Проектирование производства по получению карбинола (метанола)

АННОТАЦИЯ

Том 1, с. , табл. ,  рис. ,  библиографических ссылок ,  приложение .

Карбинол, синтез, реактор, катализатор, синтез-газ.

В данном дипломном проекте разработано производство карбинола-сырца на основе синтез-газа производительностью 150000 тонн в год. Изложены теоретические основы получения карбинола. Приведены расчеты материального и теплового балансов. Выполнены механические и технологические расчеты, разработана схема КИПиА.

Разработан раздел "Безопасность жизнедеятельности", рассмотрены вопросы гражданской обороны.

По итогам разработки экономической части проекта себестоимость карбинола-сырца годового выпуска составляет    759000,0 тыс.руб.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 .ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАДОВ ПРОИЗВОДСТВА КАРБИНОЛА

1.1.   Трехфазный синтез карбинола

1.2.   Синтез карбинола непосредственным окислением природного газа

1.3.   Жидкофазное окисление попутных газов

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО МЕТОДА  ПРОИЗВОДСТВА И РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА

3. ЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1.Физико-химические основы процесса

3.1.1.Требования, предъявляемые к свежему газу

3.1.2.Температура процесса

3.2.Характеристика сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов

3.3.Характеристика производимой продукции

3.4.Описание технологической схемы производства
3.4.1. Нормы технологического режима

3.5.Материальный баланс производства

4. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1. Тепловой расчет

4.1.1.Теплота, поступающая с исходной реакционной смесью и теплота,
уносимая продуктами реакций

4.1.2.Теплота химического превращения

4.1.3.Потери тепла в окружающую среду

4.1.4.Тепло, поступающее в реактор с электрообогревом

4.2.Механический расчет реактора

4.2.1.Расчет обечайки

4.2.2.Расчет днища и крышки реактора

4.2.3.Расчет опорной конструкции

4.2.4.Расчет штуцеров реактора и подбор фланцев к ним

4.3. Технологические    и    конструктивно    -    механические    расчеты
вспомогательного оборудования

     4.3.1.  Расчет теплообменника

     4.3.2.  Расчет аппарата воздушного охлаждения

     4.3.3.  Расчет и подбор ёмкостей

     4.4.4.  Подбор насосно – компрессорного оборудования

5. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

5.1.    Основные исходные данные

5.2.Определение потребителей электроэнергии и их мощности

5.3.    Выбор рода тока и напряжения питания

5.4.   Выбор типа электродвигателей и других силовых потребителей

5.5.   Расчет установленной мощности освещения

5.6.   Определение электрической нагрузки

5.7.   Выбор схемы передачи и распределения электроэнергии

6.    АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА

7.    КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

7.1.    Описание схемы автоматизации

7.2.    Описание САР температуры подачи синтез-газа "холодного" байпаса

7.3.    Спецификация на приборы и средства автоматизации

8. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

8.1.    Характеристика потенциальных опасностей  и вредностей,  которые
могут возникнуть при реализации разрабатываемого проекта

8.2.    Токсичные   и   взрывопожароопасные  характеристики   используемых
веществ

8.3.   Классификация и категорирование производства

8.4.   Санитарно-гигиеническая характеристика производства

8.5. Безопасность     технологического     процесса     и     оборудования.
Электробезопасность

8.6.    Пожарная безопасность

8.7.    Защита окружающей среды

8.8.Предупреждение чрезвычайных ситуаций

8.9.Расчетно – аналитическая часть. Токсичность и взрывоопасность вещества (материала)

8.9.1. Элемент паспорта безопасности карбинола

8.10. Гражданская оборона

9. СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

9.1. Выбор места строительства

9.2. Материалы и тип основных конструкций зданий

9.3. Краткая характеристика цеха

9.4. Отопление, водопровод, канализация

10. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

10.1. Технико-экономический расчет

10.1.1.   Определение производственной мощности цеха

10.1.2.   Определение стоимости строительства зданий

10.1.3.  Определение стоимости оборудования

10.2. Вопросы труда и заработной платы

10.2.1.    Расчет численности рабочих

10.3. Расчёт фонда оплаты труда рабочих

10.4. Штаты и фонда оплаты труда цехового персонала

10.5.                Расчет себестоимости продукции

10.5.1.   Определение затрат на сырье, материалы, топливо и энергию

10.5.2.    Расчет амортизационных отчислений от стоимости основных
производственных фондов цеха

10.5.3.Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

10.5.4.   Смета цеховых расходов

10.5.5.   Проектная калькуляция себестоимости

10.6.      Расчёт технико – экономических показателей цеха

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Карбинол (метиловый спирт) является одним из важнейших по значению и масштабам производства органическим продуктом, выпускаемым химической промышленностью. Карбинол выпускаемый в нашей стране применяется повсеместно, расходуется не только на внутреннем рынке, но и идет на экспорт в страны ближнего и дальнего зарубежья: Китай, Тайвань, Словакию, Венгрию, Финляндию, Украину, Белоруссию, Эстонию.

