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
Министерство образования Российской федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общего органического и нефтехимического синтеза
Курсовой проект на тему:
«Окисление изопропилбензола»
Выполнил студент
5 курса 2 группы
(специальность 240401)
Артюнина Е.С.
_________________________
Научный руководитель
Дружинина Ю. А.
____________________
Работа защищена
апреля 2012г.
Оценка___________________
САМАРА 2012
СОДЕРЖАНИЕ
|
Введение |
3 |
|
|
1. |
Литературный обзор |
4 |
|
2. |
Описание технологической схемы процесса |
|
|
3. |
Характеристика сырья и готовой продукции |
|
|
4. |
Материальный баланс процесса |
|
|
5. |
Тепловой баланс процесса |
|
|
6. |
Конструктивно-механический расчёт основного аппарата |
|
|
7. |
Расчёт и подбор вспомогательного оборудования |
|
|
8. |
Нормы технологического режима |
|
|
9. |
Аналитический контроль производства |
|
|
10. |
Автоматизация и сигнализация процесса |
|
|
11. |
Заключение |
|
|
Библиографический список |
||
Введение
Фенол и ацетон являются важнейшими крупнотоннажными продуктами промышленности органического и нефтехимического синтеза. Совместное их получение гораздо более экономичнее всех ранее реализованных методов, вследствие чего оно нашло широкое применение во всех промышленно развитых странах мира.
Широкое распространение получил кумольный метод синтеза фенола совместно с ацетоном, основанный на окислении изопропилбензола в гидроперекись и последующем разложении гидроперекиси на фенол и ацетон. При этом образуется также небольшое количество побочных продуктов. Изопропилбензол, в свою очередь, получается алкилированием бензола пропиленом. Таким образом, исходным сырьем для получения фенола и ацетона по кумольному методу являются бензол и пропилен.
Первое крупное производство фенола и ацетона кумольным методом было реализовано в 1949 году в Советском Союзе. В основу этого производства были положены исследования П.П Сергеева, Б.Д. Кружалова и Р.Ю. Удриса по окислению изопропил бензола в гидроперекись с последующим её разложением на фенол и ацетон[2].
Процесс производства фенола и ацетона кумольным методом складывается из следующих стадий:
1. Алкилирование бензола пропиленом.
2. Окисление изопропилбензола в гидроперекись.
3. Выделение гидроперекиси изопропилбензола.
4. Разложение технической гидроперекиси изопропилбензола серной кислотой.
5. Нейтрализация реакционной массы после разложения.
6. Ректификация реакционной массы после разложения и выделение товарных фенола и ацетона.
Наиболее важной стадией кумольной технологии фенола является окисление кумола до его гидропероксида (ГПК), так как именно на этой стадии образуются основные и побочные продукты производства. Побочные продукты в дальнейших стадиях участвуют в разнообразных реакциях, тем самым усложняют производство.
Промышленные методы получения изопропилбензола
Изопропилбензол, или кумол, С6Н5СН (СН3)2 был впервые получен сухой перегонкой кальциевой соли или бариевой соли куминовой
(n- изопропилбензойной) кислоты. Впоследствии его обнаружили в продуктах сухой перегонки каменного угля. Строение кумола установили Р.Фиттинг и его ученики, а классический синтез по Вюрцу-Фиттингу взаимодействием йодистого изопропилбензола, бромбензола и натрия провёл О.Якобисен. в 1895 году был осуществлён синтез изопропилбензола из бензола и пропилена при помощи безводного хлористого алюминия в жидкой фазе.
Изопропилбензол в обычных условиях - бесцветная легкоподвижная жидкость с приятным запахом, при большом разведении, напоминающем запах древесины хвойных пород.
Несмотря на то, что химические методы получения изопропилбензола разработаны давно, промышленное производство его впервые было начато лишь во время второй мировой войны в СССР и США. В то время изопропилбензол целиком использовался в качестве высокооктановой добавки к авиационным бензинам.
В промышленности органического синтеза изопропилбензол стал применяться совсем недавно как исходный продукт для получения фенола и ацетона, а также в производстве а-метилстирола.
Известны три метода получения изопропилбензола, имеющие промышленное значение:
1.Алкилирование бензола пропиленом в присутствии безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю-Крафтсу).
2.Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислотного катализатора.
3.Алкилирование бензола пропиленом в жидкой фазе в присутствии серной кислоты как катализатора.
В России изопропилбензол производят главным образом алкилированиемпоФриделю-Крафтсу.
В основе всех перечисленных методов получения кумола лежит реакция алкилирования бензола пропиленом, которая протекает по схеме:
Физико-химические свойствагидропероксида изопропилбензола
Гидроперекись изопропилбензола С6Н5(СН3)2-О-ОН представляет собой бесцветную маслянистую, немного вязкую жидкость с характерным запахом, напоминающим запах озона. При попадании на кожу вызывает ожоги, подобно концентрированным растворам Н2О2.
В глубоком вакууме гидроперекись перегоняется без разложения. Перегонка при остаточном давлении выше 5 мм.рт. ст. сопровождается, по-видимому, уже незначительным разложением, о чём можно судить по бледной, зеленовато-жёлтой окраске дистиллята, отбираемого в этих условиях, в отличие от бесцветных дистиллятов, получаемых при большом разложении.
Гидроперкись хорошо растворима в обычных органических растворителях (спирте, эфире, бензоле, ацетоне и др.) и сравнительно плохо - в воде.
В обычных условиях гидроперекись является вполне стойким соединением; так, при хранении в течение длительного времени в стеклянной посуде на рассеянном свету(комнатная температура) она не разлагается. Опыты, проведённые П.Г.Сергеевым по хранению технической (87%-ной) гидроперекиси в таре из углеродистой стали показали, что состав гидроперекиси не изменился в течении четырёх лет.
Гидроперекись как «детонатор» часто добавляют к дизельному топливу для повышения его цетанового числа.
Гидроперкись не даёт окрашенных растворов с хромовой и титановой кислотами. Поэтому с помощью данных реактивов можно обнаружить присутствие перекиси водорода при наличии гидроперекиси изопропилбензола. При кипячении с водой гидроперекись частично перегоняется с водяным паром без изменения, остальное количество её распадается с образованием перекиси водорода и диметилфенилкарбинола.
Гидроперекись изопропилбензола медленно реагирует при комнатной температуре с раствором 2,4-динитрофенилгидразина в соляной кислоте, причём выпадает коричневый осадок, состав которого не исследован. Это обстоятельство следует учитывать при попытках идентификации кетонов и альдегидов в виде гидразонов в присутствии гидроперекиси.[2]
Гидроперекись является активным инициатором полимризации в водных эмульсиях таких соединений, как дивинил, стирол, а-метилстирол и т.п.
Получение гидропероксида изопропилбензола
Гидропероксиды – это первичные молекулярные продукты окисления углеводородов. Они относятся к числу довольно нестабильных соединений, превращающихся при окислении в другие продукты. Поэтому их концентрация в реакционной массе, особенно при каталитическом окислении или при повышенных температурах, невелика. Наиболее нестабильны первичные гидропероксиды и, наоборот, относительно стабильны третичные гидропероксиды, которым, собственно и является гидропероксид изопропилбензола.
В основе современной теории окисления углеводородов лежат представления, высказанные более 60 лет назад А. Н. Бахом и, независимо от него, К. Энглером, согласно которымокисление углеводородов протекает через образование перекисных соединений, являющихся первыми стабильными продуктами реакции. В настоящее время работами многих исследователей на примере углеводородов самого различного строения показано, что на начальных стадиях окисления гидроперекисиявляются практически единственными продуктами. Однакоперекисная теория Баха—Энглера, соответствующая уровнюзнаний конца XIX—начала XX столетия, естественно, не моглаобъяснить целый ряд особенностей процессов окисления.
Наиболее полно механизм процессов окисления углеводородов удалось раскрыть лишь благодаря появлению теориирадикально-цепных реакций, значительную роль в создании которой сыграли работы Н. А. Шилова и особенно Н. Н. Семенова и его школы. Согласно этой теории, окисление углеводородов рассматривается как цепной процесс, происходящий приучастии свободных радикалов. Радикально-цепная теория основывается на следующих двух положениях классической химии:
Свободный радикал (в противоположность валентнонасыщенной молекуле) является весьма активной частицей. Длявзаимодействия между свободными радикалами необходимасравнительно небольшая энергия активации (обычно не выше41 900 кдж/кмоль= 10 ккал/моль), в то время как для реакциймежду валентнонасыщенными молекулами эта величина составляет 167 500--418 700 кдж/кмоль=40—100 ккал/моль и более.Реакции свободных радикалов с молекулами также требуютменьшей энергии активации, чем реакции между самими молекулами. Другими словами, свободный радикал, благодаря наличию свободной валентности, способен возбуждать молекулу,делать ее более активной.
При взаимодействии свободных радикалов с молекуламисвободная валентность не исчезает. Среди продуктов такоговзаимодействия неизбежно будет находиться новый свободныйрадикал.
Из этих двух положений следует, что если в какой-либореакционной системе появился свободный радикал, то он, легковзаимодействуя с одной из молекул окружающей его среды, образует новый радикал, который опять вступает в реакцию собразованием радикала, и т. д. Таким образом, возникает реакционная цепь, которая оборвется лишь в том случае, если исчезнет свободная валентность.
Большой экспериментальный материал по окислению углеводородов, накопленный к настоящему времени, убедительнопоказывает, что начальная стадия процесса окисления — образование гидроперекиси — является радикально-цепной реакцией. Одно из доказательств этого — наличие индукционногопериода и ускоряющее действие на процесс, особенно в начальный период, веществ, способных в условиях окисления разлагаться с образованием свободных радикалов (различные перекиси и гидроперекиси,азосоединения и др.). Ускоряющеевлияние перекисей на окисление углеводородов было показаноцелым рядом исследований. Цепной характер окисленияуглеводородов доказывается также тем, что небольшие примеси некоторых веществ (например, фенолов) способны резко замедлять процесс.
