Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Билет 12
1. Химия и технология получения полиэтилена.
(—СН2СН2—)n, твердый белый полимер, термопласт, В зависимости от способа получения различают полиэтилен высокого давления, или низкой плотностии полиэтилен низкого давления, или высокой плотности. Они отличаются друг от друга структурой макромолекул (наличием у полиэтилен вд длинноцепочечных ответвлений), а следовательно, и свойствами. Степень кристалличности 60% (пвд) и 70-90% (пнд), полиэтилен обладает низкой газо- и паропроницаемостью (наименьшей для сильнополярных веществ, наибольшей для углеводородов). Химическая стойкость зависит от молекулярной массы, ММР и плотности, полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, в том числе и солей, окислителей, карбоновыми, концентрированной соляной и плавиковой кислотами. Полиэтилен не растворим в органических растворителях при комнатной температуре и ограниченно набухает в них.
Синтез полиэтилена высокого давления.
Реакция идёт по радикальному механизму. Неустойчивая пероксидная связь – О–О – под действием тепла подвергается гемолитическому разрыву с образованием би- и монорадикалов: •OСН2–СН2О• и СH2=СНО•. Свободные радикалы инициируют полимеризацию этилена.
Развитие кинетической цепи заключается в последовательном присоединении к свободному радикалу молекулы мономера с образованием растущей цепи с активной концевой группой:
R+ СН2=СН2 → R-CH2-CH2
R-CH2-CH2 + СН2=СН2 → R-CH2-CH2-CH2-CH2
Обрыв цепи происходит за счет рекомбинации:
R-CH2-CH2 + R'-CH2-CH2 → R-CH2-CH2-CH2-CH2-R'
или диспропорционирования:
R-CH2-CH2 + R'-CH2-CH2 → R-CH2-CH3 + R'-CH=CH2
Реакция диспропорционирования приводит к образованию макромолекулы с ненасыщенной концевой группой. Наличие небольшого количества двойных связей в полиэтилене подтверждается экспериментально.
Обрыву цепи способствуют также некоторые примеси, играющие роль ингибиторов. Поэтому исходный этилен должен обладать очень высокой степенью чистоты.
Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000—500 000 и степень кристалличности 50-60 %. Жидкий продукт впоследствии гранулируют. Реакция идёт в расплаве.
Технологический процесс производства ПЭВД включает следующие основные стадии: компримирование этилена до давления реакции; дозирование индикатора; дозирование модификатора; полимеризация этилена; разделение полиэтилена и непрореагировавшего этилена; охлаждение и очистка непрореагировавшего этилена (возвратного газа); грануляция расплавленного полиэтилена; конфекционирование, включающее обезвоживание и сушку гранул полиэтилена, распределение по анализным бункерам и определение качества полиэтилена, формирование партий в товарных бункерах, смешение, хранение; загрузку полиэтилена в цистерны и контейнера; расфасовку в мешки; дополнительная обработка - получение композиций полиэтилена со стабилизаторами, красителями, наполнителями и другими добавками.
Технологическая схема производства ПЭВД
Этилен, сжатый до рабочего давления, поступает в емкость 1, из которой двумя потоками подается в трехзонный реактор автоклавного типа с перемешивающим устройством. Верхний поток, предварительно нагретый в теплообменнике 2, подается в верхнюю зону 3 реактора, а нижний вводится между средней 4 и нижней 5 зонами. Полимеризация проводится под давлением 110-160 МПа при температуре 170-200 °С. Для ускорения процесса в верхний трубопровод эти лена дозируется инициатор. В результате реакции часть этилена полимеризуется в полиэтилен. Степень полимеризации колеблется в пределах 10-12%. Смесь непрореагировавшего этилена и полиэтилена поступает в отделитель 6. При дросселировании смеси давление падает до 30 МПа. Полиэтилен скапливается в нижней части отделителя и периодически выгружается в приемник 8, а этилен непрерывно направляется в циклон 7 для очистки. Полиэтилен из приемника поступает на переработку, а этилен после очистки вновь возвращается в процесс.
