Области применения акрилонитрила для синтетических высокополимерных веществ, основные виды используемого сырья. Физико-химические основы процесса производства нитрила акриловой кислоты. Расчет материального и теплового баланса, параметров реактора.
Акрилонитрил используют при производстве карбоцепных синтетических волокон, причем основным волокнообразующим полимером является не полиакрилонитрил, а его сополимеры, содержащие небольшие количества (5-10%) второго мономера или двух других мономеров. Для синтеза акрилонитрила методом окислительного аммонолиза пропилена применяется 90-92%-ный пропилен, который не должен содержать сернистых соединений, отравляющих катализатор, а также метан и непредельные углеводороды (поскольку метан способствует образованию синильной кислоты, олефины образуют другие нитрилы). На разных установках выход HCN и ацетонитрила составляет соответственно 50-200 и 25-100 кг на 1 т акрилонитрила; на 1 т акрилонитрила расходуется 0,96 т пропилена. Далее из газа в абсорбере 6 водой поглощают акрилонитрил, синильную кислоту и ацетонитрил, а отходящий газ, в зависимости от состава, сбрасывают в атмосферу или дожигают в печи с получением пара. Рассчитывают массовое количество образовавшихся продуктов: Вода по реакции (1) 9383,63 кг/ч, Ацетонитрил по реакции (2) 1286,38 кг/ч, Диоксид углерода по реакции (2) 1380,51 кг/ч, Вода по реакции (2) 1694,26 кг/ч, Синильная кислота по реакции (3) 977,46 кг/ч, Диоксид углерода по реакции (3) 1592,9 кг/ч, Вода по реакции (3) 1303,29 кг/ч, Метан по реакции (3) 579,24 кг/ч.Был рассмотрен процесс получения акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена.
Введение
Акрилонитрил за последние годы приобрел большое значение как полупродукт для производства синтетических высокополимерных веществ. Сополимеризацией акрилонитрила с бутадиеном получают бутадиен-нитрильные каучуки, обладающие многими ценными свойствами, в особенности маслостойкостью. Из полимеров акрилонитрила вырабатывают синтетическое волокно (нитрон), а из сополимеров акрилонитрила с хлористым винилом получают волокна, известные под названиями виньон и дайнел. Полнакрилонитрильные волокна по объему выработки занимают сейчас второе место после полиамидных волокон.
Акрилонитрил применяется для обработки хлопкового волокна, придавая ему прочность и стойкость против гниения. Он используется для производства пластических масс, пластификаторов, клеев. Сополимеризацией стирола и акрилонитрила получают ударопрочный полистирол.
Производится в промышленности несколькими способами: - из этилена с синильной кислотой
2CH2=CH2 2HCN O2 " 2CH2=CHCN 2 H2O, - из окиси этилена с синильной кислотой
Первые четыре метода получения акрилонитрила в значительной степени утратили свое былое значение. Наиболее распространен и экономичен способ получения акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена. Основные преимущества этого метода: одностадийность процесса, дешевизна и доступность сырья, высокие технико-экономические показатели.
Целью данной работы является ознакомление с основным технологическим процессом получения акрилонитрила и расчет основных технологических показателей.
1. Аналитический обзор
Акрилонитрил (нитрил акриловой кислоты (НАК), 2-пропеннитрил, винилцианид (цианистый винил)) при нормальных условиях - бесцветная или желтоватая жидкость с легкоразличимым запахом горчицы, Строение и химический состав вещества соответствует приведенной химической формуле.