Бурный рост производства карбинола обусловлен постоянно возрастающим многообразием сфер его применения. Карбинонол является сырьем для получения таких продуктов, как формальдегид (около 50% от всего выпускаемого карбинола), синтетический каучук (11%), метиламин (9%), а также диметилтерефталат, метилматакрилат, пентаэритрит, уротропин. Его используют в производстве фотопленки, аминов, поливинилхлоридных, карбамидных и ионообменных смол, красителей и полуфабрикатов, в качестве растворителей в лакокрасочной промышленности. В большом количестве карбинол потребляют для получения различных химикатов, например хлорофоса, карбофоса, хлористого и бромистого метила и различных ацеталей.

Значение карбинола как сырья для производства множества важных органических продуктов велико. Несмотря на достигнутые успехи, производство карбинола продолжает совершенствоваться. Разрабатываются более активные и селективные катализаторы, методы получения и подготовки исходного технологического газа, аппаратурное оформление процесса, более полное использование тепла, выделяющегося при синтезе. Все это и многое другое приводит к увеличению производительности карбинола в десятки, а то и согни раз. И как следствие, требуется

1. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА КАРБИНОЛА

Впервые карбинол был найден в древесном спирте в 1661 г., но лишь в 1834 году был выделен из продуктов сухой перегонки древесины Думасом и Пелиготом. В это же время была установлена его химическая формула.

«Лесохимический метиловый спирт» загрязнен ацетоном и другими трудноотделимыми примесями. В настоящее время этот метод получения карбинонола практически не имеет промышленного значения по причинам технического и главным образом экономического характера [1].

Другие способы получения метилового спирта могут быть различны: термическое разложение формиатов, гидрирование метилформиата, омыление метилхлорида, каталитическое неполное окисление метана, каталитическое гидрирование оксида углерода (П) и оксида углерода (IV).

В 1913 г. был разработан синтетический способ получения карбинола из оксида углерода (II) и водорода на цинк-хромовом катализаторе при давлении 25-30 МПа. Позднее, в 1923 году этот процесс был осуществлен в Германии в промышленном масштабе.

История развития отечественного промышленного синтеза карбинола началась в 1934 году выпуском 30 т/сут карбинола на двух небольших агрегатах Новомосковского химического комбината. Сырьем служил водяной пар, получаемый газификацией угля [1].

Время идет, развитие науки и техники не стоит на месте, а значит, и технология промышленного синтеза карбинола непрерывно совершенствуется.

1.1. Трехфазный синтез карбинола

В 70-х годах фирмой Chemical Systems,inc. (США) разработан процесс синтеза карбинола в трехфазной системе. Сущность процесса заключается в том, что взаимодействие оксидов углерода и водорода осуществляется в реакторе с использованием измельченного катализатора, псевдоожиженного в циркуляционном потоке жидкого инертного углеводорода, т.е. синтез проводится в системе «газ-катализатор- инертная жидкость». Жидкая фаза способствует равномерному распределению газового потока по сечению реактора, организации профиля температуры по высоте реактора, близкого к изотермическому, и эффективному использованию тепла реакции [2].

Трехфазный синтез характеризуется рядом преимуществ: простота конструкции реактора, достаточно равномерное распределение жидкости и газа по площади поперечного сечения реактора, возможность ввода и вывода из системы катализатора без ее остановки, сравнительно низкая осевая диффузия газа и эффективное использование тепла реакции с получением пара.

Разработанный процесс предназначается в основном для производства карбинола для энергетических целей с использованием синтез - газа, полученного газификацией угля [2].

1.2. Синтез карбинола непосредственным окислением природного газа

В качестве одного из новых направлений получения карбинола представляется перспективной прямая одностадийная переработка природного газа методом неполного окисления его до карбинола. Однако попытки исследователей по реализации этого синтеза сталкивались со значительными трудностями: низким выходом полезных продуктов (карбинол, формальдегид) и низкой селективностью процесса.

При окислении природного газа протекают параллельные и последовательные реакции окисления карбинола, его гомологов и промежуточных продуктов реакции с образованием спиртов, альдегидов, кетонов, кислот, эфиров и воды. Получить в этом случае карбинол как товарный продукт, отвечающий требованиям качества на карбинол- ректификат, весьма сложно.

Но полученный этим способом карбинольный продукт может быть использован как ингибитор гидратообразования при транспортировании природного газа [2].

1.3. Жидкофазное окисление попутных газов

Новым методом производства карбинола является жидкофазное окисление попутных газов (пропана и бутана), где он образуется наряду с ацетальдегидом, формальдегидом и другими кислородсодержащими соединениями. Этот метод получил широкое развитие в США.

В результате окисления сжиженных газов можно получить оксидат, представляющий сложную смесь различных кислородсодержащих продуктов. В частности, из 1 тонны сырья получается примерно 85 кг карбинола, 250 формальдегида, 110 ацетальдегида. Однако трудности в создании эффективной схемы разделения оксидата препятствует широкому распространению этого метода в нашей стране. В дальнейшем строительство установок окисления углеводородного сырья будет иметь место лишь в том случае, если затраты на выделение отдельных продуктов будут ниже, чем экономия на сырье [3].