Синтез полиэтилена низкого давления.
Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) образуется при следующих условиях:
-температура 70-120 °C;
-давление ниже 0.1 - 2 МПа;
-присутствие катализатора (катализаторы Циглера—Натта, например, смесь TiCl4 и AlR3);
Полимеризация идёт в суспензии по ионно-координационному механизму.
Образование активного центра:
Образование переходного комплекса
Рост полимерной цепи
В первом случае изотактическая конфигурация, во втором синдеотактическая.
Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000—3 000 000, степень кристалличности 75-85 %.
Принципиальная технологическая схема производства ПЭНД
В соответствии с этой схемой растворы компонентов каталитической системы в нужном соотношении непрерывно подаются из мерников (1 и 2) в комплексообразователь (3). Устройство этого аппарата позволяет менять время контакта и температуру реакции. Готовый каталитический комплекс поступает в нижнюю часть полимеризатора (4), куда через барботеры подается свежий и циркулирующий этилен, а при необходимости также водород и сомономер.
Теплота реакции снимается при испарении бензина за счет циркуляции его паров и этилена с помощью газодувки (8) через скруббер 5. В скруббере парогазовая смесь охлаждается путем контакта с охлажденным в теплообменнике 10 бензином, который подается насосом 11 на орошение скруббера 5. Теплота сжатия этилена газодувкой отводится в теплообменнике 7.
Терморегуляция реакционной среды в полимеризаторе обеспечивается интенсивностью циркуляции парогазовой смеси, а также количеством подаваемой в теплообменник 10 охлаждающей воды. Дозировка компонентов, поддержание уровня в реакторе, а также заданных значений всех параметров осуществляются автоматически.
Обработка ПЭ включает стадию разложения катализатора небольшим количеством спирта с последующей экстракцией загрязненного спирта водой. Интенсификация процесса обработки полимера достигается применением роторно-пульсационных аппаратов 12, пребывание в которых полимера продолжается доли секунды. Вода от бензиновой суспензии ПЭ отделяется в колонных пустотелых аппаратах 15. После окончания водной промывки бензин отделяется от ПЭ на отстойных центрифугах. Для нейтрализации хлора в полимере первая водная промывка проводится с добавлением щелочи. Система автоматизации отделения обработки осуществляет контроль и регулирование следующих параметров: температуры, расхода воды и щелочи, необходимых для процесса промывки и получения ПЭ заданного качества, а также уровня в разделительных колоннах.
Отжатый ПЭ транспортируется на сушку, растворитель и вода — на регенерацию.
Такая схема отвечает экологическим требованиям: вся используемая в производстве вода зациклована, сточная вода отсутствует. К основным преимуществам этой схемы относятся также: непрерывность всех стадий процесса; интенсификация стадии полимеризации; снижение расходных норм по катализатору и этилену за счет использования каталитической системы повышенной активности; интенсифицированный режим водной обработки с применением аппаратов малых габаритов; сокращение числа единиц оборудования и их металлоемкости по сравнению с первыми промышленными производствами.
Из полиэтилена изготовляют емкости для хранения агрессивных сред, конструкционные детали, арматуру, вентиляционные установки, гальванические ванны, струйные насосы, детали автомашин, протезы внутренних органов, электроизоляцию, высокопрочное волокно, пенополиэтилен, предметы домашнего обихода и др.
2. Принципиальные технологические схемы установок первичной перегонки нефти – атмосферной трубчатки (АТ). Схема с однократным и двухкратным испарением нефти, с предварительным испарением легких фракций. Преимущества и недостатки каждой схемы. Технологическая схема установки АТ с двухкратным испарением нефти.
Атмосферные установки (АТ). К ним относятся установки, в к-рых при перегонке Р не превышает 2 атм.
Все установки АТ делятся на 3 вида:
1) установки с однократным испарением нефти;
2) установки с предварительным испарением нефти;
3) установки с двукратным испарением нефти.