Процесс окисления углеводородов, как и всякий цепной процесс, включает в себя по крайней мере три реакции: зарождение (инициирование), рост и обрыв цепи.[1]
Реакция зарождения цепи связана с разрывом С—Н-связи в валентнонасыщенной молекуле окисляемого углеводорода RH:
Однако энергия разрыва связи С—Н обычно составляет 335000—418 700 кдж/кмоль (80—100 ккал/моль) и, следовательно, в условиях жидкофазного окисления такой разрыв самопроизвольно не происходит. Он может наблюдаться при столкновении молекулы RH с какой-либо активной частицей А:
или при поглощении кванта световой энергии в случае фотохимического окисления:
В настоящее время принято, что реакция зарождения цепи при окислении углеводородов кислородом протекает по схеме:
которая является наиболее энергетически выгодной так как требует затраты энергии на 196 900 кдж/кмоль (47 ккал/моль) меньше, чем процесс образования радикалов Re путем распада молекулы по связи С—Н32.
Рост цепи при наличии в системе радикалов происходит таким образом:
Возникает более или менее длинная реакционная цепь, в результате чего значительная часть молекул исходного углеводорода может превратиться в гидроперекись.
Обрыв цепи происходит вследствие различных причин, основные из которых следующие: рекомбинация свободных радикалов, обрыв цепи на стенках реактора и взаимодействие свободных радикалов с примесями, являющимися ингибиторами.
Рекомбинация может заключаться в следующих элементарных актах:
В некоторых условиях процесс рекомбинации можетпротекать в заметном объеме. Так, описано получение с выходомдо 38% соответствующих «димеров» (R—R) изопропилбензола,п-цимола и хлоризопропилбензола путем жидкофазного окисления этих углеводородов кислородом воздуха. Значительнораньше (в 1944 г.) П. Г. Сергеевым, Б. Д. Кружаловым иР. 10. Удрисом при изучении состава продуктов, образующихсяв результате окисления изопропилбензола, был выделен иидентифицирован 2,4-диметил-2,4:дифенилбутан, появление которого можно объяснить лишь димеризацией радикала R*.Однако следует отметить, что на первых стадиях процесса,когда концентрация свободных радикалов в системе незначительна, вероятность такого бимолекулярного столкновениярадикалов мала и рекомбинация не является главной причинойобрыва цепи. То же самое относится и к обрыву цепи за счетстолкновения свободных радикалов со стенками реактора. В отличие от процессов, протекающих в газовой фазе, где роль стенки реактора гораздо больше, при жидкофазном процессе вероятность такого столкновения мала, ввиду значительно меньшейскорости диффузии свободных радикалов к стенке через жидкость, чем через газ. Кроме того, любой свободный радикал,диффундируя через слой жидкости к стенке, неизбежно встретит на своем пути громадное количество молекул и радикалов,способных реагировать с ним. Сказанное, разумеется, не относится к реакторам, имеющим развитую поверхность в виде насадки, или к реакторам пленочного типа.
Главная роль в обрыве цепи при жидкофазном окисленииуглеводородов, по-видимому, принадлежит ингибиторам — веществам, способным тормозить цепные реакции. Механизм действия ингибиторов и, в частности, антиокислителей (антиоксидантов), т. е. ингибиторов процессов окисления, в ряде случаевостается неясным. Тормозящее действие некоторых ингибиторов совершенно не связано с реакцией обрыва цепи, а может,например, заключаться в уменьшении скорости реакции зарождения цепи. В данном случае речь идет лишь о тех ингибиторах, роль которых состоит в обрыве реакционной цепи. В зависимости от своего химического строения ингибиторы по-разномуобрывают цепь; здесь различают два случая:
Если вновь образованные свободные радикалы In* или RInH* и иR02lnH* будут менее активны, чем исходные радикалы R* иR02*, то произойдет ингибирование— торможение цепного процесса окисления.
Совершенно очевидно, что ингибиторы первого типа должныиметь более слабую связь In—Н, чем связь С—Н у окисляемого углеводорода. К этой категории ингибиторов следует отнести, например, фенолы и нафтолы. Ко второму типу ингибиторов, по-видимому, относятся амины (главным образомароматические), способные присоединять радикалы R02*, и хиноны, способные к захвату радикалов R*.
Окисление углеводородов относится к числу автокаталитических процессов, в связи с чем часто применяют термин «автоокислеиие» (аутооксидация). Процессы автокатализа являютсяцепными реакциями с вырожденным разветвлением, теория которых подробно разработана Н. Н. Семеновым. Самоускорение, или автокатализ, процессов окисления заключается в том,что первичный продукт окисления — гидроперекись обладаетспособностью в условиях окисления подвергаться частичномураспаду на свободные радикалы (вырожденное разветвление). Уже при небольших концентрациях гидроперекиси(10-4 моль/л) скорость реакции ее распада намного превышает скорость реакции зарождения цепи путем разрыва связиС—Н в углеводороде. Поэтому основным источником свободныхрадикалов в системе является реакция вырожденного разветвления.
Механизм окисления изопропилбензола
1.
2.
3.
Влияние различных факторов на процесс окисления изопропилбензола
Процесс окисления изопропилбензола чрезвычайно чувствителен по отношению к целому ряду факторов. Особенно большое значение имеет чистота изопропилбензола. Присутствие вокисляемом изопропилбензоле даже следов некоторых веществможет существенно изменить скорость процесса. В качествепримера можно привести влияние тиофена и его производных,а также фенола на процесс окисления. Наличие этих продуктовв чистом изопропилбензоле вполне возможно: тиофен содержится в бензоле, идущем на приготовление изопропилбензола,а следы фенола (появляются в изопропилбензоле при его получении. Оба продукта в большой степени тормозят окислениеизопропилбензола.[2]
Этот и многие другие факторы, как правило, не учитываютсяв равной степени в опытах одних и тех же авторов, а тем болеев работах, выполненных различными исследователями. В литературе опубликованы результаты опытов по окислению изопропилбензола при разнообразных скоростях накопления гидроперекиси и использовании сырья различного качества. Поскольку указанные опыты проводились по различной методике, топри оценке полученных данных можно легко допустить ошибку.
Однако при тщательном анализе всех имеющихся в настоящее время экспериментальных данных удается обнаружить общие закономерности, свойственные процессу окисления чистогоизопропилбензола. Сюда относится влияние температуры, глубины окисления, количества катализаторов, примесей некоторых веществ и других факторов (на выход и скорость накопления гидроперекиси. При окислении наиболее чистых образцов изопропилбензола скорость накопления гидроперекиси может достигать величины 10—13% в час, в то время как в промышленных условиях эта величина составляет 5—7% в час.
|
Рис 1. Зависимость скорости накопления гидроперикиси изопропилбензола от продолжительности окисления |
Рис 2. Влияние температуры на скорость накопления гидроперекиси изопропилбензола |
На рис. 1 показан характерный вид зависимости скорости накопления гидроперекиси от времени. Кривая имеет s-образную форму, свойственную цепным процессам. Вначале протекает процесс зарождения цепи (индукционный период), затем скорость реакции резко возрастает и остается постоянной в течение некоторого промежутка времени, после чего происходит уменьшение скорости, вызванное увеличивающимся распадом гидроперекиси и торможением (процесса окисления продуктами ее распада. Добавка некоторого количества гидроперекиси к изопропилбензолу перед окислением позволяет избежать индукционного периода.
Общий характер влияния температуры на скорость окисления изопропилбензола в пределах 90—120 °С показан на рис. 2. Повышение температуры приводит к увеличению скорости накопления гидроперекиси, но одновременно увеличивается и ее термический распад.
Было показано, что средняя скорость накопления гидроперекиси с повышением температуры последовательно от 90 до100 °С, от 100 до 110°С и от 110 до 120 °С возрастает неодинаково (соответственно в 2,3, 1,8 и 1,1 раза).
Установлено также, что при 120° С продукты распада в количестве более 1% можно обнаружить в реакционной массе через 1 ч после начала окисления; при 110 °С это происходит через 4—5 ч, а при 100 °С — через 6—8 ч.
Существенное значение для получения оптимальных выходовгидроперекиси имеет степень конверсии изопропилбензола вгидроперекись и продолжительность протекания процесса.В качестве примера приведем данные (рис. 3), полученные приокислении одного из образцов изопропилбензола при 110°С.Эти данные показывают, что для достижения высокого выход гидроперекиси при минимальном распаде необходимо ограничить глубину окисления изопропилбензола до содержания гидроперекиси 20—25%. Для других образцов изопропилбензолаэта величина составляет 20—30%. В условиях жидкофазногоокисления дальнейшее увеличение содержания гидроперекиси вреакционной массе неизбежно приводит к повышенному содержанию продуктов ее распада и к снижению выхода.
Поскольку целью процесса окисления изопропилбензолаявляется получение гидроперекиси, то при выборе оптимальныхусловий процесса необходимо учитывать факторы, способствующие распаду гидроперекиси. С этой точки зрения следует подходить к выбору материалов
для изготовления оборудования,применяющегося в производстве гидроперекиси, и к оценке схемтехнологического и аппаратурного оформления процесса. Так,многочисленные эксперименты показали, что
Рис 3. Влияние глубины окисления на
скорость накопления гидроперекиси
и её распад.
лучшие результаты достигаются при окислении изопропилбензола в аппаратах, изготовленных из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т. В этомслучае процесс протекает так же эффективно, как в стеклянномили эмалированном оборудовании.Как уже подчеркивалось, основным фактором, влияющимна процесс получения гидроперекиси с высоким выходом,является чистота изопропилбензола, подвергаемого окислению.Вредные примеси различных веществ, ингибирующих процессокисления, могут попадать в реакционную зону из следующихисточников: со свежим изопропилбензблом; с возвратным изопропилбензолом после отгонки его от гидроперекиси из реакционной смеси; в результате побочных реакций, протекающихв самом процессе окисления изопропилбензола; с воздухом, трипомощи которого производится окисление изопропилбензола.Рассмотрим каждый из этих источников в отдельности.
Примеси в свежем изопропилбензоле. Как показал опыт эксплуатации действующих предприятий по совместному получению фенола и ацетона, а также лабораторныеисследования, в свежем изопропилбензоле возможно наличиеследующих вредных примесей, способных в значительной степени тормозить или полностью ингибировать процесс окисления:сернистые соединения, непредельные углеводороды, алкилбензолы, ближайшие гомологи изопропилбензола, фенол.
