СодержаниеРЕФЕРАТ
Дипломный проект состоит из 186 страниц, 36 таблиц, 2 рисунка, 19 источников и 8 листов графического материала.
Тема дипломного проекта: ?Проект производства формалина?.
Цель проекта: довести мощность одной технической нитки до 126666 тонн/год и выполнить необходимые расчеты основного оборудования.
В дипломном проекте произведены: материальный, тепловой, технологический, механический, гидравлический расчеты при изменении производительности на основе существующих мощностей.
Рассмотрены вопросы выбора технологической схемы, безопасности и экологичности проекта, охраны окружающей среды, организации и экономики производства.
Итог дипломной работы: имеющееся оборудование справиться с новой нагрузкой и не требует замены. С увеличением мощности производства, себестоимость единицы продукции формалина снизилась, что привело к увеличению прибыльности производства.
Дипломная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2000.
Conclusion
The degree work includes 188 pages, 36 tables, 2 illustrations, 19 sources, 8 sheets of graphic material.
The topic of the degree work: ?The Project of formalin production?.
The target of the project is to lead the power of one technological thread up to 126666 ton a year and to make all necessary calculations of the basic equipment. In the project were made material, thermal, technological, mechanical, hydraulic calculations by the changed productivity on the basic of the existing powers.
Thee were also considered questions of technological scheme choice, safety, ecological compatibility of surroundings, civil defense, organization and economy of the production.
The conclusion of the degree work: the equipment will manage the load needs no replacement. The increase of the production power results into culling of production cost of one formalin item, which leads to the rise in production profitability.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение............................8
1 Технико-экономический уровень и обоснование основных
технических решений........................10
2 Характеристика производимой продукции...............17
2.1 Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов...19
3 Физико-химические основы технологического процесса.........20
4 Выбор и обоснование технологического процесса...........26
5 Описание технологического процесса и схемы...........27
5.1 Получение метаноло-воздушной смеси.............27
5.2 Синтез формальдегида....................28
5.3 Получение формалина-?сырца?.................30
5.4 Ректификация формалина-?сырца?................33
6 Материальный баланс.............................36
7 Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, материалов
и энергоресурсов..........................38
8 Ежегодные нормы образования отходов производства..........39
9 Нормы технологического режима..................40
10 Контроль производства и управление технологическим процессом..45
10.1 Технологический контроль...................45
10.2 Аналитический контроль....................58
11 Компоновка оборудования...................62
11.1 Характеристика производственных помещений.........64
12 Безопасность и экологичность проэкта производства формалина...67
12.1 Производственная санитария...................68
12.2 Техника безопасности......................81
13 Охрана окружающей среды.....................94
13.1 Охрана атмосферного воздуха..................94
13.2 Очистка сточных вод....................96
13.3 Твердые отходы.......................97
14 Защита человека в чрезвычайных ситуациях.............98
14.1 Производственные аварии......................98
14.2 Стихийные бедствия.....................101
15 Организация и экономика производства.............103
16 Материальный расчет...............................................118
16.1 Материальный баланс стадии ректификации...........120
16.2 Материальный баланс стадии абсорбции.............122
16.3 Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения...123
17 Тепловой расчет........................129
18 Технологический расчет основного аппарата...........136
18.1 Технологический расчет реактора................136
18.2 Технологический расчет подконтактного холодильника.....144
19 Гидравлический расчет.....................152
20 Механический расчет.....................155
20.1 Обоснование конструкции основного аппарата..........155
20.2 Выбор материала основных элементов аппарата...........156
20.3 Расчет диаметра патрубков...................158
20.4 Расчет толщины стенок обечайки и днища...........160
20.5 Расчет толщины днища подконтактного холодильника........162
20.6 Расчет укрепления отверстий..................163
20.7 Расчет крышки аппарата...................164
20.8 Расчет трубной решетки подконтактного холодильника.....165
20.9 Расчет тепловой изоляции....................166
20.10 Расчет компенсатора подконтактного холодильника........167
20.11 Расчет опорных лап.....................168
21. Подбор вспомогательного оборудования...............172
Заключение.............................182
Список используемой литературы..................183
Спецификация...........................185ВведениеВВЕДЕНИЕ
Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее время, формальдегиду, принадлежит особая роль.
Формальдегид - весьма активное химическое соединение, легко вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса новых соединений, многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного органического синтеза.