2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА И РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА

Данный дипломный проект основан на производстве карбинола из "синтез-газа" при температуре 260-280 °С и давление 4,5 МПа на медьсодержащем катализаторе.

Цех по производству карбинола-сырца будет построен на территории уже существующего химического предприятия в городе Щекино Тульской области.

Сырьем будет служить конвертированный газ термического окисления метана, получаемый на этом же предприятии, что снижает затраты на транспортную доставку сырья.

Аппаратурное оформление цеха достаточно просто и не требует большого числа капиталовложений. Это связано еще и с тем, что основная часть оборудования размещена на открытых участках, не требуются затраты на строительство зданий и его коммуникационного оформления. Открытая территория снижает взрывоопасность и скопление газов на территории, естественная вентиляция.

Данный проект модно считать безотходным, так как отработанный катализатор используется как сырье для производства цветных металлов, продувочные газы используются на этом же предприятии для производства аммиака, танковые газы сбрасываются на факел, жидких отходов нет.

Район строительства выбран поодаль от населенного пункта, что исключает гибель большого числа людей в случае аварийных ситуаций. По территории завода и вокруг него проложена асфальтовая дорога, связанная с важными транспортными шоссе; железнодорожные пути, идущие в разные стороны света.

Климатические условия не являются препятствием для размещения оборудования на открытых участках, так как:

—хорошо выполнена изоляция аппаратуры и трубопроводов;

—сезонный перепад температуры и осадки не влияют на технологию процесса;

—организованна централизованная система управления процессом.

Себестоимость карбинола-сырца, получаемого этим методом, гораздо ниже по сравнению с выше изложенными способами его получения.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1.    Физико-химические основы процесса

Синтез карбинола из оксида углерода с водородом на катализатор СНМ-1 под давлением не более 5,3 МПа и температуре не более 300°С протекает по следующим реакциям [4]:

СО   +   2Н2        СН3ОН   +   90,73 кДж          (3.1)

СО2 +   ЗН2            СН3ОН   +   Н2О   +   49,53 кДж                     (3.2)

СО2  +   Н2          СО         + Н2О    +   41,2 кДж                       (3.3)

Наряду с этими в реакторе синтеза карбинола протекают ряд побочных реакций, свойственных для синтеза карбинола на катализаторе [4]:

4СО    +   8Н2          С4Н9ОН    +   ЗН2О   +   568,60 кДж            (3.4)

2СН3ОН   (СН3)2О     +   Н2О   -    322 кДж                                  (3.5)

СН3ОН   + СО     СН3СООН    +         123,2 кДж                        (3.6)

СО        +    Н2О  НСООН    +      10,0 кДж                                (3.7)

СН3ОН   +   NH3         CH3NH2       +    Н2О    +   20,8 кДж         (3.8)

2СО        + 2Н2        СН4+   СО2      +   257 кДж                          (3.9)

Механизм реакции получения карбинола можно представить следующим образом:
К  +   СО        К ::: C = О                                            (3.10)

К ::: C = O         +    Н2         К ::: CHOH                    (3.11)

К = С НОН     +   Н2          СН3ОН  +   К                            (3.12)

Почти все реакции экзотермические, протекают с уменьшением объема, поэтому снижение давления и температуры процесса синтеза карбинола приводят к значительному уменьшению скорости побочных реакций [4].

Катализатор СНМ-1 работает стабильно только в присутствии определенного количества оксида углерода (IV), который участвует в формировании активной поверхности катализатора.

При отсутствии оксида углерода (IV) в газе, катализатор быстро теряет свою активность, которая затем полностью не восстанавливается даже при стабилизации СО2 в газе.

Объемное содержание оксида углерода (IV) в газе на выходе в реактор синтеза должна быть не менее 4,0% [4].

Активность катализатора СНМ-1 с течением времени снижается. Наиболее резкое снижение   активности   (20-30%)  наблюдается   в течение двух-трех   недель  после восстановления, что связано с формированием поверхности контакта и стабилизацией его фазового состояния.

Объемная доля инертов в циркуляционном газе после реактора в начале пробега не менее 35%, в середине пробега от 20 до 30%, а в конце пробега не менее 10-15%

Срок пробега катализатора СНМ-1 определен в один год, при средней за кампанию, производительности - 6,5т/сутки 100% карбинола с 1м3 катализатора.

При соблюдении всех правил эксплуатации (работа без перерывов с оптимальным объемным содержанием СО2 , оптимальным соотношением Н2/СО и др.) пробег катализатора может быть увеличен [4].

3.1.1. Требования, предъявляемые к свежему газу

Как и все медные катализаторы, катализатор СНМ-1 подвержен отравлению соединениями серы. Свежий газ, подаваемый на синтез карбинола, не должен содержать соединений серы более 0,2 мг/м3.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14