Из сернистых соединений наибольшую опасность представляет тиофен, который содержится в бензоле, поступающем наприготовление изопропилбензола. Тиофен одновременно с бензолом может подвергаться алкилированию пропиленом, а образовавшийся при этом изопропилтиофен практически невозможноотделить от изопропилбензола путем ректификации.
Непредельные углеводороды образуются в процессе алкилирования бензола за счет полимеризации пропилена на катализаторе, применяемом при алкилировании. Отдельные фракциитримеров пропилена имеют темлературы кипения, близкие ктемпературе кипения изопропилбензола, и трудно отделимы отнего.
Алкилбензолы (этилбензол и бутилбензолы) появляютсяв процессе алкилирования за счет примесей этилена и бутиле-нов, содержащихся в пропилене, идущем на получение изопропилбензола. Этилбензол и бутилбензолы довольно простоотделить от изопропилбензола ректификацией. Однако есливсе же названные алкилбензолы попадают в чистый изопропилбензол, то скорость окисления его резко снижается.
Фенол неоднократно удавалось обнаруживать в чистом товарном изопропилбензоле с помощью чувствительных колориметрических методов.
Примеси в возвратном изопропилбензоле.Ввиду рассмотренных выше особенностей автокаталитическогопроцесса окисления, для достижения высоких выходов гидроперекиси окисление изопропилбензола проводят с конверсией, обычно не превышающей 30% за один проход. Поэтому 2/з изопропилбензола после отгонки от гидроперекиси возвращают снова на окисление. Такой изопропилбензол неизбежно бывает загрязнен фенолом, образовавшимся в результате распада гидроперекиси на стадии окисления. Из других продуктов распада гидроперекиси в возвратном изопропилбензоле могут присутствовать а-метилстирол и ацетофенон, которые также тормозят процесс окисления.
Примеси, образующиеся в самом процессе окисления. В ходе процесса окисления изопропилбензола за счет термического распада гидроперекиси появляются различные продукты, способные ингибировать реакцию окисления. Это в первую очередь продукты глубокого окисления изопропилбензола, такие, как фенол, формальдегид, муравьиная кислота и др.
Примеси в воздухе, применяемом в процессе окисления изопропилбензола. В воздух, поступающий на окисление изопропилбензола, вредные примеси могут попадать двумя путями. Во-первых, как показал опыт работы промышленных установок по окислению изопропилбензола в гидроперекись, весьма существенно правильно определить место забора свежего воздуха. Если в данном месте воздух загрязнен топочными или другими газами, особенно сернистым ангидридом или сероводородом, то это обстоятельство отрицательно влияет на скорость процесса окисления. Во-вторых, было установлено, что незначительные количества машинного масла, находящегося в сжатом воздухе после компримирования, значительно ингибируют процесс окисления изопропилбензола.
Технологическое оформление процесса окисления изопропилбензола
Экспериментальное изучение двух основных задач, связанных с процессом окисления изопропилбензола, — ускорения этого процесса и уменьшения распада гидроперекиси — привело к разработке двух технологически совершенно различных методов окисления.
По одному из этих методов, разработанному фирмой «DistillersCompanyLimited» на основании исследования Армстронга с сотр., окисление изопропилбензола проводится в водно-щелочной эмульсии при температуре около 90°С. рН среды поддерживается в пределах 8,5—10,5; при более высоких рН выходы гидроперекиси вследствие ее разложения снижаются, в то время как в интервале от нейтральной до кислой реакции окисление протекает с недопустимо малой скоростью.
Существенное значение имеет также соотношение водной иуглеводородной фаз: скорость реакции возрастает с увеличением разбавления изопропилбензола, но одновременно с этимотношение объем—время—конверсия в реакторе должно бытьвозможно больше. Для соотношения объем—время—выходоптимальная пропорция обеих фаз составляет —3:1. Дляобеспечения оптимальных условий реакции наряду с применением эмульгатора процесс проводят при интенсивном перемешивании. Важную роль играет выбор эмульгатора; установлено,что высокоэффективным эмульгатором является стеараг натрия.
По другому методу, разработанному фирмами «DistillersCompanyLimited» ,и «HerculesPowderCompany», окислениеизопропилбензола осуществляют в практически гомогенной фазепри 100—130°С. В патентах фирмы «DistillersCompanyLimited»указывается, что пределы взрываемости смеси кислород—изопропилбензол находятся в интервале 1—54% содержания изопропилбензола. Это соответствует парциальным давлениям изопропилбензола при температурах от 27 до 130 "С.Однако, поскольку -при 120—135°С могут образовыватьсявзрывчатые смеси кислорода и углеводорода, к смеси добавляют водяной пар.
Окисление в гомогенной фазе часто проводят в несколькоступеней при различных температурах, например на первойступени при 120°С до получения в реакционной массе около10% гидроперекиси, на второй — при 117°С до содержаниягидроперекиси 15%, на третьей — при 115°С примерно до20%-пого содержания гидроперекиси и на четвертой — при10°С до содержания гидроперекиси 27%. При таком способеокисления уменьшается распад гидроперекиси и образованиепобочных продуктов (диметилфенилкарбинола и ацетофенона),содержание которых возрастает с увеличением концентрациигидроперекиси в реакционной массе. В качестве окислителяприменяют воздух или очищенный кислород. При использовании кислорода из реактора уносится меньше изопропилбензолаи достигается более высокая пропускная способность на единицу объема реактора. Преимущество применения воздуха заключается в его более низкой стоимости и меньшей опасностиобразования взрывчатой смеси. Для уменьшения уноса изопропилбензола окисление его воздухом проводят в большинствеслучаев при повышенных избыточных давлениях (около4—6 or).
В сообщении о пуске первого завода по производству фенола и ацетона фирмы «British—AmericanShowingan» в г. Монреале (Канада) указывается, что окислительная установка состоит из четырех вертикальных колонн диаметром 1,2 м и высотой 9 м, размещенных каскадно. Сжатый воздух поступает внижнюю часть каждой колонны, изопропилбензол также подается в нижнюю часть первой колонны, проходит до верха колонны, перетекает в нижнюю часть второй колонны и т. д.
Скорость образования гидроперекиси, или скорость конверсииувеличивается при использовании в качестве сырья тщательно очищенногоизопропилбензола составляет в среднем от 3 до 13% в час.Максимальная из известных в литературе скоростей конверсииравна 11 —13% гидроперекиси изопропилбензола в час, получаемой путем окисления изопропилбензола при 120°С в присутствии металлической меди, предварительно обработаннойазотной кислотой52. Несмотря на высокую скорость образованиягидроперекиси, о промышленном применении этого метода ничего неизвестно. Как сообщают, это объясняется частыми нарушениями нормального хода процесса, вызываемого чувствительностью реакции к состоянию поверхности меди53. Скоростьреакции окисления, достигаемая в промышленных условиях,составляет 5—7% гидроперекиси изопропилбензола в час.
Как уже указывалось, в начале реакции выход гидроперекиси почти количественный. Однако в процессе дальнейшейконверсии изопропилбензола происходит разложение гидроперекиси и протекают другие побочные реакции, которые снижают эффективность ее образования. Это снижение в значительной степени вызывается разложением гидроперекиси, которое катализируется карбоновыми кислотами (главным образоммуравьиной кислотой), образующимися в небольших количествах в процессе окисления. Во избежание описанного явленияреакцию проводят в присутствии щелочи в количестве, достаточном для нейтрализации кислот по мере их образования.Установлено, что оптимальные условия достигаются прирН = 8,5—10,5. Необходимую щелочность среды можно поддерживать при помощи карбоната натрия с добавкой малорастворимой соли, например стеарата натрия.
Для ускорения реакции окисления изоропилбензола былопредложено большое число катализаторов и промоторов. Скорость окисления изопропилбензола, как известно, увеличиваетсяпри применении солей тяжелых металлов (например, нафтенатов и резинатов кобальта, марганца, свинца и других металлов) ; с другой стороны, при этом возрастает также степеньразложения образовавшейся в процессе окисления гидроперекиси. Поэтому приходится подбирать условия, в которых окисление изопропилбензола протекает со значительно большейскоростью, чем разложение гидроперекиси. Таким основнымфактором является концентрация катализатора.
Сообщают, что оптимальный выход достигается при концентрации на.фтената марганца 0,25—0,5%. Установлено, что содержание катализатора не должно превышать концентрации,при которой разлагается 10% перекиси, содержащейся в смеси,состоящей из 15 вес частей гидроперекиси изопропилбензолаи 85 вес. частей изопропилбензола при 80°С в течение 45 ч.Такое требование ограничивает допустимую концентрацию растворенного марганца до 0,0012%. Если соединение марганцанерастворимо в изопропилбензоле, то катализатор можно вводить в большей концентрации. Так, например, предусматривают применение двуокиси марганца в количестве 0,5—1,0% от веса изопропилбензола. Использование щелочного катализатора благоприятно сказывается на скорости и на выходе продуктов реакции. Указывают, что добавление формиата натрия увеличивает выход гидроперекиси с 1,74 до 5,59% в час. Аналогично действует карбонат натрия. Опубликованы также данныеоб увеличении скорости реакции и повышении выходов гидроперекиси в случае использования в качестве катализаторов при окислении изопропилбензола третичных аминов (например, пиридин) в количестве 0,01—1 вес. %.
По мере протекания реакции окисления усиливаются побочные реакции, снижающие выход гидроперекиси. Поэтому полную конверсию изопропилбензола за один проход осуществитьневозможно. В промышленной практике глубина окисления(степень конверсии изопропилбензола за проход) поддерживается в пределах 25—30%. Таким образом, реакционная масса, получаемая в результате окисления, содержит около65—70% непревращенного изопропилбензола. Обычно основнуюмассу этого углеводорода удаляют путем перегонкив вакууме;конечная смесь содержит от 75 до 85% гидроперекиси изопропилбензола.
В сообщении о пуске завода по производству фенола и ацетона в Шотландии указывается, что изопропилбензол поступает в окислительную систему, где подвергается окислению подизбыточным давлением в несколько атмосфер при 100 °С. Окислительная система характеризуется рядом особенностей, обеспечивающих достижение максимальной эффективности окисления;одним из важных условий является строгий контроль за температурой.