Основные физико-химические свойства акрилонитрила представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Основные физико-химические свойства акрилонитрила
Физико-химические свойства Обозначение Единица измерения Значение
Молекулярная масса М - 53,06
Температура затвердевания Тзатв °С -83,55
Температура кипения Ткип °С 77,3
Температура воспламенения Тв °С 2
Температура самовоспламенения Тсв °С 370
Концентрационный предел взрываемости в смеси с воздухом КПВ % 3-17
Предельно-допустимая концентрация в воздухе ПДК 0,5
Плотность при 20°С d204 г/см3 0,8064
Вязкость при 20°С ? МПА-с 0,40
Вязкость при 60°С ? МПА-с 0,25
Давление пара при 20°С Рп КПА 11,3
Давление пара при 40°С Рп КПА 26,67
Давление пара при 80°С Рп КПА 108,7
Дипольный момент (пар) ? Кл•м 1,29-10-29
Потенциал ионизации - ЭВ 10,75
Критическое давление Ркрит МПА 3,54
Критическая температура Ткрит °С 246
Теплоемкость С0р КДЖ/(кг•К) 2,09±0,12
Энтальпия образования (газ) ?Н0 обр КДЖ/моль -190
Энтальпия образования (жидк.) ?Н0 обр КДЖ/моль -152
Акрилонитрил смешивается с большинством органических растворителей в любом соотношении, частично растворим в воде. Образует азеотропные смеси с водой (87,5% акрилонитрила; температура кипения 70,5°С), бензолом (47%; 73,3°С), метанолом (38,7%; 61,4°С), четыреххлористым углеродом (21%; 66°С) и др.
Пары акрилонитрила тяжелее воздуха, легко воспламеняются от искр и пламени и образуют с воздухом в широком диапазоне концентраций взрывоопасную смесь. Ликвидация пожара осуществляется спиртоустойчивой пеной, разбрызгиванием воды, двуокисью углерода.
Акрилонитрил обладает раздражающим действием, легко всасывается через неповрежденную кожу. Токсическое действие подобно цианидам (вызвано образованием цианида в организме). При горении образуются ядовитые газы. Воздействие акрилонитрила вызывает у человека раздражение глаз, покраснение и жжение кожи, головную боль, тошноту, слабость, одышку, потливость, сердцебиение, понижение температуры тела, ослабление пульса, судороги, потерю сознания, Тяжелое отравление может привести к асфиксии и смерти.
Для акрилонитрила, как химического соединения, наиболее характерны реакции по связи С=С, в том числе полимеризация с образованием полиакрилонитрила и сополимеризация с бутадиеном, стиролом, винилхлоридом и др. Под действием концентрированной серной кислоты акрилонитрил превращается в акриламид (CH2=CHC(O)NH2) и акриловую кислоту (СН2=СНСООН).
Учитывая вышесказанное, хранить акрилонитрил следует защищенным от огня, в темноте, отдельно от сильных окислителей, оснований, пищевых продуктов и кормов, только в стабилизированном состоянии.
1.1 Области применения акрилонитрила
Акрилонитрил используют при производстве карбоцепных синтетических волокон, причем основным волокнообразующим полимером является не полиакрилонитрил, а его сополимеры, содержащие небольшие количества (5-10%) второго мономера или двух других мономеров. В промышленности волокно из чистого полиакрилонитрила почти не вырабатывают ввиду его низкой эластичности, плохой окрашиваемости и недостаточной устойчивости к истиранию.
Сополимеризацией акрилонитрила с бутадиеном получают бутадиен-нитрильные каучуки, обладающие многими ценными свойствами, в особенности маслостойкостью. Из полимеров акрилонитрила вырабатывают синтетическое волокно (нитрон), а из сополимеров акрилонитрила с хлористым винилом получают волокна, известные под названиями виньон и дайнел. Полнакрилонитрильные волокна по объему выработки занимают сейчас второе место после полиамидных волокон.
Кроме этого, акрилонитрил используют в производстве акрилонитрил бутадиен стирола (АВС-пластиков), стирола акрилонитрила (САН-пластика), бутадиен-нитрильного каучука, цианэтилцеллюлозы, акриламида, метилакрилата, глутаминовой кислоты и адиподинитрила.
Несмотря на то, что акрилонитрил запрещен для использования при производстве продуктов питания, его продолжают применять в качестве ядохимиката при выращивании зерновых, фруктов, табака; в качестве "точечного инсектицида" на мельницах и в хлебопекарнях для уничтожения насекомых в муке.
Акрилонитрил применяется для обработки хлопкового волокна придавая ему прочность и стойкость против гниения. Он используется для производства пластических масс, пластификаторов, клеев. Сополимеризацией стирола и акрилонитрила получают ударопрочный полистирол.
При омылении акрилонитрила водным раствором серной кислоты образуется соль акриламида.
Поскольку акрилонитрил является одним из важнейших мономеров, используемых в химической промышленности, то он производится в больших объемах.