На всех установках АТ нефть делится на светлые фракции и мазут, причем в качестве светлых фракций могут отбирать либо бензин, керосин + ДТ, либо только бензин + ДТ.
1) (А) Нефть подается в трубчатую печь для нагрева до 340-360ºС, причем Т нагрева нефти должна быть примерно равна Т отгона светлых фракций. Далее нефть разделяется на фракции в сложной колонне (Б). Эта схема применяется для стабилизированных нефтей, в которых количество растворенных газов и легких бензиновых фракций не превышает 2-10%. Т. к. по этой схеме вся нефть нагревается в печи, это позволяет снизить необходимую температуру нагрева нефти, чтобы обеспечить заданный отгон. Если же в нефти будет высокое содержание газа и легких фракций, то это приводит к тому, что увеличивается количество паров в змеевике печи поэтому растет Р, увеличивается сопротивление при движении нефти; в работе основной колонны будут возникать трудности с конденсацией дистиллята, т. к. он будет содержать много газов и будет расти также давление в колонне, что приводит к снижению четкости ректификации. Поэтому эту схему применяют редко, в основном тогда, когда испытывается нехватка средств, т. к. она самая дешевая.
2) По этой схеме нефть нагревается в теплообменниках до невысокой температуры и поступает в испаритель 1, который представляет собой пустотелую вертикальную колонну, в которой от жидкой нефти отделяются образовавшиеся при нагреве газы и пары. Жидкая часть нефти подается для более глубокого нагрева в трубчатую печь и вместе с парами из испарителя 1 разделяется в колонне 2 на фракции. Использование испарителя позволяет снизить давление в змеевике печи, обеспечить более устойчивую ее работу, а также устойчивую работу насоса, но основная колонна будет испытывать те же трудности, что и в первой схеме. Эта схема чуть дороже первой и облегчается работа насоса и печи.
(А) (Б)
3) Схема с двухкратным испарением нефти. Схема наиболее технологически гибкая, наиболее распространенная и универсальная. Может применяться для любой нефти с любым фракционным составом, т. к. первая отбензинивающая колонна сглаживает все колебания во фракционном составе, т. е. выполняет роль стабилизатора и обеспечивает стабильную работу основной атмосферной колонны. В отбензинивающей колонне с верха обычно удаляются растворенные газы, фракции легкого бензина и все коррозионно-активные вещества нефти (H2S, RSH), что позволяет защитить основную колонну от их воздействия и продлить срок ее службы. Недостатками двухколонной AT является более высокая температура нагрева отбензиненной нефти, необходимость поддержания температуры низа первой колонны горячей струей, на что требуются затраты дополнительной энергии. Кроме того, установка оборудована дополнительной аппаратурой: колонной, насосами, кон-денсаторами-холо-дильниками и т.д.
Особенности работы этой схемы: В отбензинивающей колонне необходимо поддерживать повышенное давление 4-5 атм, чтобы обеспечить конденсацию дистиллята водой. В основной колонне все тепло, необходимое для ректификации, вносится с потоком тепла из печи. И для улучшения четкости ректификации необходимо, чтобы количество паровой фазы было больше на 5-10%, чем суммарное количество светлых фракций, отбираемых в этой колонне. Количество водяного пара, которое подают в низ основной колонны, составляет 1,2-3,5% масс, в низ отпарных колонн около 1% масс. тем не менее, в мазуте остается до 20-30% недоизвлеченных светлых фракций.
Технологическая схема установки атмосферной перегонки нефти (АТ)
Блок атмосферной перегонки нефти, высокопроизводительной наиболее распространенной в нашей стране установки ЭЛОУ—АВТ —6, функционирует по схеме двухкратного испарения и двухкратной ректификации.