Поскольку в процессе окисления значительная часть изопропилбензола не вступает в реакцию, необходимо концентрирование гидроперекиси. При этом в глубоком вакууме от высококипящей гидроперекиси отгоняется изопропилбензол. Отгонкупроизводят в секционных перегонных аппаратах, сконструированных таким образом, чтобы избежать распада гидроперекиси.Отогнанный изопропилбензол возвращается на окисление.
Концентрат гидроперекиси, содержащий ряд примесей, средикоторых преобладают остаточный изопропилбензол, ацетофенони диметилфенилкарбинол, направляется без дальнейшей очистки для разложения гидроперекиси на фенол и ацетон.
|
Рис. 4. Принципиальная схема установки каскадного типа для окисления изопропилбензола в гидроперекись 1 – реакторы; 2 – теплообменники; 3 – промежуточные ёмкости; 4 – сборник реакционной массы; 5 – насос; 6, 7 – конденсаторы |
Аппаратурное оформление процесса окисления изопропилбензола в гидроперекись может быть различным. Общим длявсех способов непрерывного окисления изопропилбензолаявляется проведение процесса в несколько ступеней (от 3 до 8).Довольно распространено расположение отдельных ступеней попринципу каскада (рис. 4). [2]
Для гетерогенных процессов окисления, протекающих вводно-щелочной среде, наиболее пригодны аппараты с мешалками или эрлифтами. Эрлифты применимы также для процессов гомогенного окисления.
|
Рис. 5. Реактор колонного типа |
Ступенчатое окисление изопропилбензола осуществляют водном аппарате, представляющем собой секционную колонну,снабженную по аналогии с тарельчатой ректификационной
колонной отверстиями и переливными стаканами на каждой тарелке (рис. 5).
Сравнивая секционную колонну с каскадной системой,необходимо отметить, что последняя обладает рядом, преимуществ, основные из которых состоят в следующем:
В случае нарушения нормального режима в какой-либоступени (колонне), вызванногоповышением температуры ибыстрым распадом гидроперекиси (приводящим к большомувыделению газов и паров),сработают предохранительнаямембрана или клапан, установленные в верхней части колонны, и образовавшиеся газыбудут направленно выведеныв атмосферу.
В колоннах секционного типа предохранительные клапаны, расположенные наверху, посуществу не играют никакойроли, и указанное нарушениережима может привести к аварии.
Параллельность в потоках воздуха и изопропилбензола благоприятствует окислению, так как легкокипящие продукты распада гидроперекиси (муравьиная кислота и формальдегид) будут удаляться с отходящими газами. Отработанный воздух с последнихступеней окисления, содержащий больше продуктов распада,не попадает на первые ступени, поскольку на каждую ступеньподают свежий воздух.
2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Окислительная шихта, поступающая от насосов № 61,2 (отделение 102), проходит подогреватели № 5а1,2, работающие параллельно, где подогревается за счет тепла химочищенной воды с решиферов колонн окисления № 21-6. Измеряется и регистрируется температура химочищенной воды (поз.30). Измеряется и регистрируется температура окислительной шихты после подогревателей № 5а1,2(поз.7). Нагретая шихта затем поступает в два последовательно работающих теплообменника № 5б,в, где подогревается до температуры реакции (не более 125ºС). Температура шихты после теплообменника № 5б регулируется автоматически регулятором (поз.4), клапан которого установлен на линии подачи пара давления 5 кгс/см2 в теплообменник № 5б. Температура после подогревателя № 5в регистрируется (поз.3). Технологической схемой предусмотрена возможность исключения из работы одного из теплообменников № 5б или № 5в.
Пар давления 12 кгс/см2 принимается в отделение 101 из цеха № 9. Измеряется расход (поз.35) и температура пара давления 12 кгс/см2 (поз.72). Для снижения давления пара производится его дросселирование до давления 5 кгс/см2 регулятором давления (поз.9), клапан которого установлен на трубопроводе от коллектора пара давления 12 кгс/см2 в коллектор пара давления 5 кгс/см2. Пар давления 5 кгс/см2 подаётся на обогрев теплообменников № 5б,в.
Окислительная шихта после теплообменников № 5б,в поступает в верхнюю часть колонны окисления № 21-6. Регистрируется расход окислительной шихты в колонны окисления № 21-6(поз.8). Уровень вверху окислительных колонн № 21-6 регулируется регулятором уровня (поз.17), клапан которого установлен на линии подачи окислительной шихты из отделения 102 в колонну № 21-6.
Воздух в отделение 101 поступает из компрессорного отделения. Регистрируется расход воздуха (поз.1), давление воздуха (поз.2). Воздух с давлением 5-6 кгс/см2 проходит фильтры № 11-4, где очищается от механических примесей, масла и частично от влаги, и подается в кубовую часть окислительной колонны № 21-6. Постоянство расхода технологического воздуха на систему окисления регулируется автоматически регулятором расхода (поз.13), клапан которого установлен на линии подачи воздуха после фильтра.
Для предотвращения попадания реакционной массы в трубопровод подачи воздуха, на этой линии установлен обратный клапан.
Окисление в колонне ведется под давлением 3,0 0,2 кгс/см2 в верху колонны и регулируется регулятором давления (поз.28), клапан которого установлен на линии подачи абгазов в буфер-глушитель № 111.
Окисление изопропилбензола кислородом воздуха в гидроперекись протекает с выделением тепла по реакции:
СН3СН3
СН + О2С−ООН
СН3СН3
изопропилбензол гидроперекись ИПБ
Реакция окисления изопропилбензола экзотермична: тепловой эффект составляет 29,6 ккал/ г∙моль ГП ИПБ.
Наряду с основной реакцией получения ГП ИПБ происходит частичный распад гидроперекиси на диметилфенилкарбинол и ацетофенон:
СН3СН3
СООН CОН + ½ О2
СН3СН3
гидроперекись диметилфенилкарбинол
изопропилбензола
Реакция экзотермична: тепловой эффект составляет 42 ккал/г∙моль ДМФК.
СН3 О
СООН CСН3 + СН3ОН
СН3
гидроперекись ацетофенонметиловый
изопропилбензола спирт
Реакция экзотермична: тепловой эффект составляет 82,5 ккал/г∙моль АЦФ.
Выделившийся при этом метиловый спирт в присутствии атомарного кислорода окисляется до муравьиной кислоты, которая, окисляясь, разлагается на двуокись углерода и воду.
СН3ОН + ½ О2 СН2О + Н2О
СН2О + ½ О2 НСООН + 10,8 ккал/г∙моль муравьиной кислоты
НСООН + ½ О2 СО2 + Н2О
Тепло реакции окисления отводится охлаждающей химочищенной водой, циркулирующей в решиферах секций колонны, температура секций окислительной колонны регулируется автоматически регуляторамим температуры (поз.161-9), клапаны которых установлены на линиях подачи химочищенной воды в решиферы секций.
Окисление ведется при температуре по секциям колонн № 21-6:
- с 1-ой по 5-ую секции включительно – не выше 125оС
- на 6-ой, 7-ой секциях – не выше 122оС
- на 8-ой, 9-ой секциях – не выше 120оС.
При завышении температуры по секциям колонн окисления № 21-6 выше регламентной возможен процесс распада гидроперекиси изопропилбензола со взрывом вследствие цепной реакции.
В случае завышения температуры в колонне окисления № 21-6 при следующих значениях:
- на 1-5 секциях - 126оС
- на 6,7 секциях - 123оС
- на 8,9 секциях - 121оС
срабатывает блокировка и сигнализация: прекращается подача технологического воздуха на колонну (закрывается отсечной клапан на линии подачи технологического воздуха).
Химочищенная вода для охлаждения секций колонн окисления № 21-6 подается из емкости № 69 насосом № 701,2 в коллектор химочищенной воды, откуда поступает в решиферы секций. Регистрируется температура химочищенной воды, подаваемой в решиферы секций колонн окисления № 21-6(поз.10). В коллекторе прямой химочищенной воды поддерживается давление не менее 2,5 кг/см2 автоматически регулятором (поз.12), клапан которого установлен на линии перепуска химочищенной воды у линии нагнетания насоса № 701,2 в линию его всаса.
После решиферов обратная химочищенная вода собирается в коллектор и проходит подогреватели № 5а1,2, где охлаждается за счет отдаваемого тепла для подогрева шихты. Затем обратная химочищенная вода поступает в холодильник № 72, охлаждаемый промышленной водой. Далее охлажденная в холодильнике № 72 химочищенная вода поступает в холодильник № 73, охлаждаемый захоложенной водой (+7ºС), после чего химочищенная вода поступает в емкость № 69. Регистрируется уровень в емкости № 69 (поз.11).
Технологической схемой предусмотрена возможность исключения из схемы одного из холодильников № 72 или № 73. Технологической схемой предусмотрена возможность закрытого дренирования парогазовых пробок из межтрубного пространства холодильников № 72, 73 в сборник № 35.
Технологической схемой предусмотрена возможность сброса части химочищенной воды из емкости № 69 по переливной линии в емкость № 10 или в химсточную канализацию.
Технологической схемой предусмотрена возможность подпитки уровня в емкости № 69 конденсатом от насосов № 501,2.
В случае снижения давления химочищенной воды ниже 2,5 кгс/см2 из-за останова насоса № 701,2, либо по причине срабатывания блокировки, в линию нагнетания насоса № 701,2 и в секции колонн окисления автоматически подается промышленная вода.
Открываются отсечные клапаны:
1. На линии подачи промышленной воды (поз.12в).
2. На линии обратной воды (поз.12г).
Закрываются отсечные клапаны:
1. На линии химочищенной воды после решиферов в холодильник № 72 (поз.12б).
2. На линии подачи промышленной воды в холодильник № 72 (поз.12а).
В колонне окисления № 21-6 реакционная масса по мере своего движения по тарелкам сверху вниз колонны постепенно обогащается гидроперекисью ИПБ, не более чем до 30,5% весовых на выходе из колонны. Из кубовой части колонны № 21-6 реакционная масса поступает в напорную емкость № 12. Отбор реакционной массы окисления регулируется автоматически регулятором (поз.19), клапан которого установлен на линии подачи реакционной массы в емкость № 12.