Формальдегид используется в промышленности в качестве сырья для производства синтетических смол, пластических масс, новых органических красителей, поверхностно-активных веществ, лаков, лекарственных препаратов и взрывчатых веществ. В сельском хозяйстве для протравления семян, в кожевенной промышленности для дубления кожи, в медицине как антисептическое средство и в животноводстве. Круг применения формальдегида растет из года в год. В связи с этим растет и его производство.
В настоящее время основным потребителем формальдегида является промышленность синтетических смол: производство фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных смол; смол, модифицированных путем обработки формальдегидом; малорастворимых лаков, покрытий, клеев, слоистых пластиков.
Наибольшее распространение получил продукт, содержащий 35 - 37 % формальдегида и 6 - 11 % метанола, называемый формалином. Рецептура формалина сформировалась исторически, под влиянием следующих факторов. Во-первых, метанол и вода сопутствуют формальдегиду на стадии его получения наиболее употребительным методом (метанол - сырье, вода - побочный продукт и абсорбент). Во-вторых, раствор указанного состава при положительных температурах вполне стабилен к выпадению полимера и может храниться или транспортироваться в течении неопределенно долгого времени. В - третьих, в виде водно-метанольного раствора формальдегид может применяться в большинстве производственных синтезов, а также при непосредственном использовании. и, наконец, в-четвертых, именно формалин получается при окислительной конверсии метанола в присутствии металлических катализаторов на сади абсорбции контактного газа; никаких дополнительных операций по приданию продукту товарных свойств (концентрирование, очистка и т. д.), как правило, не требуется.
В городе Томске на базе Томского нефтехимического комбината существует действующее производство формалина ("Завод формалина и карбосмол") мощностью 120 тысяч тонн в год.
Основная цель проекта заключается в определении возможности расширения этого производства на примере установки синтеза формальдегида. Важным моментом является установление возможности обеспечения новой, повышенной производительности уже действующим оборудованием. Также необходимо рассмотреть вопросы, касающиеся технологического контроля, охраны труда и экологии в изменившихся условиях эксплуатации.
1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
1.1 Обоснование выбора метода производства
Формальдегид получают из метанола, диметилового эфира, природного и попутных газов (газа коксохимического производства и нефтепереработки). Промышленно освоенные способы получения формальдегида:
1) Каталитическое окисление метанола на металлических катализаторах.
2) Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах.
3) Окисление природного газа и низших парафинов.
В первом случае катализатором чаще всего является серебро (можно использовать золото или платину), с целью экономии метанола серебро равномерно наносят на инертный носитель, например на пемзу. Сущность метода состоит в парофазном окислении гидрировании метанола кислородом воздуха в адиабатическом реакторе с последующим поглощением продуктов реакции водой. В процессе подается метаноло-воздушная смесь состава выше верхнего предела взрываемости (36,4% - объемные доли) и с недостатками кислорода по химическому уравнению окисления метанола в формальдегид, т.к. катализатор - окислительно-дегидрирующийся:
СН3ОН + ?О2 ? СН2О + Н2О + Q (147,4кДж/моль); (1.1)
СН3ОН ? СН2О + Н2 - Q (93,4 кДж/моль); (1.2)
Н2 + ?О2 ? Н2О + Q (241,8 кДж/моль). (1.3)
Вместе с тем протекают побочные реакции, что снижает выход формальдегида и повышает расход метанола. Выход формальдегида достигает 80 - 85%, при степени конверсии метанола 85 - 90%. Так как окислительное дегидрирование проводят при недостатке кислорода, процесс глубокого окисления, не получает значительного развития. В то же время само дегидрирование, инициируемое кислородом, протекает быстрее, поэтому процент побочных реакций не велик. Этим способом можно получить формалин двух марок: ФМ - 37% с содержанием метанола до 10% и ФБМ - 50% с содержанием метанола менее 1%. Транспортировке и хранению подлежит формалин марки ФМ, т.к. метанол стабилизирует его.
Во втором способе катализатором является смесь оксидов железа и молибдена. Окисление метанола на оксидных катализаторах протекает по окислительно - восстановительному механизму:
СН3ОН + 2МоО3 ? СН2О + Н2О + Мо2О5 (1.4)
Мо2О5 + ?О2 ? 2МоО3 (1.5)
Процесс осуществляется в избытке воздуха при (350 - 430)оС и обычном давлении, иначе под действием метанола и формальдегида катализатор быстро восстанавливается. Реакция протекает при соотношении метанола и воздуха ниже предела взрываемости (7 - 8% - объемные доли).