Обезвоженная и обессоленная на ЭЛОУ нефть дополнительно подогревается в теплообменниках и поступает на разделение в колонну частичного отбензинивания 1. Уходящие с верха этой колонны углеводородный газ и легкий бензин конденсируются и охлаждаются в аппаратах воздушного и водяного охлаждения и поступают в емкость орошения. Часть конденсата возвращается на верх колонны 1 в качестве острого орошения. Отбензиненная нефть с низа колонны 1 подается в трубчатую печь 4, где нагревается до требуемой температуры и поступает в атмосферную колонну 2. Часть отбензиненной нефти из печи 4 возвращается в низ колонны 1 в качестве горячей струи. С верха колонны 2 отбирается тяжелый бензин, а сбоку через отпарные колонны 3 выводятся топливные фракции 180-220 (230), 220(230)-280 и 280-350 "С. Атмосферная колонна, кроме острого орошения, имеет 2 циркуляционных орошения, которыми отводится тепло ниже тарелок отбора фракций 180 — 220 и 220 — 280 °С. В нижние части атмосферной и отпарных колонн подается перегретый водяной пар для отпарки легкокипящих фракций. С низа атмосферной колонны выводится мазут, который направляется на блок вакуумной перегонки.
3. Характеристика и получение котельного топлива.
Котельное топливо – это самое крупнотоннажное и массовое топливо, вырабатываемое для: котельных агрегатов электростанций, технологических печей (в металлургической, химической, и тд.), судовых котельных установок и тихоходных дизелей. Оно вырабатывается как многокомпонентное топливо на основе остатков перегонки нефти, термокрекинга и висбрекинга. Компонентами котельных топлив являются: мазут первичной перегонки (или гудрон выше 480°С), крекинг-остаток термокрекинга и висбрекинга, тяжелые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования, отходы масляного производства (асфальты, экстракты, гачи), легкие газойли (250-360°С) любого вторичного процесса. Виды котельных топлив: топочные мазуты, печные и технологические экспортные топлива. Топочные мазуты выпускаются по ГОСТ 1058-75. Они бывают: 1)легкие (флотские) марок Ф-5 и Ф-12 (для судовых дизелей и котельных установок); 2) средние марки М-40 (топочное и печное общего назначения); 3)тяжелые марки М-100 (топочное и печное общего назначения). Печные топлива выпускаются по ГОСТ 14298 марок МП, МП-1, и МПВА (для металлургических печей), различающихся по содержанию серы и коксуемости. Экспортные технологические топлива марок Э-2, Э-3, Э-4 и Э-5 маловязкие, с добавлением до 25% диз. топлива.
Основные требования. Ка-во кот. топлив нормируется след. показателями: вязкость - позволяет определить мероприятия, которые требуются для обеспечения слива, транспортировки и режима подачи топлива в топочное пространство. От условий распыливания топлива зависит полнота испарения и сгорания топлива, КПД котла и расход горючего. Температуру вспышки определяет условия обращения с топливом при производстве, транспортировке, хранении и применении. Основную массу кот. топл. производят на основе остатков сернистых и высокосернистых нефтей. При сжигании сернистых топлив образуются окислы серы, которые вызывают интенсивную коррозию мет. поверх. труб, деталей котлов , и что недопустимо, загрязняют окружающую среду. Марки кот топл.: 1)Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12. Ф-5 получают смешением мазута и гудрона сернистых нефтей с дистиллятными фракциями прямой перегонки и вторичных процессов. Содержание серы в них допускается до 2%. Ф-12 представляет собой смесь дистиллятных и остаточных продуктов переработки малосернистых нефтей. Содержание серы в нем допускается до 0,6%. Они различаются по вязкости. ВУ при 50°С для этих марок соотв. не более 5 и 12°ВУ; 2) Топочные мазуты 40 и 100 – являются наиболее массовыми кот топл. Они предназначаются для всех котельных и нагревательных установок общего назначения. по содержанию серы выпускаются топлива: малосернистые от 0,5 до 1,0 %, сернистые – от1,0 до 2 % и высокосернистые до 3,5%; 3) топливо для мартеновских печей. Вырабатываются две марки: МП – малосернистое (до 0,5%) и МПС – сернистое (до 1,5%). Отечественные кот. топл. не удовлетворяют потребностям по целому ряду показателей: содержанию серы и мех. примес., зольности и температуре застывания высокопарафин. мазутов. Отечеств. топл. содержат значительное кол-во разбавителей – ценных дизельных фракций, что обуславливается нехваткой мощностей висбрекинга, с одной стороны, и отсутствием депрессорных присадок – с другой.