Технологической схемой предусмотрена возможность опорожнения колонны окисления № 21-6 в подземную емкость № 10 в случае возникновения аварийной ситуации вручную арматурой. Кроме того, на линии освобождения колонны окисления № 21-6 в емкость № 10 установлены электрозадвижки. Слив реакционной массы с РУКЦ колонн окисления № 21-6 также производится в емкость № 10. Уровень в емкости № 10 регистрируется (поз.20). Из подземной емкости № 10 реакционная масса насосом № 11 откачивается в емкость № 21. Технологической схемой предусмотрена возможность подачи реакционной массы из емкости № 10 насосом № 11 по переливной линии емкости № 12 в отделение 102.
В случае аварийного выброса реакционной массы с верха колонны окисления № 21-6 технологической схемой предусмотрена работа сепаратора № 67, предназначенного для отделения жидкости от газов. Отделившаяся от газов реакционная масса сливается в подземную емкость № 10, а газ сбрасывается через воздушку.
Уходящий сверху колонны окисления № 21-6 обедненный кислородом воздух (абгазы) вместе с парами ИПБ поступает для охлаждения и конденсации паров ИПБ в конденсатор № 61-6, охлаждаемый промышленной водой. Сконденсированные пары ИПБ через расширитель сливаются в сборник № 8. Несконденсированные пары ИПБ поступают в конденсатор № 71-6, охлаждаемый захоложенной водой (+7ºС). Сконденсированные пары ИПБ через расширитель сливаются в сборник № 8. Освобожденные от ИПБ абгазы поступают в сепаратор № 109 на узел очистки абгазов, либо помимо этого узла в буфер-глушитель № 111. Регистрируется температура абгазов после холодильников № 71-6(поз.29)
Сконденсированный в конденсаторах № 61-6 и 71-6 ИПБ самотеком поступает в сборник № 8, откуда дросселируется в емкость № 21.Уровень в сборнике № 8 регулируется автоматически регулятором (поз.21), клапан которого установлен на линии подачи обратного ИПБ из сборника № 8 в емкость № 21.
Технологической схемой предусмотрена возможность подачи обратного ИПБ из сборника № 8 в разделительные колонны № 361,2, 371,2, 381,2 на узел осушки.
3.ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ, ОБРАЩАЮЩИХСЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ
Таблица 1
|
№ п/п |
Наименование сырья, материалов, реагентов, катализаторов, полуфабрикатов, готовой продукции |
Номер государственного или отраслевого стандарта, технических условий, стандарта предприятия. |
Показатели качества, подлежащие проверке |
Норма по нормативному документу |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1. |
Изопропилбензол технический. Отбор проб производится в цехе № 7 |
ТУ 38.402-62-140-92 1 сорт |
1. Внешний вид |
Бесцветная прозрачная жидкость. |
|
2.Массовая доля изопропилбензола, %, не менее |
99,7 |
|||
|
3. Массовая доля органических примесей, %, не более - неароматических соединений, - этилбензола, - н-пропилбензола, - бутилбензолов и высших углеводородов; |
не нормируется 0,15 0,20 0,10 |
|||
|
4. Массовая доля непредельных соединений, г брома на 100 г продукта, не более |
0,02 |
|||
|
5.Массовая доля фенола, %, не более |
0,0015 |
|||
|
2. |
Воздух сжатый |
СТП 002-2004 |
Технологический воздух 1.Содержание масла (в жидком состоянии) 2. Содержание влаги (точка росы), оС |
Отсутствие Не нормируется |
|
3. |
Азот газообразный |
СТП 001-2003 |
|
2 – 40 |
|
10. |
Сжатый воздух |
ГОСТ 17433-80 ГОСТ 24484-80 |
1.Размер твердой частицы МКМ, не более 2.Содержание посторонних примесей, мг/м3, - твердые частицы, не более 3.Вода и масло (в жидком состоянии) 4.Температура точки росы должна быть ниже *минимальной рабочей температуры, не менее чем на *Минимальная рабочая температура - наименьшая из температур: минимальной температуры сжатого воздуха или минимальной температуры окружающей среды при эксплуатации пневматических устройств и трубопроводов 5.Содержание кислот и щелочей |
5 1 не допускаются 10 ºК (10 ºС) допускаются только следы |
|
5. |
Изопропилбензола гидропероксид технический (гипериз) |
ТУ 38.402-62-121-90 |
1.Внешний вид 2.Показатель преломления (рефракции), не менее 3.Массовая доля гидропероксида, %, не более |
Прозрачная маслянистая жидкость желтого цвета 1,5230 87,0 |
4.Материальный баланс установки окисления ИПБ в гидроперекись изопропилбензола
Составить материальный баланс установки окисления изопропилбензола мощностью 70000 тонн в год по фенолу.
Исходные данные для расчёта:
Окислитель-кислород воздуха
Время работы установки-8280 ч/год
Расходный коэффициент по гидроперекиси изопропилбензола-1/8 т/т фенола
Коэффициент расхода воздуха-0,17 кг/кг изопропилбензола
Степень использования кислорода воздуха-0,85.
Характеристика сырья:
ИПБ из цеха алкилирования:
ИПБ-99,7% масс; этилбензол-0,1% масс; н- пропилбензол-0,2% масс.
Воздух технологический:
Кислород-21% об; азот-79% об.
Производительность по фенолу=70000тонн/год
Производительность по фенолу:
Требуемое количество ГП ИПБ
G(ГПИПБ)=8454,11 1,8=15217,39 кг/ч;
молярная масса ГП ИПБ-152 кг/кмоль, отсюда количество ГП ИПБ
15907/152=100,11кмоль/ч.
Скорость накопления продуктов принята следующей:
ГП ИПБ-13% масс/ч;
ДМФК-0,5 масс/ч;
АЦФ-0,12% масс/ч.
Рассчитаем время реакции до накопления 30,55% масс ГП ИПБ в реакционной массе:
на накопления 13% требуется 60 мин., тогда на накопления 30,55%:
За время реакции 141 мин. в реакционной массе образуется следующее количество компонентов:
ГП ИПБ-13141/60=30,55% масс;
ДМФК-0,5141/60=1,18% масс;
АЦФ-0,12141/60=0,28% масс.
Рассчитаем массовое и мольное количество образовавшихся продуктов:
15217,39 кг/ч ГП ИПБ составляет 30,55% реакционной массы, тогда:
1,18% масс-587,77 кг/ч ДМФК
0,28%масс-139,47 кг/ч АЦФ
Из уравнения:
СН3СН3
СООН CОН + ½ О2
СН3СН3
гидроперекись диметилфенилкарбинол
изопропилбензола
следует,что на образование ДМФК расход ГПИПБ составляет:
Кислорода образуется:
Из уравнения:
СН3 О
СООН CСН3 + СН3ОН
СН3
гидроперекись ацетофенон метиловый
изопропилбензола спирт
следует, то на образование АЦФ расход ГПИПБ составляет:
Спирта образуется:
Из уравнения:
СН3ОН + ½ О2 СН2О + Н2О
СН2О + ½ О2 НСООН
Кислорода прореагировало:
Кислоты образовалось:
Воды образовалось:
Из уравнения:
СН3СН3
СН + О2С−ООН
СН3СН3
изопропилбензол гидроперекись ИПБ
следует, что на целевую реакцию получения ГПИПБ ИПБ потребовалось:
На целевую реакцию получения ГПИПБ кислорода пошло:
На побочную реакцию получения ГПИПБ пошло ИПБ:
На побочную реакцию получения ГПИПБ пошло кислорода:
Итого на реакцию окисления ИПБ пошло:
Конверсия ИПБ составляет:
Расчёт состава примесей в окислительной шихте
Содержание ЭБ:
содержание н-ПБ:
Рассчитаем молярную массу смеси примесей. Мольный состав примесей приведён в таблице 2.[8]
Таблица 2
|
Примеси ИПБ |
М,кг/кмоль |
кг/ч |
% масс |
кмоль/ч |
% мол |
|
ЭБ |
106 |
46,20 |
33,33 |
0,44 |
36,14 |
|
н-ПБ |
120 |
92,39 |
66,67 |
0,77 |
63,86 |
|
итого |
138,59 |
100,00 |
1,21 |
100,00 |
Средняя молярная масса примесей М=1060,3614+1200,6386=114,94кг/кмоль.
Расчёт состава окислительной шихты
Рассчитаем состав окислительной шихты на основе заводских данных.
Таблица 3
|
ком-т |
шихта |
|||
|
кг/ч |
% масс |
кмоль/ч |
% мол |
|
|
ИПБ |
44402,60 |
95,72 |
370,02 |
96,35 |
|
примеси в ИПБ |
138,59 |
0,29 |
1,21 |
0,31 |
|
Кислород |
|
|
|
|
|
Азот |
|
|
|
|
|
АЦФ |
48,12 |
0,10 |
0,40 |
0,10 |
|
ДМФК |
144,35 |
0,30 |
1,06 |
0,28 |
|
ГП ИПБ |
1727,37 |
3,59 |
11,36 |
2,96 |
|
НСООН |
|
|
|
|
|
Н2О |
|
|
|
|
|
Итого |
46461,03 |
100,00 |
384,05 |
100,00 |
Расчёт количества окислителя
Коэффициент использования кислорода 0,85.
Итого пришло кислорода:
Азота пришло:
Оставшийся кислород:
Расчёт количества продуктов, уносимых с абгазами
Количество компонента, уносимого с абгазами, определяется по формуле:
где:
М-молярная масса компонента;
n-мольная доля компонента;
Р возд-парциальное давление воздуха;
Р-давление насыщенных паров компонента при температуре 1250С.
Таблица 4
|
Ком-ты |
кмоль/ч |
мольные доли |
|
ИПБ |
264,42 |
0,68 |
|
примеси |
1,21 |
0,003 |
|
АЦФ |
1,56 |
0,004 |
|
ДМФК |
5,38 |
0,01 |
|
ГП ИПБ |
111,48 |
0,29 |
|
Н2О |
1,16 |
0,003 |
|
НСООН |
1,16 |
0,003 |
|
итого |
386,38 |
1,00 |
кг/ч
кг/ч
кг/ч
кг/ч
Сводная таблица материального баланса представлена в таблице 5.