1.2 Основные виды сырья для получения акрилонитрила
Поскольку в промышленности для получения акрилонитрила используется метод окислительного аммонолиза пропилена, то основными видами сырья соответственно являются пропилен и аммиак.
Пропилен (пропен) CH2=CHCH3 - бесцветный газ со слабым запахом. Основным источником пропилена является пиролиз (процесс глубокого расщепления углеводородного сырья под действием высоких температур). Готовый продукт должен соответствовать ГОСТУ 25043-87, согласно которому объемная доля пропилена должна составлять не менее 99,8% в продукте высшего сорта и 99,0% - первого сорта. Кроме того, ГОСТ предусматривает отсутствие в продукте свободной воды.
Пропилен транспортируется по трубопроводу и в предназначенных для сжиженных газов железнодорожных и автомобильных цистернах. Баллоны с пропиленом перевозят железнодорожным и автомобильным транспортом в крытых транспортных средствах. Транспортировку производят в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта.
Для синтеза акрилонитрила методом окислительного аммонолиза пропилена применяется 90-92%-ный пропилен, который не должен содержать сернистых соединений, отравляющих катализатор, а также метан и непредельные углеводороды (поскольку метан способствует образованию синильной кислоты, олефины образуют другие нитрилы).
Аммиак по химическому составу отвечает формуле NH3. В обычных условиях представляет собой бесцветный газ с резким запахом.
Технология производства аммиака включает в себя переработку природного газа. При этом продукт выпускается в соответствии с ГОСТ 622190, предусматривающем получение марок А, Б и Ак. Первая из них используется в медицине и химической промышленности (в качестве сырья для выпуска азотной кислоты, азотсодержащих солей, синильной кислоты), а также как хладагент и растворитель значительного класса соединений, содержащих азот. Аммиак марки Б находит применение при выпуске азотных удобрений, а также в качестве самостоятельного удобрения. Марка Ак используется для поставок продукта на экспорт, а также для его транспортирования по магистральному трубопроводу.
Транспортировка аммиака производится аналогично транспортировке пропилена.
Исходная смесь для получения акрилонитрила содержит 5-8% C3H6, 5-9% NH3, 0-30% водяного пара (остальное - воздух).
2. Технологическая часть
2.1 Физико-химические основы процесса производства нитрила акриловой кислоты
Катализаторы окислительного аммонолиза пропилена подобны применяемым при окислении пропилена в акролеин. Первоначальные разработки основывались на молибдате висмута (Ві2О3: МОО3 = 1: 2), к которому затем добавили промотор - P2O5 (висмут-фосфор-молибденовые катализаторы). Хорошие результаты дают также ванадий-молибдаты висмута, оксидный уран-сурьмяный катализатор и др. Имеются и более многокомпонентные катализаторы с добавками оксидов Со, Ni, Fe, As, W, Те и других металлов и редкоземельных элементов. Эти катализаторы используют в чистом виде или нанесенными на SIO2, Al2О3 и кизельгур.
Все эти катализаторы работают по окислительно-восстановительному механизму, и скорость реакции зависит только от парциального давления пропилена, что свидетельствует о лимитирующей стадии взаимодействия пропилена с окисленным активным центром катализатора, где образуется хемосорбированный алкильный радикал. В свою очередь, на другом активном центре сорбируется аммиак, вероятно, в виде аминного радикала:NH. Взаимодействие их друг с другом с участием кислорода решетки и дает акрилонитрил.
Побочными продуктами окислительного аммонолиза пропилена являются HCN, СН3CN, небольшие количества НСНО и СН3СНО (образуются за счет окислительной деструкции пропилена), а также СО2 (в основном образуется за счет окисления пропилена). Доказано, что альдегиды и нитрилы получаются главным образом параллельно.
Метод получения акрилонитрила совместным окислением пропилена и аммиака кислородом воздуха разработан фирмой «Sohio» и реализован в 1960 г. в США. По технологии этой фирмы работают заводы в Японии, Германии, Англии, Франции, Италии и других странах. Некоторые фирмы - «Bayer», «SNAM Progetti», «Distillers», «Ugine» - разработали собственную технологию в присутствии новых модификаций стационарных катализаторов.