Висбрекинг – процесс легкогокрекинга с ограниченной глубиной термолиза проводимый при пониженных Р и Т.
Принцип техн схема установки висбрекинга гудрона:
I -сырье, II – бензин на стабилизацию, III – керосино-газойливая фракция(200-350), IV – висбрекинг –остатов, V – газы на ГФУ, VI –водяной пар.
Остаточное сырье (гудрон) прокачивается через теплообменники, где нагревается до температуры 320 — 330 °С и поступает в нагревательно — реакционные змеевики параллельно работающих печей. Продукты висбрекинга выводятся из печей при температуре 500 °С и охлаждаются подачей квенчинга (висбрекинг остатка) до температуры 430 °С и направляются в нижнюю секцию ректификационной колонны К — 1. С верха этой колонны отводится парогазовая смесь, которая после охлаждения и конденсации в конденсаторах — холодильниках поступает в газосепаратор С—1, где разделяется на газ, воду и бензиновую фракцию. Часть бензина используется для орошения верха К — 1, а балансовое количество направляется на стабилизацию. Из аккумулятора К — 1 через отпарную колонну К — 2 выводится фракция легкого газойля (200 — 350 °С) и после охлаждения в холодильниках направляется на смешение с висбрекинг — остатком или выводится с установки. Часть легкого газойля используется для создания промежуточного циркуляционного орошения колонны К — 1. Кубовая жидкость из К — 1 поступает самотеком в колонну К — 3. За счет снижения давле — ния с 0,4 до 0,1-0,05 МПа и подачи водяного пара в переток из К — 1 в К — 3 происходит от парка легких фракций.Парогазовая смесь, выводимая с верха К-3, после охлаждения и конденсации поступает в газосепаратор С-2. Газы из него направляются к форсункам печей, а легкая флегма возвращается в колонну К-1. Из аккумулятора К —3 выводится тяжелая флегма, которая смешивается с исходным гудроном, направляемым в печи. Остаток висбрекинга с низа К —3 после охлаждения в теплообменниках и холодильниках выводится с установки.
Для предотвращения закоксовывания реакционных змеевиков печей (объемно — настильного пламени) в них предусмотрена подача турбулизатора — водяного пара на участке, где температура потока достигает 430 — 450 С.
4.Депарафинизация нефтепродуктов. Химия и технология процесса. Депарафинизация – процесс удаления из дистиллята н-алканов, с целью понижения температуры застывания с одновременным получение концентарата н-алканов- парафинов. Процесс используется для дерапафинизации дистиллятов дизельного топлива и масленых дистиллятов.
Депарафинезация может осуществлять 4 способами:
1.депарацинизация выморажевание н-алканов при низких температурах из растворов дистиллята с селективным растворитлем(толуол, этилметилкетон,ацетон) с последующим выделением кристаллов парафинов на фильтрах.
2.карбамидная депарафинизация (мочевина CO(NH2)2), основана на свойствах парафинов образовывать комплексы с парафинами, вот выпадают в осадок и отделяются, затем эти комплексы разлагают в карбамид и парафин, карбамид возвращают в процесс.
2.адсорбционная депарафинизация (адсорбент- цеолит типа А)селективно адсорбируют парафин.
4. каталитическая депарафинизация с использованием специальных катализаторов на которых прои повышенных температурах (300-380) в атмосфере Н, н-алканы селективно подвергаются крекингу на низкомолекулярные соединения и изомеризуются.
Первые три способа физические и физико-химические с помощью них понижается температура застывания дизельного топлива и выделяются парафины как товарный продукт, 4-ый чисто химический позволяющий преобразовать н-алканы в низкозастывающие углеводороды, парафины как продукт не выводятся.
Для диз.т. в основном используется карбомидная и адсорбционная, наиб шир прим адсорбцион.