Таблица 5
|
ком-т |
шихта |
воздух |
||||||
|
кг/ч |
% масс |
кмоль/ч |
% мол |
кг/ч |
% масс |
кмоль/ч |
% мол |
|
|
ИПБ |
44402,60 |
95,72 |
370,02 |
96,35 |
||||
|
примеси в ИПБ |
138,59 |
0,29 |
1,21 |
0,31 |
||||
|
Кислород |
3975,47 |
21,00 |
124,23 |
18,87 |
||||
|
Азот |
14955,36 |
79,00 |
534,12 |
81,13 |
||||
|
АЦФ |
48,12 |
0,10 |
0,40 |
0,10 |
||||
|
ДМФК |
144,35 |
0,30 |
1,06 |
0,28 |
||||
|
ГП ИПБ |
1727,37 |
3,59 |
11,36 |
2,96 |
||||
|
НСООН |
||||||||
|
Н2О |
||||||||
|
Итого |
46461,03 |
100,00 |
384,05 |
100,00 |
18930,83 |
100,00 |
658,35 |
100 |
Таблица5(продолжение)
|
оксидат |
конденсат абгазов |
абгазы на воздушку |
|||||||||
|
кг/ч |
% масс |
кмоль/ч |
% мол |
кг/ч |
% масс |
кмоль/ч |
% мол |
кг/ч |
% масс |
кмоль/ч |
% мол |
|
28160,10 |
61,02 |
234,67 |
66,25 |
3570,68 |
98,93 |
29,76 |
97,81 |
||||
|
138,59 |
0,30 |
1,21 |
0,34 |
||||||||
|
628,28 |
4,02 |
19,63 |
3,53 |
||||||||
|
14955,36 |
95,68 |
534,12 |
96,15 |
||||||||
|
183,68 |
0,40 |
1,53 |
0,43 |
3,91 |
0,11 |
0,033 |
0,11 |
||||
|
725,34 |
1,57 |
5,33 |
1,51 |
6,79 |
0,19 |
0,045 |
0,15 |
||||
|
16943,50 |
36,71 |
111,47 |
31,47 |
1,26 |
0,03 |
0,008 |
0,03 |
||||
|
26,73 |
0,74 |
0,58 |
1,91 |
26,73 |
0,17 |
0,58 |
0,10 |
||||
|
20,9 |
0,13 |
1,16 |
0,21 |
||||||||
|
46151,21 |
100,00 |
354,21 |
100,00 |
3609,37 |
100,00 |
30,42 |
100,00 |
15631,29 |
100,00 |
555,50 |
100,00 |
5.Тепловой баланс установки окисления ИПБ в гидроперекись изопропилбензола
Тепловой расчёт выполнен без учёта потерь.
Материальный баланс колонны окисления с учётом уноса компонентов абгазами представлен в таблице 6.
Таблица 6
|
Компоненты |
Приход |
Расход |
Унос |
|||
|
кг/ч |
доля масс |
кг/ч |
доля масс |
кг/ч |
доля масс |
|
|
ИПБ |
44402,60 |
0,6790 |
28160,10 |
0,6102 |
3570,68 |
0,1856 |
|
примеси в ИПБ |
138,59 |
0,0021 |
138,59 |
0,0030 |
|
|
|
Кислород |
3975,47 |
0,0608 |
|
|
628,28 |
0,0327 |
|
Азот |
14955,36 |
0,2287 |
|
|
14955,36 |
0,7773 |
|
АЦФ |
48,12 |
0,0007 |
183,68 |
0,0040 |
3,91 |
0,0002 |
|
ДМФК |
144,35 |
0,0022 |
725,34 |
0,0157 |
6,79 |
0,0004 |
|
ГП ИПБ |
1727,37 |
0,0264 |
16943,50 |
0,3671 |
1,26 |
0,0001 |
|
НСООН |
|
|
|
|
53,46 |
0,0028 |
|
Н2О |
|
|
|
|
20,92 |
0,0011 |
|
Итого |
65391,87 |
1 |
46151,21 |
1 |
19240,66 |
1 |
Температурный режим работы колонны t=1250С
Температура окислительной шихты на входе tошвх=1250С
Температура воздуха на входе tвозд=250С
Температура реакционной массы на выходе tрмвых=1250С
Термодинамические свойства компонентов реакционной массы приведены в таблице 7.[6]
Таблица 7
|
Компоненты |
Ср(жид).125, Дж/моль·К,ж |
Ср(жид).120, Дж/моль·К |
Ср(газ).120, Дж/моль·К,г |
|
ИПБ |
259,42 |
258,31 |
204,13 |
|
Кислород |
29,36 |
|
30,1 |
|
Азот |
29,12 |
|
29,25 |
|
АЦФ |
232,50 |
231,83 |
167,86 |
|
ДМФК |
315,26 |
314,37 |
220,79 |
|
ГП ИПБ |
315,26 |
314,37 |
220,79 |
|
НСООН |
|
92,55 |
34,27 |
|
Н2О |
|
92,55 |
34,27 |
Уравнение теплового баланса для колонны выглядит следующим образом:
где :
ΣQвых(РМ) - суммарное количество тепла, приходящее с компонентами, кДж/ч;
Qреакции - тепло реакции окисления ИПБ в ГПИПБ, кДж/ч;
ΣQвых(РМ) - суммарное количество тепла, уносимое с продуктами реакции,кДж/ч ;
Qотвод - количество тепла, отводимое водой, кДж/ч ;
Qпотерь- количество тепла, потерянное в ходе процесса, кДж/ч.
Определим тепло, вносимое окислительной шихтой:
где
Твх- температура реакционной массы на входе в реактор, К;
Сpi398 - теплоемкость i-го компонента реакционной массы, Дж/(моль·К);
Nприход,i- мольный поток i- го компонента реакционной массы, кмоль/ч.
Определим тепло, вносимое воздухом.
Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ, превышает теплоту остальных превращений.Теплоту реакции рассчитываем по реакции окисления ИПБ в ГПИПБ(см. выше).
Тепловой эффект реакции окисления ИПБ равен:
ΔrH=ΔfH(ГПИПБ)393-ΔfH(кисл)393-ΔfH(ИПБ)393=-157105-0+41503= =-115606Дж/моль.
Согласно материальному балансу количество ИПБ,пошедшее на образование ГПИПБ в колонне равно:
Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ в ГПИПБ, равна:
Т.к. потери тепла в окружающую среду составляют 3 % от общего прихода теплоты, то
Определим теплоту реакционной массы на выходе из аппарата:
Определим теплоту, уносимую с абгазом:
Так как процесс идет с выделением тепла, то необходимо предусмотреть съём тепла.
В качестве теплоносителя для съёма тепла используют воду.
Из теплового баланса окислительной колонны определим количества тепла, снимаемое водой:
Температура воды на входе tвхвода=150С
Температура воды на выходе tвыхвода=350С
Ср(вода)=4178,24 Дж/(кг·К)
Количество воды,необходимое для съёма тепла равно:
Определим поверхность теплообмена, обеспечивающую отвод тепла.
125 120
35 15
Найдём среднюю разность температур:
0С
0С
Отношение следовательно, можно принять среднюю арифметическую разность температур 0С
Исходя из условий теплообмена примем ориентировочный коэффициент теплопередачи К=120 Вт/(м2·0С)
Тогда поверхность теплообмена равна:
(3600 число секунд в одном часу для перевода кДж в кВт).
6. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОЛОННЫ
6.1. Расчёт общей высоты колонны.
Согласно заводским данным диаметр колонны равен 2,2 м.
Определим общую высоту колонны по формуле [18]:
Высоту от верхнего днища до первой ситчатой тарелки принимают конструктивно равной ½ диаметра, т.е. 1,10 м. Высоты определяютисходяизчислатарелок в этой части колонны и расстояния между ними. Согласно технологическому регламенту, расстояние между тарелками равно 0,5 м. Тогда:
Высоту берём из расчёта расстояния между четырьмя тарелками, следовательно:
Высоту принимаем равной 2 м. Высоту определяем исходя из запаса остатка на 10 минут. Объём реакционной массы внизу колонны:
Площадь поперечного сечения колонны:
Отсюда следует, что:
Высоту опоры колонны принимаем исходя их практических данных равной 4 м.
В результате общая высота колонны составляет:
Согласно выполненным расчётам принимаем к эксплуатации вертикальный цилиндрический аппарат. Количество ситчатых тарелок-4 шт, диаметр – 2200 мм,высота цилиндрической части – 14040 мм
Опираясь на данные технологического регламента и спецификации на оборудование, можно однозначно сказать, что имеющегося на производстве оборудования хватит с запасом для обеспечения заданной производительности.
6.2. Расчёт штуцеров колонны
В общем виде формула для расчёта диаметра штуцерных соединений имеет следующий вид:
– объёмный расход потока, м3/с; - скорость потока, м/с.
Для расчёта диаметра штуцеров необходимо задаться объёмными скоростями, которые принимают исходя из агрегатного состояния и давления потока в трубопроводах [14].
Тогда диаметр штуцера для ввода шихты сырья составит:
Принимаем по ГОСТ 12830-67 = 125 мм.
Расчётная допустимая скорость потока сырья составит:
Для воздуха:
Принимаем по ГОСТ 12830-67 = 550 мм.
Расчётная допустимая скорость потока воздуха составит:
Для ввода охлаждающей воды:
Принимаем по ГОСТ 12830-67 = 200 мм.
Расчётная допустимая скорость потока воды составит:
Для вывода оксидата:
Принимаем по ГОСТ 12830-67 = 150 мм.
Расчётная допустимая скорость потока оксидата составит:
6.3. Расчёт толщины обечайки корпуса.
Колонна окисления выполнена из сталиО8Х18Н10Ти работает под давлением 3 ата (3 кгс/см2).
Нормативно-допускаемое напряжение для стали этой марки кгс/см2; допускаемое напряжение кгс/см2.
Толщина обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывается по формуле:
P – расчётное давление, кгс/см2; D – диаметр аппарата, см; – коэффициент прочности сварного шва, ; – допускаемое напряжение, кгс/см2.
Расчётное значение толщины стенки:
Окончательно значение толщины обечайки рассчитывается с учётом прибавок:
C – прибавка на коррозию, см; - технологическая прибавка на разрушающее действие среды, см.
Принимаем толщину обечайки 2 см (0,02 м).
Формула для применима при условии, что .
Из этого следует, что условие применимости уравнения выполняется и толщина обечайки рассчитана верно.
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
6.4. Расчёт толщины стенки днища.