Процесс окислительного аммонолиза пропилена вначале проводили в трубчатых реакторах со стационарным слоем катализатора, но теперь используют аппараты с псевдоожиженным слоем. Это позволило лучше регулировать температуру, сняло ограничения по взрывоопасности исходной смеси и исключило необходимость разбавления ее водяным паром. Окисление ведут воздухом, поддерживая объемное отношение С3Н6: NH3: О2 в пределах 1: (0,9-1,1): (1,8-2,4). Важно, чтобы в отходящей из реактора смеси находился непревращенный аммиак, т.к. в противном случае растет выход альдегидов и СО2. Необходим и некоторый избыток кислорода, который вместе с пропиленом и аммиаком обеспечивает окислительно-восстановительные свойства среды, благоприятные для повышения активности и селективности катализатора.
На разных установках и катализаторах процесс окислительного аммонолиза пропилена осуществляют при 370-500°С и 0,2-1,4 МПА, большей частью при 420-470°С и давлении 0,2 МПА. Время контакта 6 с обеспечивает степень конверсии пропилена до 80% (в одном из новых процессов даже 95%). При этом пропиленовая фракция может содержать 5-40% пропана, что снижает ее стоимость. Селективность процесса по акрилонитрилу при описанных условиях составляет 80-85%, причем побочно образующиеся синильная кислота и ацетонитрил выпускают как товарные продукты, что снижает себестоимость акрилонитрила. На разных установках выход HCN и ацетонитрила составляет соответственно 50-200 и 25-100 кг на 1 т акрилонитрила; на 1 т акрилонитрила расходуется 0,96 т пропилена.
В новейших схемах производства акрилонитрила реализована эффективная система утилизации тепла с получением пара (высокого и среднего давления), обеспечивающего все потребности самой установки (привод компрессора для воздуха, разделение смесей и др.).
Рисунок 1 - Технологическая схема получения акрилонитрила
Жидкие аммиак и пропиленовую фракцию испаряют в аппаратах 1 и 2 при помощи смеси этиленгликоля (ЭГ) с водой; смесь при этом охлаждается до низких температур, а ее холод утилизируется (в том числе для конденсации синильной кислоты). Газообразные аммиак, пропиленовая фракция и воздух в ранее рассмотренных соотношениях поступают в реактор 3 с псевдоожиженным слоем катализатора. Реактор охлаждается кипящим водным конденсатом. За счет реакционного тепла генерируется пар высокого давления, который служит для привода воздушного турбокомпрессора, а выходящий из компрессора «мятый» пар используется на стадии разделения продуктов. Горячие газы по выходе из реактора проходят котел-утилизатор 4, где генерируется пар среднего давления. Частично охлажденные реакционные газы прежде всего очищают от аммиака в абсорбере 5 с помощью циркулирующего раствора сульфата аммония, содержащего серную кислоту. Отработанный в абсорбере раствор сульфата аммония выпаривают и кристаллизуют, получая 400 кг (NH4)2SO4 на 1 т акрилонитрила. Далее из газа в абсорбере 6 водой поглощают акрилонитрил, синильную кислоту и ацетонитрил, а отходящий газ, в зависимости от состава, сбрасывают в атмосферу или дожигают в печи с получением пара.
Водный раствор продуктов с низа абсорбера 6 подогревают в теплообменнике 8 оборотной водой и подают в отпарную колонну 9 с кипятильником и дефлегматором, где от воды отгоняют синильную кислоту, акрилонитрил и ацетонитрил. Воду через теплообменник 8 и холодильник 7 возвращают в абсорбер 6, а смесь продуктов направляют на разделение.
Обычно из смеси в первую очередь отгоняют наиболее летучую синильную кислоту в ректификационной колонне 10 с кипятильником и дефлегматором при небольшом вакууме (чтобы избежать попадания высокотоксичной HCN в атмосферу). Из кубовой жидкости в колонне 11 с водой в качестве третьего компонента отгоняют более летучую азеотропную смесь акрилонитрила, оставляя в кубе водный раствор ацетонитрила с примесью менее летучих соединений (циангидрины формальдегида и ацетальдегида, образовавшиеся из этих альдегидов и HCN). Из раствора затем выделяют ацетонитрил (на схеме не показано). Дистиллят разделяют в сепараторе 12 на водный и органический слои, возвращая воду в колонну 11.