Процесс отличается высокой степенью конверсии метанола - 99%, а так же сильной экзотермичностью, что заставляет использовать трубчатые реакторы с охлаждением. Этот способ позволяет получать формалин - 37% с содержанием метанола не выше 0,5%. Применение технологий с оксидным катализатором заслуживает некоторого предпочтения, когда требуемая производительность не выше 8 - 10 тыс. т./год.
Третий способ. С точки зрения доступности и дешевизны сырья, а также простоты технологии (получение формальдегида прямым окислением природного газа, состоящим в основном из метанола, кислородом воздуха) заслуживает предпочтения перед сравнительно сложными и много ступенчатыми синтезом через метанол (по схеме):
природный газ ? синтез газ ? метанол ? формалин
Однако на практике возникает ряд трудностей, которые связаны с недостаточной устойчивостью формальдегида в условиях реакции. Окисление метанола происходит при 600оС, в то же время термическое разложение формальдегида наблюдается уже при 400оС. Выход формальдегида не превышает 3% при селективности 10 - 25%. Поэтому рассмотренный метод занимает весьма скромное место в балансе производства формалина и только в перспективе используется новые технологические приемы окисления (с учетом возрастания дефицитности метанола и сравнительной доступности природного газа).
Поэтому в выборе метода производства формалина заслуживают внимания первые два способа. Рассмотрим их в сравнении и выберем для себя нужный.
Сравнительная характеристика методов производства формалина в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Сравнительная характеристика методов производства формалина
Метод Преимущества Недостатки
1. Окисление на серебряном катализаторе а) практически нет ограничений по единичной мощности установки
б) простота конструкции реактора
в) низкая метало - и энергоемкость
г) высокая производительность а) высокий расходный коэффициент по сырью
б) дорогостоящий катали-
затор
в) наличие в формалине метанола до 5 - 10%
2. Окисление на оксидном катализаторе а) низкий расходный коэффициент по сырью
б) наличие метанола в
формалине не более 0,6 - 1,0% и наличие НСООН не выше 0,02% а) повышенный расход энергии и воздуха
б) ограничение
единичной мощности установки
в) сложность в эксплуатации и ремонте
г) повышенная металлоемкость
Сравнивая экономические и производственные затраты, а также объем продукции (нам необходимо не менее 300 - 380 тыс.т./год) для нужд формалинопотребляющего производства - карбамидных смол (объем - 200 тыс.т./год) выбираем метод производства по окислительному дегидрированию метанола на серебряном катализаторе.
1.2 Выбор катализатора и его характеристикаЛитератураСПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Огородников С.К. Формальдегид. - Л: Химия, 1984. - 280 с.
2 Технологический регламент производства формалина ?Завода формалина и карбосмол? Томского Нефтехимического комбината.
3 Лебедев Н.Н. Химия и технология основного и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. - М: Химия, 1981. - 608 с.
4 Охрана труда в химической промышленности. Под ред. Г.В. Макарова. М: Химия, 1989. - 476 с.
5 Криницына З. В. Менеджмент. Томск ТПУ, 2002. - 54 с.
6 Иванов Г.Н., Ляпков А.А., Бочкарев В.В. Учебное пособие - Томск: изд. ТПУ - 2002. - 113 с.
7 Гутник С.П. Расчеты по технологии органического синтеза. М: Химия, 1988. - 272 с.
8 Справочник нефтехимика. Под ред. С.К. Огородникова - Л: Химия, 1978. Т.2. - 592 с.
9 Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. Под ред. Ю.И. Дытнерского М: Химия 1991. - 496 с.
10 Павлов. К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л: Химия, 1987. - 576 с.
11 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. - Л: Машиностроение, 1970. - 752 с.
12 Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. - М: Энергия, 1969. - 264 с.
13 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М: Наука, 1972. - 653 с.
14 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. - Л: Химия, 1991. - 352 с.
15 Основы проектирования. Под ред. Лащинского А.А. - М: Химия, 1971. - 466 с.
16 Бочкарев В.В., Ляпков А.А. Основы проектирования предприятий органического синтеза. Методические указания к выполнению дипломного проекта. - Томск: ТПУ, 2002. - 52 с.
17 Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. М: Машиностроение, 1980. Т.3. - 557 с.
18 Викторов М.М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчеты: Л: Химия, 1977. - 360с.
|
|