Форма днища может быть эллиптической, сферической, конической и плоской. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Определение номинальной расчетной толщины стенки эллиптического днища, исходя из прочности, рекомендуется производить по формулам в зависимости от заранее известных определяющих параметров (σд, p (расчетного давления), φ (коэф-та ослабления днища), Dв).
Для расчёта толщины днища справедливы те же формулы, что и для расчёта толщины обечайки корпуса колонны:
P – расчётное давление, кгс/см2; D – диаметр аппарата, см; – коэффициент прочности сварного шва, ; – допускаемое напряжение, кгс/см2.
Принимаем толщину стенки днища равной 2 см. Проверим соблюдение условий применимости формулы для расчёта эллиптических днищ:
Условие выполняется, следовательно, формула для расчёта толщины днища выбрана верно.
6.5. Расчёт опор колонны.
Примем максимальный вес аппарата равным 60000 кг/с (0,6MH), число лап n=4, конструкцию лап – двухреберную, вылет лапы м. Высота лапы м.
Толщину ребра определим по формуле [17]:
– максимальный вес аппарата, MH; – число лап (не менее двух); – число рёбер в одной лапе (одно или два); – допускаемое напряжение на сжатие (можно принять 100 MH/м2); - вылет опоры, м; – коэффициент, который сначала принимается равным 0,6, а затем рассчитывается [17].
Отношение По графику уточняем значение Поскольку он принимает близкое к принятому значение, пересчёт толщин ребра не требуется.
Общая длина сварного шва:
Прочность сварного шва проверим по формуле:
– общая длина сварных швов, м; – катет сварного шва, м (=0,008 м); - допускаемое напряжение материала шва на срез, МН/м2).
Таким образом, можно сделать вывод, что условие выполняется и прочность швов обеспечена.
7.РАСЧЁТ И ПОДБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
7.1. Расчёт насоса № 61 для подачи окислительной шихты, которая проходит подогреватели № 5а в отд.101.
Для всасывающего и нагнетательного трубопроводов примем одинаковую скорость течения окислительной шихты, равную 0,8 м/с. Зададимся длиной линии всасывания 20 м, длину линии нагнетания примем равной 50 м. Примем геометрическую высоту подъёма окислительной шихтыHг равной 35 м.
Рассчитаем объемный расход перекачиваемой жидкости:
Тогда диаметр трубопровода находим по формуле:
Определим потери на трение и местные сопротивления.Находим критерий Рейнольдса:
– скорость течения потока, м/с; - диаметр трубопровода, м; - плотность потока, кг/м3; – динамическая вязкость среды, Н.
Для окислительной шихты динамическая вязкость составляет 0,000281 Н, тогда:
Из этого следует, что режим течения в трубопроводе – турбулентный.
В турбулентном потоке различают три зоны, для которых коэффициент λ рассчитывают по разным формулам.
Абсолютную шероховатость труб примем м. Тогда относительная шероховатость труб составит:
далее получим:
Т.к. в трубопроводе смешанное трение и расчёт коэффициента трения будем производить по формуле:
Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:
Потерянный напор на линии всасывания:
- коэффициент трения; – соответственно длина и диаметр трубопровода, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений; – скорость потока, м/с.
Тогда потери на линии всасывания составят:
Рассчитаем потери напора на линии нагнетания.
Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
1.Выход из трубы ζ1=1
2. Прямоточные вентили: для d=0,150 м ξ=0,42; для d=0,200 м ξ=0,36. Интерполяцией находим, что для d=0,165ξ=0,407
3. Плавный отвод круглого сечения: ζ=А·В ; коэффициент А зависит от угла φ, на который изменяется направление потока в отводе; примем φ = 90°, значит А=1. Коэффициент В зависит от отношения радиуса поворота трубы R0 к внутреннему диаметру трубы d; примем R0/ d=6, тогда В=0,09.
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:
Потерянный напор на линии нагнетания:
Общие потери напора:
.
Начальное давление подачи сырья P1 - атмосферное (101325 Па), рабочее давление в колонне P2 = 6 ата или 588399 Па. Рассчитаем напор насоса по формуле:
Полезную мощность насоса определим по формуле:
– подача (расход), м3/с; – напор насоса, м; - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3.
Принимая КПД передачи и КПД насоса (для центробежного насоса средней производительности рассчитаем мощность на валу двигателя:
Заданным напору и подаче соответствуют 2 насоса марки2ЦГ 100/80-К-37-5-У5 , установленные на производстве, для которых в оптимальных условиях работы производительность составляет 100 м3/ч и мощностью 37 кВт. Число оборотов 3000 об/мин.
7.2. Расчёт теплообменного аппарата.
Произведём расчёт теплообменного аппарата, предназначенного для отвода тепла, выделяющегося в ходе процесса окисления в колонне.
Изначально примем к установке теплообменник согласно ГОСТу 15118-79 [12] и проверим, возможно ли его использование для нормального поддержания технологического режима.
Таблица 8
|
Длина труб |
6 |
м |
|
Поверхность теплообмена |
219 |
|
|
Число ходов z |
1 |
|
|
Диаметркожуха |
800 |
мм |
|
Диаметр труб |
25x2 |
мм |
|
Число труб n |
465 |
Исходя из материального баланса, массовый приход шихты составляет 46461,03 кг/час. Удельная теплоёмкость шихты составляет 260,81 Дж/кг·К, начальная температура - 125, конечная - 122. Плотность шихты , динамическая вязкость , теплопроводность .
В качестве хладагента используется вода с температурой . Физико-химические свойства воды: плотность воды , динамическая вязкость , теплопроводность Вт/моль·К.
Тепловая нагрузка аппарата составляет Вт, расход охлаждающей воды 0,029 м/с.
Произведём уточненный расчёт коэффициента теплопередачи.
где и - коэффициенты теплоотдачи шихты и воды соответственно, Вт/(м*К);
- сумма температурных сопротивлений, Вт/(*К).
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для трубного пространства .
В трубное пространство подаётся шихта =46461,03 кг/час = 12,91кг/сек.
Плотность шихты =754,30кг/.
Объёмная скорость шихты равна
,
Внутренний диаметр трубы равен .
Линейная скорость , м/с, находится по формуле
,
где G – объёмная скорость подачи, сек; d – внутренний диаметр трубы, м; n – число труб в теплообменнике; z – число ходов в теплообменнике.
Следовательно, линейная скорость шихты
.
Динамическая вязкость сырья0,000135 Па*с.
Критерий Рейнольдса
,
где w – линейная скорость, м/с; d – внутренний диаметр трубы, м;- плотность шихты, ;
динамическая вязкость, Па*с;
, т.е. режим турбулентный.
Для турбулентного режима критерий Нуссельта рассчитывается по формуле
,
где
, где - удельная теплоёмкость шихты=260,81 Дж/(кг К); - удельная теплопроводность шихты=0,121 Вт/(м К), - динамическая вязкость шихты =0,000135 Пас.
.
Критерий Нуссельта:
Коэффициент теплоотдачи:
,
где - коэффициент теплоотдачи, В/(м К); - критерий Нуссельта; - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); - внутренний диаметр трубы, м;
Коэффициент теплоотдачи окисляемой шихты:
.
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для межтрубного пространства .
В межтрубное пространство реактора подается вода.
Объёмный расход воды найдем по формуле:
Рассчитаем площадь межтрубного пространства:
Эквивалентный диаметр находим по формуле:
Определим скорость воды в межтрубном пространстве:
Критерий Рейнольдса для воды:
, т.е. режим турбулентный.
Для турбулентного режима критерий Нуссельта рассчитывается по формуле
,
где
, где - удельная теплоёмкость воды=4181,1 Дж/(кг К);
- удельная теплопроводность воды=0,58 Вт/(м·К), - динамическая вязкость воды =0,000809Па·с.
.
Критерий Нуссельта:
Коэффициент теплоотдачи воды:
.
Термические сопротивления по справочным данным составляют:
теплопроводность стали =47 Вт/(м К);
толщина стенки =0,002м;
тепловое сопротивление для воды
Таким образом ,
Коэффициент теплопередачи по формуле:
.
Тогда расчётная поверхность теплообмена по формуле:
м.
Запас составит .
Вывод: выбранный теплообменный аппарат подходит для нормального поддержания технологического режима с запасом поверхности равной 9,94%.
7.3. Расчёт ёмкости сбора абгазов.
Рассчитаем объём сборника,предназначенного для приема конденсата абгазов окисления после аппаратов № 61-6, 71-6, а также с узла очистки абгазов.
Примем время заполнения ёмкости равным 0,5 часа и установим коэффициент заполнения 0,8. Плотность абгазовсоставляет 796,04 кг/м3.