Водный акрилонитрил подвергают азеотропной осушке в колонне 13, снабженной кипятильником, дефлегматором и сепаратором 14, где разделяются водный и акрилонитрильный слои. Первый возвращают в колонну 11, т.к. он содержит растворенный акрилонитрил, а второй служит орошением колонны 13. Сухой акрилонитрил собирают в кубе колонны 13 и после окончательной ректификации в колонне 15 получают в виде дистиллята нужной чистоты. На стадии разделения продуктов во избежание полимеризации акрилонитрила к смеси добавляют ингибиторы.
В стационарном слое катализатора процесс ведут в реакторах трубчатого типа, в которых катализатор находится в трубах, а межтрубное пространство заполнено высокотемпературным теплоносителем - нитрит-нитратной смесью. Стационарный слой катализатора должен быть очень прочным и термостойким, способным проработать несколько тысяч часов без заметного пыления, чтобы предотвратить рост сопротивления потоку газа в трубках.
При синтезе акрилонитрила выделяется большое количество тепла. Поэтому, во избежание сильных перегревов, диаметр трубки реактора не должен превышать 32 мм. В связи с этим при использовании реактора трубчатого типа достичь большой мощности единичного аппарата не удается.
В реакторах с псевдоожиженным слоем катализатора этот недостаток устраняется. Выделяющееся в процессе синтеза тепло отводится за счет испарения воды в змеевиках, расположенных в зоне реакции. Основным недостатком реакторов этого типа является истирание катализатора и унос мелких частиц его потоком газа, что приводит к потере дорогостоящих молибденовых и висмутовых солей и ухудшению экономических показателей процесса.
Широкое применение получили реакторы с кипящим слоем катализатора, в которых можно обеспечить изотермичность процесса и наиболее рациональный отвод теплоты.
Наряду с основной, сильно экзотермичной реакцией (?Н = -515 КДЖ/моль), происходит образование HCN, ацетонитрила (CH3CN), CO и СО2. Для уменьшения образования таких побочных продуктов, как акролеин, ацетальдегид и ацетон, затрудняющих очистку акрилонитрила, аммиак обычно подают в небольшом избытке.
Выход акрилонитрила составляет 75-80% по пропилену.
2.3 Расчет материального баланса
В процессе протекают следующие реакции: - основная
СН3-СН=СН2 NH3 1,5О2 "СН2=СН-CN 3H2O, (1)
- побочные
СН3-СН=СН2 NH3 2,5О2 "СН3CN СО2 3H2О, (2)
СН3-СН=СН2 NH3 2О2 "HCN СО2 СН4 3H2O. (3)
Часовая производительность по акрилонитрилу с учетом потерь составляет: = 9209,86 кг/ч.
Расход пропилена по реакции (1) = 7298,38 кг/ч;
по реакции (2) = 1317,76 кг/ч;
по реакции (3) =1520,50 кг/ч;
Суммарный расход пропилена по реакциям
7298,38 1317,76 1520,50 = 10136,64 кг/ч;
Расход технического пропилена с учетом степени конверсии
= 18757,66 кг/ч, В том числе пропилена кг/ч, пропана кг/ч;
Расход аммиака на все реакции
4102,93 кг/ч;
Расход технического аммиака
= 4229,28 кг/ч, в том числе: аммиака кг/ч, примесей = 21,15 кг/ч;
Расход кислорода на все реакции
= 13167,98 кг/ч, Или 22,4 = 9217,59 м3/ч;
Расход воздуха
= 73893,29 м3/ч, или кг/ч;
в том числе азота 43586,04 кг/ч, кислорода 13167,98 кг/ч;
Рассчитывают массовое количество образовавшихся продуктов: Вода по реакции (1) 9383,63 кг/ч, Ацетонитрил по реакции (2) 1286,38 кг/ч, Диоксид углерода по реакции (2) 1380,51 кг/ч, Вода по реакции (2) 1694,26 кг/ч, Синильная кислота по реакции (3) 977,46 кг/ч, Диоксид углерода по реакции (3) 1592,9 кг/ч, Вода по реакции (3) 1303,29 кг/ч, Метан по реакции (3) 579,24 кг/ч.
Материальный баланс производства нитрила акриловой кислоты окислительным аммонолизом пропилена приведен в таблице 2.
