 50 до 75%, селективность образования винилхлорида 92-95% [28]. Высокая температура и низкая конверсия сырья - существенный недостаток этого процесса. Повышение температуры реакции с целью увеличения конверсии дихлорэтана приводит к снижению селективности процесса и повышению скорости коксоотложения. Иногда с целью увеличения селективности процесса, предпочитают термическое дегидрохлорирование вести при пониженной конверсии дихлорэтана (от45 до 60%). Выход винилхлорида на разложенное сырье при этом повышается до 95,7-97,4% [25]. Низкая степень превращения дихлорэтана в условиях термического дегидрохлорирования является фактором, снижающим эффективность процесса в целом. Дело в том, что значительное количество непрореагировавшего дихлорэтана необходимо выделять, очищать, чтобы иметь возможность возврата его в технологический цикл. Качество подвергаемого термическому дегидрохлорированию дихлорэтана является крайне важным. Особенно это относится к таким показателям как содержание примесей металлов и влажность. Металлы, особенно соединения железа, ускоряют нежелательные побочные процессы коксования, снижающие селективность образования винилхлорида и укорачивают межрегенерационный период работы трубчатых печей. Наличие в дихлоэтане влаги повышает коррозионную активность сырья и предъявляет дополнительные требования к качеству материала реактора и без того работающего в жестких условиях. Обычно система подготовки дихлорэтана для процесса его термического дегидрохлорирования довольно сложна и включает несколько колонн ректификации, промывки и осушки [26]. Исследование процесса термического дегидрохлорирования дихлорэтана позволило установить, что равновесие этой реакции смещено в сторону образования конечного продукта. При 400-5000С реакция становится практически необратимой. Общепринятым является радикально-цепной механизм расщепления дихлорэтана под влиянием температуры. Зарождение цепи осуществляется путем разрыва углерод-хлор связи при участии стенок реактора. ClCH2–CH2Cl > CH2Cl–CH2•+Сl• (1.1) CH2Cl–CH2 > СlCH=CH2+H• (1.2) H•+ClCH2–CH2Cl > HCl+ CH2•–CH2Cl (1.3) Образование целевого продукта рассматривается как результат стабилизации хлорэтильного радикала путем отщепления атома водорода. Кинетическими исследованиями установлено, что термическое дегидрирование имеет первый порядок по дихлорэтану [32]: П (1.4) Известны многочисленные попытки интенсификации процесса термического дегидрохлорирования дихлорэтана. Так отмечено благоприятное влияние на показатели реакции разбавления сырья инертными газами [27], добавок четыреххлористого углерода [24], кислорода [27], каталитическое влияние примесей галогенов [24], 1,1 и 1,2-бромхлорэтана [25]. В некоторых случаях, для облегчения зарождения свободных радикалов в процессе предложено помещать в реактор инертную насадку с разной поверхностью: кварц, пирекс, керамику, инфузорную и диатомовую землю [27]. Все рассмотренные приемы не позволяют существенно повысить степень превращения сырья (в лучшем случае она находится на уровне от75 до 80%), однако дают возможность уменьшить температуру процесса в среднем на 500С. Из других важных факторов, влияющих на характер термического дегидрирования дихлорэтана следует отметить время контакта. Как и следовало ожидать, с увеличением времени контакта степень превращения сырья растет. Однако наиболее эффективно это имеет место в интервале времени контакта от 5 до 20 сек. При последующем его увеличении наблюдается даже снижение конверсии сырья [32] Наиболее подробно изучено термическое разложение дихлорэтана в присутствии инициирующих добавок галогенов. Время контакта Конверсия, % масс 22,5 17,2 15,4 14,8 12,8 9,3 7,4 5,6 67 64 62 61 60 53 43 26 Так автором работы [3] показано, что по своей активности инициировать термическое разложение дихлорэтана галогены резко отличаются друг от друга. Наиболее активными галогенами оказались хлор и бром. В таблице приведены данные, показывающие инициирующее влияние незначительных добавок хлора на степень превращения дихлорэтана [23]. Таблица 1.1 - Влияние добавок хлора на степень превращения дихлорэтана при разных температурах Хлор, %масс Температура процесса, 0С Степень превращения дихлорэтана, % – 400 2 0,5 370 70 0,5 350 50 0,5 300 30 Как видно, в отсутствии хлора конверсия дихлорэтана при 4000С достигает всего лишь 2%, а при наличии 0,5% хлора уже при 3700С- 70%. Наиболее