Объём ёмкости рассчитывается по формуле:
Рассчитаем объем емкости:
Принимаем к установке горизонтальный, цилиндрический аппарат,установленный на производстве, объём которого равен 3,2м3.Характеристики данной ёмкости:
Диаметр – 1400 мм
Длина – 2400 мм
Рабочее давление – 4 кгс/см2
Расчётное давление – 4 кгс/см2
Рабочая температура – 20°С
Материал – Х18Н10Т
8. Нормы технологического режима
Таблица 9
|
№ п/п |
Наименование стадиипроцесса, аппараты, показатели режима |
Номер позиции прибора на схеме |
Единиаизмере-ния |
Допускаемые пределы технологических параметров |
Требуемыйкласс точности измерительных приборов ГОСТ 8401-80 |
Примечание |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Отделение 101, 102 |
||||||
|
1. 1.1 1.2. |
Приготовление окислительной шихты Содержание ГП ИПБ в окислительной шихте Среда шихты (рН) |
% вес. рН |
Не более 6,0 6,5-8,5 |
Лаборат. анализ То же |
||
|
2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. |
Окисление изопропилбензола. Окислительные колонны № 2 Температура на секциях колонн №№ 21-6:
Объемная скорость подачи воздуха Скорость подачи окислительной шихты Температура прямой химочищенной воды на линии нагнетания насоса № 70 Давление на выходе абгазов |
16/1-5 16/6,7 16/8,9 13 8 10 27 |
оС оС оС м3/час м3/час оС кгс/см2 |
Не выше 125Не выше 122 Не выше 120 Не более 3000 Не менее 6 Не более 80 3 0,2 |
0,5 0,5 0,5 1 1 |
РегулируетсяТо же -«- -«- Регистрируется То же Регулируется |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
2.6. |
Содержание О2 в абгазах окисления |
% об. |
3 – 6 |
Лаборат. анализ |
||
|
2.7. 2.8. 2.9. 2.10 |
Содержание ГП ИПБ в реакционной массе Содержание продуктов распада в реакционной массе Объемная скорость подачи окислительной шихты Температура химочищенной воды, подаваемой в решиферы секций колонн окисления |
8 10 |
% вес. % вес м3/час оС |
Не выше 30,5 Не более 8 Не менее 6 Не более 80 |
1 1 |
То же Лабораторный анализ Регистрируется То же |
9.Аналитический контроль технологического процесса
Таблица 10
|
№№ п/п |
Наименование стадий процесса, анализируемый продукт |
Место отбора пробы (место установки средства измерения, номер позиции на схеме) |
Контролируемые показатели |
Нормативные документы на методы контроля измерений (испытаний, контроля анализов) |
Норма |
Частота контроля |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Лабораторный контроль технологического процесса |
||||||
|
1 |
Стадия приготовления окислительной шихты |
|||||
|
1.1 |
Свежий изопропил-бензол из отд. 15 цеха № 7 |
Из резервуаров №№ 254-5 цеха № 7 насос № 24 |
Хроматографический состав: 1. Содержание этилбензола, % масс, не более 2. Содержание бутилбензола, % масс, не более 3. Содержание изопропилбензола, % масс, не менее 4. Содержание н-пропилбензола, % масс, не более 5. Содержание фенола |
по ТУ 38.402-62-140-92 Хроматографический То же –"– –"– Аналитический |
0,15 0,10 99,7 0,20 0,0015 |
1 раз в сутки |
|
1.2 |
Окислительная шихта |
Коллектор шихты |
1. Содержание гидроперекиси, %, не более 2. Среда шихты 3. Коэффициент преломления |
Лабораторная методика № 62 - 06 (хроматографический) Лабораторная методика № 3 - 02 (потенциометрический) Лабораторная методика № 8 - 02 (рефрактометром) |
6 6,5-8,5 не регламентируется |
1 раз в сутки То же Каждые 2 часа |
|
2 |
Стадия окисления изопропилбензола |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
2.1 |
Изопропилбензол |
Из резервуара 31 отд. 102, цеха № 8 |
Хроматографический состав: 1. Содержание этилбензола, % масс, не более 2. Содержание бутилбензола, % масс не более 3. Содержание изопропилбензола, % масс, не менее 4. Содержание н-пропилбензола, % масс, не более 5. Содержание фенола |
по ТУ 38.402-62-140-92 Хроматографический То же –"– –"– Аналитический |
0,15 0,10 99,7 0,20 0,0015 |
1 раз в сутки |
|
2.2 |
Технологический воздух |
Фильтр техн. № 1 |
Содержание масла |
Визуально |
отсутствие |
3 раза в сутки |
|
2.3 |
Реакционная масса |
1. Содержание ГП ИПБ, %, не более 2. Содержание продуктов распада, % вес, не более 3. Коэффициент преломления, не выше |
Лабораторная методика № 62 - 06 Хроматографический То же Лабораторная методика № 8 - 02 (рефрактометром) |
30,5 8 1,5000 |
1 раз в сутки 1-4 системы 1 раз в сутки 12 раз в сутки |
10. АВТОМАТИЗАЦИЯ И СИГНАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА
Регистрируется:
1. Давление (поз.2) и расход (поз.1) технологического воздуха в отделение 101.
2. Уровень в аварийной емкости № 10 (поз.20).
3. Уровень в кубе окислительной колонны № 21-6(поз.18).
4. Расход пара давления 12 кгс/см2(поз.35).
5. Температура пара давления 12 кгс/см2(поз.72).
6. Температура пара давления 5 кгс/см2(поз.73)
7. Расход окислительной шихты из отделения 102 в колонну окисления № 21-6(поз.8).
8. Уровень в емкости № 69 (поз.11).
9. Температура прямой химочищенной воды (поз.10).
10. Температура обратной химочищенной воды (поз.30).
11. Температура окислительной шихты после теплообменника № 5в(поз.3).
12. Температура абгазов(поз.29).
13. Температура окислительной шихты после подогревателей № 5а1,2(поз.7).
14. Температура технологического воздуха, подаваемого на окисление (поз.5).
15. Уровень в сборнике № 8 (поз.22).
Регистрируется и регулируется:
1. Расход технологического воздуха на систему окисления регулятором расхода (поз.13), клапан которого установлен на линии подачи воздуха в колонну окисления.
2. Температура на секциях колонны окисления регуляторами температуры (поз.161-9), клапаны которых установлены на линии подачи химочищенной воды в решиферы секций.
3. Давление в системе окисления ИПБ и на установке очистки абгазов регулятором давления (поз.27), клапан которого установлен на линии подачи абгазов в буфер-глушитель № 111.
4. Температура окислительной шихты регулятором температуры (поз.4), клапан которого установлен на линии подачи пара в теплообменник № 5б.
5. Уровень в сборнике № 8 регулятором уровня (поз.21), клапан которого установлен на линии подачи ИПБ из сборника № 8 в емкость № 21.
6. Уровень в верху колонны окисления № 21-6 регулятором уровня (поз.17), клапан которого установлен на линии подачи окислительной шихты из отделения 102 в колонну № 21-6.
7. Отбор реакционной массы из куба колонны окисления № 21-6, регулятором расхода (поз.19), клапан которого установлен на линии отбора реакционной массы.
8. Давление в коллекторе химочищенной воды на нагнетании насоса № 701,2 регулятором давления (поз.12), клапан которого установлен на линии сброса химочищенной воды с нагнетания насоса № 701,2 на всас.
10. Давление пара Р = 5 кгс/см2 в коллекторе регулятором давления (поз.9), клапан которого установлен на коллекторе 5 атм.пара.
11. Давление воздуха КИП Р=1,2 кгс/см2 в операторную регулятором давления (поз.33), клапан которого установлен на линии подачи воздуха КИП в операторную.
12. Давление воздуха КИП Р=1,2 кгс/см2 на наружную установку регулятором давления (поз.34), клапан которого установлен на линии подачи воздуха КИП на наружную установку.
Блокировки:
1. При завышении температуры по секциям колонн окисления № 21-6 возможен процесс распада гидроперекиси ИПБ с взрывом. Для предотвращения завышения температуры в колонне окисления предусмотрена блокировка: прекращается подача технологического воздуха на систему (закрывается отсечной клапан на линии подачи технологического воздуха).
2. В случае остановки насоса № 701,2 и снижения давления в коллекторе химочищенной воды менее 2,5 кгс/см2 предусмотрено автоматическое переключение на подачу промышленной воды в решиферы секций колонн окисления для съема тепла реакции. Отсечные клапаны на линии подачи химочищенной воды с решиферов секций колонн окисления в холодильник № 72 (поз.12б) и на линии подачи промышленной воды в холодильник № 72 (поз.12а) закрываются, отсечные клапаны на линии подачи промышленной воды (поз.12в) и на линии подачи обратной воды (поз.12г) с колонн окисления открываются.
Предусмотрена световая, звуковая сигнализации и блокировка следующих параметров.
Таблица 11
|
Параметры |
Шкала прибора |
Блокировка |
Сигнализация |
|||
|
Разреш. |
Предупр. |
Откл. |
Мин. |
Макс. |
||
|
1.Температура по секциям колонн окисления № 2 (1-6) 1-5 секции 6,7 секции 8,9 секции 2.Уровень в Е-69,% 3.Давление в колле кторехимочищенной воды, кгс/см2 |
0-150оС 0-150оС 0-150оС 0-100 % 0-6 кгс/см2 |
- - - - - |
- - - - - |
- - - - - |
126оС 123оС 121оС - 2,5 |
126оС 123оС 121оС 90 - |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения представленной работы был рассмотрен литературный обзор процесса окисления изопропилбензола, подробно представлено описание схемы технологического процесса и проведен системный анализ установки окисления изопропилбензола.
В результате выполнения технологических расчётов и сопоставления их результатов с регламентскими данными, можно сделать вывод о том, что установленного на действующем производстве оборудования хватит с запасом для проведения процесса в условиях повышения производительности.
Библиографический список
1.Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для ВУЗов.4-е изд., - М. Химия,1988-592 с.
2.Б.Д.Кружалов, Б.И.Голованенко. Совместное получение фенола и ацетона. М.,Госхимиздат,1963 г.
3.А.И. Динцесан, Л.А. Потоловского. Основы технологии нефтехимического синтеза под редакцией. Гостоптехиздат, 1960.
4.Справочник нефтехимика/ Под ред. С.К.Огородникова. В 2-х т.: Химия,1978-496 с.
5.Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. М.:Химия,1985-599 с.
6. Варгафтик Н.Б. Справочник по физическим свойствам газов и жидкостей.- М.: Физматгиз, 1963, 150 с.
7. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с.
8. Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов/ Под ред. В.М. Татевского. М.: Гос. науч.-техн. изд-во нефтяной и горно-топливной лит., 1960. 412 с.
9. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справ.пособ. Л.:Химия, 1982. 592с.
10. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2 кн. Часть 2. Масообменные процессы и аппараты. М.:Химия, 1995. - 368 с .: ил.
11. Глазко И.Л. Основы проектирования оборудования предприятий органического синтеза: учеб. пособ./ И.Л. Глазко, О.П. Гурьянова, Ю.А. Дружинина, С.В. Леванова. – Самара. Самар. гос. техн. ун-т, 2008. – 144 с.: ил.
12. Касаткин А.Г. Основные процесы и аппараты химической технологии. М.:"Химия",1974. - 780 с.
13.Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. - Л. Машиностроение, 1981. -382 с.
14. Воденкова Н.Н. Дипломное проектирование: подготовка, оформление и защита: учеб. пособ. Ч.1./. Е.Л. Красных, С.В. Леванова, А.С. Леолько, А.Б. Соколов. – Самара. Самар. гос. техн. ун-т., 2007. – 137 с
15. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл.- корр. АН России П.Г. Романкова.- 12-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987 г. М.: ООО ТИД «Альянс»,2005.-576 с.