Таблица 2 - Материальный баланс производства нитрила акриловой кислоты
Насыпная плотность катализатора ?нас = 2500 кг/м3, плотность частиц ?=4700 кг/м3, Эквивалентный диаметр частиц dэ=1 мм. Температура воздуха 450 0С. Число псевдоожижения К?=1.6. Производительность катализатора 10500 т/ч, при среднем времени пребывания его в реакторе ?0=480 мин. Расход воздуха в рабочих условиях 73893,29 м3/ч. Живое сечение решетки 0,015, диаметр отверстий 0,8 мм, толщина решетки 2 мм.
Динамический коэффициент вязкости воздуха при 450 0С: ?=0,034•10-3 Па•с.
Высота взвешенного слоя при К?=1,6: h = = 1,323 = 1.323 м;
Общая высота реактора: Н = 5h = 5•1.323=6,615 м;
Рассчитаем гидравлическое сопротивление реактора. Сопротивление слоя: ?рсл = ?(1-?0)gh0 = 4700(1-0,47)9,81•1,323 = 32400 Па;
Скорость воздуха в отверстиях решетки при живом сечении ?=0,015: ?0 = ?/? = 0,808/0,015 = 53,87 м/с;
Диаметр отверстий решетки d0= 0,0008 м, толщина решетки ?=0,002 м. При d0/?=0.4 по приложению находим С=0,63.
Сопротивление решетки: ?рреш = 0,503?02?с = 0,503•53,872•0,488• = 1800 Па;
Сопротивление реактора: ?р=?рсл ?рреш=32400 1800=34200 Па.
3. Экологическая часть
3.1 Источники поступления
Природных источников акрилонитрила не существует. Акрилонитрил используется в производстве искусственных волокон, полимеров и резины, а также в промышленности органического синтеза. Может поступать в окружающую среду при производстве, переработке, использовании, хранении, транспортировке и захоронении отходов. Кроме непосредственных эмиссий в атмосферу при производстве и промышленном использовании, возможны потери вследствие аварий, сбоях в работе оборудования и несоблюдении технологии и правил работы.
Атмосфера. Распределение акрилонитрила в атмосфере тесно связано с розой ветров; самые высокие концентрации обнаруживаются в непосредственной близости от заводов (до нескольких сотен мг/м3), особенно с подветренной стороны, и быстро убывают с расстоянием (менее 10 мкг/м3 на расстоянии 1 км). Процессы разложения акрилонитрила в атмосфере преимущественно химические; время полуразложения в атмосфере 9-32 ч. По оценкам, среднее содержание в воздухе Нидерландов около 0,01 мкг/м3, что ниже предела обнаружения для существующих методов определения акрилонитрила (0,3 мкг/м3). В других странах эта концентрация еще более низкая.
Вода. Поступление с осадками незначительно. Время полуразложения в воде 5-7 дней, однако аварийное поступление акрилонитрила в грунтовые воды может повлечь за собой многолетнее их загрязнение, несмотря на принимаемые меры по очистке.
Почва. Разлагается преимущественно микроорганизмами.
3.2 Обезвреживание отходящих газов в производстве акрилонитрила
Каталитическое окисление является наиболее рациональным методом обезвреживания отходящих газов промышленности от СО однако в ряду с СО в зависимости от условий конкретного производства в газах могут содержаться и другие токсичные компоненты: SO2, NOX, пары углеводородов. Кроме того в них присутствуют СО2, N2, Н2О(пар) и механические примеси виде различных пылей. Некоторые из этих примесей могут быть ядами для катализаторов. В зависимости от состава отходящих газов в промышленности применяются различные технологические схемы очистки. На рисунке 6 представлены схема установки каталитического обезвреживания отходящих газов в производстве акрилонитрила. реактор акрилонитрил высокополимерный кислота
Рисунок 2 - Схема установки каталитического обезвреживания отходящих газов производства акрилонитрила
При синтезе акрилонитрила на основе аммиака и пропилена технологические газы отмываются от нее водой. Поступающие со стадии адсорбции отходящие газы содержат (об.%): СО - 2,3; пропилена - 0,5; пропан - 0,04; О2 - до 3; инертные газы - остальное.