интенсивно степень превращения дихлорэтана возрастает в пределах от300 до 4000С. Так повышение температуры от300 до 4000С приводит к увеличению конверсии дихлорэтана в несколько раз. Инициирующее действие хлора объясняется облегчением начальной стадии процесса (зарождение свободных радикалов). Обладая небольшой величиной энергии связи, молекула хлора при относительно невысоких температурах распадается на свободные радикалы. При этом роль стенки реактора рассматривается как положительный фактор, облегчающий диссоциацию молекулы галогена: Сl стенка 2Cl· Исследование кинетики, инициированного добавками хлора, термического дегидрохлорирования дихлорэтана, показала, что уравнение скорости реакции имеет половинный порядок по хлору и половинный либо единичный (по разным данным) по дихлорэтану: (1.5) Дробный порядок по хлору соответствует равновесной диссоциации его молекулы на атомы, ускоряемой влиянием стенок реактора [25,27]. Сильное инициирующее влияние на пиролиз дихлорэтана оказывает также кислород [24]. Как видно из рисунка 1.1 конверсия дихлорэтана резко повышается при низких концентрациях (до 0,5%) кислорода. Рисунок 1.1 – Конверсия дихлорэтана Дальнейшее повышение концентрации кислорода в смеси к снижению конверсии дихлорэтана. Присутствие кислорода дает возможность вести реакцию при достаточно низких температурах (от 250 до 3000С). Сравнительные данные по инициирующему действию кислорода и хлора на процесс термического расщепления дихлорэтана в зависимости от температуры приведены на рисунке 2, из которого следует некоторое преимущество хлора [23]. Промышленные методы получения винилхлорида термическим пиролизом 1,2-дихлорэтана. Среди многообразия промышленных вариантов пиролитического расщепления дихлорэтана выгодно отличается по техническим показателям (конверсия исходного сырья и выход целевого продукта) процесс, предложенный фирмой «Пи-Пи-Джи» [20]. Технологическая схема этого метода получения винилхлорида приведена на рисунке 1.2. Винилхлорид получают высокотемпературным пиролизом очищенного дихлорэтана по реакции: С2Н4С пиролиз С2Н3Сl+НСl (1.6) Продукты пиролиза направляют в секцию охлаждения. Отделенный хлорид водорода возвращают в секцию оксихлорирования. Винилхлорид отделяют от неразложенного дихлорэтана, который направляют на очистку. Процесс полностью автоматизирован. Выход винилхлорида не менее 98% масс от теоретически возможного при 73%-ной конверсии дихлорэтана за проход. Кроме высокой (до 99%-ной) чистоты получаемого винилхлорида, процесс отличается отсутствием коррозии, низкой стоимостью катализатора, низкими эксплуатационными расходами. 1- реактор оксихлорирования; 2- колонна выделения легких примесей; 3- колонна очистки ДХЭ; 4- печь пиролиза; 5- реактор оксихлорирования; 6- колонна закалочного охлаждения; 7- колонна выделения НСl; 8- колонна очистки винилхлорида Рисунок 1.2- Принципиальная схема технологии получения многомерного винилхлорида Линии: I- кислород; II- этилен; III- хлор; IV- легкие примеси; V- тяжелые примеси; VI-неочищенный дихлорэтан; VII- очищенный дихлорэтан; VIII- смолы; IX- товарный винилхлорид; X-пар; XI- сточные воды. Патентообладатель фирма «БФ Гудри» [24] предлагает метод получения винилхлорида, по которому в мировом масштабе работает более сорока установок. Схема процесса показана на рисунке 1.4. Фирма «Стауфер Кемикл» [27] предлагает полученные легкие и тяжелые отходы после операций разделения и выделения НСl, ДХЭ, ВХ сжигать с целью получения дополнительного количества хлорида водорода, направляемого на оксихлорирование. Сточные воды производства обрабатывают паром и подвергают биологической очистке. Схема установок приведена на рисунке 1.5. 1 - реактор оксихлорирования; 2- колонна закалочного охлаждения; 3- секция извлечения и предварительной очистки ДХЭ; 4- реактор прямого хлорирования; 5- печь пиролиза; 6- колонна выделения НСl;7- колонна выделения МВХ Рисунок 1.3 - Принципиальная технологическая схема получения винилхлорида по методу фирмы «БФ Гудри» Линии: I-этилен; II- хлор; III- кислород; IV- сточные воды; V- легкие примеси; VI- тяжелые примеси; VII- рециркулирующий НСl; VIII- МВХ; IX- Рециркулирующий газ. 1- реактор оксихлорирования; 2- аппарат нейтрализации; 3- колонна очистки; 4- печь для сжигания отходов; 5- реактор прямого хлорирования; 6- печь пиролиза; 7- колонна выделения НСl; 8- колонна выделения МВХ; 9- отделение