Принципиальная схема депарафинизации нефтепродуктов с применением р-рителей.
1 - нагреватель сырья; 2 - регенеративный теплообменник; 3 - холодильник; 4 - промежуточный сборник; 5 - барабанный фильтр с поддоном; 6, 7 - аппараты для отгонки р-рителя соотв. из фильтрата и парафиновой лепешки.
Д. вязких продуктов осуществляют с помощью легкокипящих р-рителей, плохо растворяющих парафины и хорошо - остальные компоненты исходных нефтепродуктов. Р-рителями обычно служат смеси метилэтилкетона или ацетона с толуолом (иногда с бензолом), дихлорэтана с хлористым метиленом, высшие кетоны, жидкий пропан. Принципиальная технол. схема включает : разбавление нефтепродукта; охлаждение смеси (посредством сжиженных аммиака, пропана или этана); фильтрование образовавшейся суспензии на барабанных фильтрах с получением фильтрата - р-ра депарафинизированного продукта и парафиновой лепешки, содержащей р-ритель. Последний удаляют отгонкой и направляют для повторного использования. Объемное соотношение р-ритель: сырье может составлять от 2 до 5 в зависимости от характера и вязкости нефтепродукта.
Принципиальная технологическая схема адсорбционной депарафинизации «Парекс»
1,2 - адсорберы, десорберы,3-кол. отделение ВСГ, 4- кол.десорбции аммиака, 5,6 – печь, 7 компрессор, 8 – сепаратор
I – исх диз. топливо,II – ВСГ, III – аммиак, IV – депарафинизир диз. топливо, V - жидкий парафин, VI – вода на адсорбцию аммиака.
Гидроочищенное диз т смешивс ВСГ в соотнош 1:35 по объему нагрев в теплообм затем в печи до 380 и поступает в один из адсорберов( Р=0,8 МПа) заполненных цеолитом СаА, в адс н-алканы поглащаются цеолитом, а пары пары депарафинизир фракции в смеси ВСГ охл, конденсируются и пост в разделительную кол 3, сниза кол выводится депарафинизат, а в укрепляющей части ВСГ промывается встречным потоком воды, чтобы поглотить из него примеси аммиака вынесенного из адсорбера после десорбции, из кол 3 ВСГ компрессором направляется на смешение с ысрьем, одновр с циклом адсорбции в другом аппарате, цеолит кот до этого был насыщен н-алканами протек десорбция t=300-350 аммиаком, кот вытесняет н- алканы, смесь паров аммиака и н-алканов при десорбции охл , конденсир и разделяются в сепараторе 8 на газовую и жидкую фазы, газ фр – аммиак забирается компресс и через печь вновь поступает на десорбцию, жидк фаза – парафины откачив на склад., в циркулир. поток аммиака перед компрессором добарляется аммиак десорбиров в кол 4, после завершения десорбции в ап 2 и адсорбции в 1 их функции меняются. Через 1000-1200 ч. Работы цеолит заметно теряет свою адсорбц емкость из-за коксоотложений и его подвергают окислит регенерации воздухом.
Принципиальная технологическая схема карбамидной депарафинизации
1-реактор с мешалкой, 2- фильтр, 3,4 – колонная регенерации растворителя из фильтрата и раствора парафина,5 – блок разложения комплекса, 6 – кол. упаривания раствора карбамида, 7 – отсасывающий компрессор, 8 – конденсатор-холодильник. I – диз. топливо,II- растворитель, III –насыщенный раствор карбамида, IV- жидкий парафин, V- депарафинизат, VI- пары воды.
В реакторе 1 произв смешен всех компон: исх прод, растворит и водного раствора карбамида, формиров комплекса протек в течении 20-40 мин при t =25 и непрерывном перемешивании. Избыт тепло реактора отводится парами компрессором 7 и за счет конденсации паров растворителя в 8. Остальные операции: отфильтрование комплекса, разложение комплекса, упаривание раствора карбамида и отгон растворителя 2,5,6,4.