Для очистки их подают в топку-подогреватель 2 где нагревается до температуры 200 - 250 0С в зависимости от типа используемого катализатора. Путем сжигания вводимого в топку топливного газа в воздухе нагнетаемом воздуходувкой 1. Расход воздуха рассчитывается не только на сжигание топливного газа, но и на последующее каталитическое окисление находящихся в газах оксида углерода и углеводородов. Смесь топочных и отходящих газов с воздухом направляется в работающий в адиабатических условиях реактор 3. Используемый шариковый катализатор (ШПК - 2) содержит 0,2% платины нанесенной на оксид алюминия. Степень очистки достигает 98 - 99%. Происходящие на катализаторе окислительные реакции экзотермичны, что приводит к сильному разогреву продуктов катализа. Конвертированные газы при температуре 400 0С передаются в котел - утилизатор 4, обеспечивающий производство перегретого пара до 380 0С водяного пара под давлением 4 МПА. Выходящие из котла-утилизатора 4 обезвреженные газы при 200 0С дымососом 5 через дымовую трубу 6 выбрасываются в атмосферу.
При обезвреживании 60 тыс. м3/ч отходящих газов расход электроэнергии составляет 500 КВ и производительность пара 26,5 т/ч.
Пути поступления в организм. Основное значение поступление акрилонитрила с воздухом имеет на производстве, при этом дополнительная доза, получаемая при проживании в непосредственной близости от соответствующих предприятий является несущественной. В непроизводственных условиях значительным источником поступления акрилонитрила является курение. Данных по содержанию акрилонитрила в питьевой воде нет, но, поскольку основным источником его поступления в воду являются аварии, питьевая вода вряд ли может рассматриваться как серьезный источник поступления акрилонитрила в организм. В пищевые продукты (особенно масло, маргарин) акрилонитрил может поступать из полимерных контейнеров и упаковочных материалов, состоящих из сополимеров акрилонитрила. Легко всасывается через неповрежденную кожу.
Острое отравление. Запах акрилонитрила ощущается при 0,008-0,04 мг/дм3, но к нему быстро наступает привыкание. Вдыхание 0,3-0,5 мг/дм3 в течение 5-10 мин вызывает жжение слизистых верхних дыхательных путей и слезотечение. При концентрациях 0,035-0,22 мг/дм3 в течение 20-45 мин - тупая головная боль, стеснение в груди, возбуждение и чувство страха, кожный зуд.
Превращения в организме и выделение. Абсорбция в дыхательных путях человека независимо от экспозиции составила 48%. Гидролиз с отщеплением CN- протекает в печени под влиянием фермента роданезы с образованием роданидов. Частично акрилонитрил выделяется с выдыхаемым воздухом в неизмененном виде.
Предельно допустимая концентрация 0,5 мг/м3.
Вывод
Был рассмотрен процесс получения акрилонитрила окислительным аммонолизом пропилена. Другие методы получения акрилонитрила в значительной степени утратили свое былое значение, т.к. при их использовании не достигается нужный выход акрилонитрила, следовательно они экономически менее целесообразны.
Поскольку в промышленности для получения акрилонитрила используется метод окислительного аммонолиза пропилена, то основными видами сырья соответственно являются пропилен и аммиак.
Были рассчитаны материальный баланс, который показал высокую степень конверсии исходных продуктов; тепловой баланс, который показал, что процесс протекает с большим выделением тепла, которое обеспечивает все потребности самой установки (привод компрессора для воздуха, разделение смесей и др.). Были рассчитаны основные показатели реактора получения акрилонитрила.
2. Родионов, А.И. Техника защиты окружающей среды [Текст]: учебник для вузов / А.И. Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1989. - 512 с.
3. Павлов, К.Ф., Романков, П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии [Текст]: учебное пособие для вузов; под ред. Чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с., ил.
5. Справочник нефтехимика. В 2 т. Т. 2; под ред. С.К. Огородникова. - Л.: Химия, 1978. - 592 с., ил.
6. Справочник химика Т.1; под ред. Б.Н. Никольский. - Л.: Химия, 1966. - 1072 с.
7. Справочник химика Т.2; под ред. Б.Н. Никольский. - Л.: Химия, 1971. - 1168 с.
8. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. [Текст]: под ред. засл. деят. науки проф. Н.В. Лазарева и док. мед. наук Э.Н. Левиной.изд. - 7-е, пер. и доп. В трех томах. Т.2; - Л.: Химия, 1979. - 624 с.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