смолистых остатков Рисунок 1.4 - Принципиальная технологическая схема получения винилхлорида по методу фирмы «Стауфер Кемикл» Линии: I-этилен; II- хлор; III- кислород; IV- НСl; V- МВХ. По этому процессу можно получать в качестве товарных продуктов только винилхлорид, либо хлорид водорода и дихлорэтан. Процесс полностью автоматизирован, обеспечивает стабильную и безотказную работу при относительно высоких (до 80%масс) степенях превращения пиролизного дихлорэтана. Выход винилхлорида достигает от 98,6 до 99,2% масс. Мировые мощности установок типа «Стауфер Кемикл» более 4 млн. тонн в год по винилхлориду. Компания «Баджер» оказала технические услуги фирме «Хехет» в разработке и освоении установки по выпуску винилхлорида мощностью 350000 тонн в год. Жидкий 1,2-дихлорэтан подается из емкости 1 в испаритель 3, где дихлорэтан подогревается до 1700С и подается в реакционную печь 4. В трубах печи расщепление дихлорэтана протекает при небольшом избыточном давлении (от 0,12 до 0,20 МПа) и температуре от 480 до 5000С. Во избежание подогрева, который может привести к отложению угля, конверсия ДХЭ за один проход не должна превышать 40%. Газообразные продукты реакции, содержащие примерно 40,8% масс хлористого водорода, 37,5% масс хлористого винила, 20,5% масс паров непрореагировавшего дихлорэтана и 1,2% масс побочных продуктов поступают в смолоотделитель 5, где быстро охлаждаются до температуры от70 до 800С вспрыскиванием жидкого дихлорэтана, благодаря чему предотвращаются вторичные реакции о одновременно конденсируется часть смолистых высококипящих компонентов. После этого продукт реакции охлаждается в холодильнике 6 до –100С и отмывается от НСl в промывной колонне 7. Она работает под давлением 1,5атм и орошается жидким дихлорэтаном с температурой от-10 до –200С; в нижней части от +40 до+500С. Из верхней части колонны отводится газообразный НСl через дефлегматор 8, содержащий лишь следы винилхлорида и дихлорэтана. Основная реакционная масса подвергается разгонке с выделением винилхлорида и ДХЭ в ректификационных колоннах 13, 20. Колонна 13 работает под давлением 0,5 МПа, в верхней части колонны поддерживается температура от 00С до +100С, в нижней части от 60 до 650С.Снизу колонны 13 отводится дихлорэтан, содержащий еще небольшое количество более высококипящих компонентов, используемый частично для отмывки НСl в колонне 7, частично для охлаждения горячих реакционных газов, отходящих из печи пиролиза. Винилхлорид-ректификат охлаждается в холодильнике от 35 до 450С, анализируется и направляется на осушку в аппарат 36, заполненный твердой щелочью. После осушки винилхлорид- ректификат анализируется на содержание в нем хлористого водорода. Готовый продукт собирается в емкости 37 и насосом 38 перекачивается потребителю. Выход хлористого винила 97-98% от теоретического при 70% конверсии дихлорэтана за один проход. 2 Общая характеристика работы Винилхлорид кaк мoнoмер имеет исключительнo важнoе значение. Свыше 90% всегo прoизводимoгo в мире винилхлoрида (ВХ), расходуется для пoлучения ценнейшего пoлимера- пoливинилхлорида (ПВХ), занимающего пo oбъему выпуска втoрoе местo пoсле пoлиэтилена. Одним из основных более направлений на предприятия снижение себестоимости деятельности промышленности синтетических распределением каучуков является первой модернизация,реконструкция мероприятий и автоматизация существующих системы производств.Исходя из связаны сложившихся трудностей системе по строительству сопровождаются новых,с современными услуг технологиями,производств распределение остро встал спроса вопрос о реконструкции разделении ныне действующих. Около активную 90%химических деятельности процессов основано удобством на применении воздействие катализаторов.Они позволяют сопровождаются ускорить химический конечный процесс в тысячу мероприятий и более раз.Роль относятся катализатора велика места в случае термодинамически элементы возможного протекания особенности реакции в нескольких прибыли направлениях. Пoливинихлoрид и изделия из негo нахoдят применение в различных oтраслях прoмышленности, включая стрoительствo, электротехнику, радиоэлектрoтехнику, произвoдства целлюлoзы и бумаги, эластoмеров и волокнообразующих полимеров. Самым крупным потребителем поливинилхлорида является производство трубопроводов, на которое затрачивается до 20-55% полимера.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg