Реконструкция действующего оборудования установки сернокислотной гидратации пропилена на ЗАО "Завод синтетического спирта" - Дипломная работа

Изопропиловый спирт применяется в производстве перекиси водорода, в качестве растворителя красок, в парфюмерной промышленности и востребован не только в России, но и за рубежом. Изопропиловый спирт используют в качестве антифриза, а также в качестве компонента моторного топлива для повышения его октанового числа. Изопропиловый спирт, получаемый на ЗАО «ЗСС» отличается от других производителей своими качественными характеристиками и поэтому потребность в изопропиловом спирте с каждым годом увеличивается. Диизопропиловывй эфир побочный продукт производства спирта изопропилового технического вследствие чего является более дешевым водоотнимающим реагентом в производстве абсолютированного изопропилового спирта чем другие привозимые ж.д.транспором и приобретаемые у сторонних организаций. В ближайшем будущем произойдет увеличение спроса на спирт изопропиловый и эфир диизопропиловый в связи с вводом в действие технического регламента по производству автомобильных бензинов в соответствии с европейскими стандартами Евро-3, Евро-4, Евро-5 в которых предусмотрено вовлечении: изопропилового спирта до 10% и диизопропилового эфира до 15% и не допустимо содержание: метанола и железомарганцевых соединений.Главные задачи пояснительной записки были полностью выполнены: в технологической части подробно рассмотрены основы процесса; в расчетной части - составлены материальные балансы установки, колонн К-46, К-146, произведен расчет проектируемых аппаратов; в экономической - определены технико-экономические показатели работы установки. Технологическим расчетом показано, что замена в действующей в настоящее время в ректификационной колонне К-146, имеющей внутренний диаметр 2800 м, решетчатых тарелок на колпачковые улучшают четкость разделения, снижает потери спирта.

Содержание изопропилового спирта, % масс. не более 5

ЗАО «Завод синтетического спирта» является единственным производителем изопропилового спирта в России. Изопропиловый спирт применяется в производстве перекиси водорода, в качестве растворителя красок, в парфюмерной промышленности и востребован не только в России, но и за рубежом.

Изопропиловый спирт используют в качестве антифриза, а также в качестве компонента моторного топлива для повышения его октанового числа.

Производство ИПС во всем мире растет невысокими темпами, что объясняется невысокими темпами роста спроса. Например, в США за последний год рост спроса составил 0,5%. По прогнозу эти темпы роста сохранятся в последующие 4 года.

В США ИПС используется в производстве покрытий, красок, в фармацевтике, медицине, производстве с\х химикатов. В последнее время ИПС используется в топливных смесях вместо этилового спирта. До 1984 года ИПС широко использовался в качестве исходного продукта в производстве ацетона. К 1989 году объем использования ИПС для синтеза ацетона сократился в 3 раза, т.к. спрос на ацетон может быть удовлетворен за счет получения его в качестве побочного продукта получения фенола кумольным способом.

В Японии основным потребителем ИПС является производство чернил, ПАВ, производство антисептиков, косметических средств, ядохимикатов, моющих средств.

Кроме того ИПС используется для удаления воды из бензиновых емкостей. Как утверждают японские поставщики, темпы роста спроса на ИПС будут оставаться невысокими, если не появятся новые области его использования. В частности, ожидается, что новой областью потребления ИПС может явиться электроника. Однако, для этого потребуется продукт высокой степени чистоты.

Изопропиловый спирт, получаемый на ЗАО «ЗСС» отличается от других производителей своими качественными характеристиками и поэтому потребность в изопропиловом спирте с каждым годом увеличивается.

В связи с этим назрела необходимость проведения реконструкции действующего оборудования установки сернокислотной гидратации пропилена. На увеличение производства изопропилового спирта и улучшения степени частоты его направлен данный дипломный проект.

1. Технологическая часть

1.1 Краткая характеристика проектируемого процесса и выбор схемы установки № 50

Производство изопропилового спирта методом сернокислой гидратации пропилена. Год ввода в действие -1960 год. Технологический процесс был разработан всесоюзным научно-исследовательским институтом по получению и разработке низкомолекулярных олефинов (ВНИИОЛЕФИН г. Баку). Проект выполнен Куйбышевским филиалом ВНИПИ Нефть. Генеральный проектировщик предприятия - ОАО «Самара нефтехимпроект».

Процесс производства технического изопропилового спирта ведется по одной технологической линии. Метод производства изопропилового спирта сернокислотной гидратацией нашел широкое распространение в промышленности.

Преимущество производства изопропилового спирта методом сернокислотной гидратации: большая степень конверсии, сравнительно невысокая температура и давление, низкая энергоемкость.

1.2 Обоснование предлагаемых технических решений блока

С каждым годом расширяется области применения изопропилового спирта. Изопропиловый спирт применяется в химической, нефтеперерабатывающей, медицинской, мебельной, пищевой, лесохимической, парфюмерной промышленностях и в полиграфии. Он применятся в качестве компонента моторного топлива для повышения его октанового числа, а также используется при приготовлении тормозной и стеклоомывающей жидкости, в качестве антифриза для автомобильных радиаторов.

Диизопропиловывй эфир побочный продукт производства спирта изопропилового технического вследствие чего является более дешевым водоотнимающим реагентом в производстве абсолютированного изопропилового спирта чем другие привозимые ж.д.транспором и приобретаемые у сторонних организаций.

В ближайшем будущем произойдет увеличение спроса на спирт изопропиловый и эфир диизопропиловый в связи с вводом в действие технического регламента по производству автомобильных бензинов в соответствии с европейскими стандартами Евро -3, Евро -4, Евро -5 в которых предусмотрено вовлечении: изопропилового спирта до 10% и диизопропилового эфира до 15% и не допустимо содержание: метанола и железомарганцевых соединений.

Увеличение мощности по переработке сырья на существующем оборудование влечет за собой увеличение выпуска продукции - спирта изопропилового.

1.3 Теоретические основы процесса установки № 50

В основу промышленного производства изопропилового спирта сернокислотным способом был положен технологический процесс, разработанный на Бакинском опытном заводе.

В процессе производства изопропилового спирта сернокислотной гидратацией пропилена имеются следующие стадии

- абсорбция пропилена серной кислотой с образованием изопропилсерной кислоты и диизопропилсульфата

- гидролиз изопропилсерной кислоты и диизопропилсульфата в изопропиловый спирт с выделением серной кислоты

- ректификация спирта-сырца с получением изопропилового спирта и диизопропилового эфира.

Отделение абсорбции пропилена серной кислоты.

Основные закономерности процесса абсорбции и химизм процесса.

По всей высоте абсорбента происходит насыщение серной кислоты пропиленом при температуре 65-75ОС и парциальном давлении пропилена 6-8 ати с образованием смеси изопропилового спирта, ди- и моноизопропилсульфата, диизопропилового эфира, полимеров, изопропилсернокислотного экстракта. Состав продуктов абсорбции определяется, в основном, концентрацией серной кислоты и температурой абсорбции. С увеличением концентрации серной кислоты увеличивается образование диизопропилового эфира и фракции полимерной, особенно если повышена температура в абсорбере более 75ОС.

Существенное влияние на процесс абсорбции пропилена оказывает его парциальное давление, для каждого парциального давления характерна своя предельная величина степени насыщения.

С увеличением линейной скорости газа увеличивается степень поглощения пропилена серной кислотой. Максимальная скорость абсорбции пропилена будет наблюдаться при линейных скоростях газа, не менее 0,1 м/сек.

Процесс абсорбции состоит из параллельно протекающих нескольких химических реакций, идущих с различной скоростью: 1 Растворение пропилена в серной кислоте, происходящих при барботировании газа через слой кислоты.

2 Взаимодействие растворенного пропилена с водным раствором серной кислоты, сопровождающееся образованием изопропилового спирта (ИПС) и моноизопропилсульфата.

C3H6 H2SO4 H2O®C3H7OH H2SO4

C3H6 H2SO4 H2O®C3H7HSO4 Образование диизопропилсульфата

C3H7HSO4 С3H6 ¬®/C3H7 /2SO4

4 Образование диизопропилового эфира

C3H7HSO4 С3H7ОН¬® /C3H7 /2O Н2SO4

Образование эфира возможно и за счет реакции между ИПС и диизопропилсульфатом

/C3H7/2SO4 С3H7ОН¬® /C3H7 /2O C3H7HSO4

5 В абсорбере возможно и непосредственно окисляющее действие серной кислоты на изопропилсульфат, что подтверждается наличием в отходящих газах абсорбции сернистого газа и заметных количеств ацетона в экстракте, образующихся по реакции

H2SO4 О

C3H7HSO4 ® СН3 - С SO2 Н2О

СН3

6 Образование полимеров

C3H6 C3H6-------- СН3 - СН - СН2

СН2 - СН - СН3

Полимеры образуются с разветвленной цепью и с большим молекулярным весом вследствие процессов переконденсации и уплотнения молекул под влиянием серной кислоты.

Процесс абсорбции идет с выделением тепла. Тепловой эффект реакции абсорбции составляет 280 ккал на 1 кг поглощенного пропилена. При температуре более 75 ОС резко возрастает выход побочных продуктов.

Отделение гидролиза экстракта, отпарки спиртоводных паров и нейтрализации их раствором щелочи.

Химизм процесса гидролиза.

При смешивании экстракта с водой происходит гидролиз изопропилсульфата с образованием изопропилового спирта. Процесс гидролиза складывается из параллельно идущих с различными скоростями нескольких реакций: взаимодействие изопропилсерной кислоты и воды с образованием изопропилового спирта и серной кислоты - основная реакция

С3Н7О/SO2/ОН НОН®С3Н7ОН Н2SO4

Тепловой эффект реакции гидролиза в расчете на 1 кг пропилена - 100ккал.

Побочные реакции: 1 При недостаточном количестве гидролизирующего агента- воды, возможно образование диизопропилового эфира по реакции расщепления изопропилсульфата при взаимодействии со спиртом, образующимся при гидролизе в первоначальный момент или содержащимся в экстракте

С3Н7О/SO2/ОН С3Н7ОН ¬®/С3Н7 /2О Н2SO4

2 Процесс образования фракции полимерной по уравнению

Может протекать и дальше с образованием высокомолекулярных полимеров, сложных соединений смолистого характера.

3 Разложение изопропилсерной кислоты

С3Н7О/SO2/ОН®2С3Н6 SO2 2Н2 О2

С последующими реакциями окисления кислородом веществ реакционной смеси.

4 Реакция дегидратации изопропилового спирта в присутствии серной кислоты

Н2SO4

С3Н7ОН ® С3Н6 Н2О

Последняя реакция идет при недостатке воды для гидролиза с выделением большого количества газов, что резко повышает давление в колонне К-10, растут потери сырья.

Для получения максимального выхода изопропилового спирта из экстракта очень важно выдерживать соотношение экстракт ? вода, так как при недостатке воды увеличивается выход эфира, газов, при избытке подачи воды на гидролиз расслабляется отработанная кислота, резко возрастает расход пара на отпарку.

1.4 Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных материалов установки

Таблица 1.1 - Характеристика производимой продукции

Техническое наименование продукта в соответствии с НТД Номер государственного или отраслевого стандарта, технических условий, стандарта предприятия Основные свойства и качество выпускаемой продукции Область применения

1 Спирт изопропиловый технический ГОСТ 9805-84 с изм. № 1 1 Внешний вид бесцветная прозрачная жидкость, не содержащая технических примесей 2 Плотность 0,814-0,819 г/см3 при 20ОС 3 Массовая доля изопропилового спирта, не менее 87 % 4 Цветность по платиново-кобальтовой шкале, не более 10 5 Массовая доля кислот в пересчете на уксусную кислоту, не более 0,001% 6 Массовая доля сернистых соединений в пересчете на серу, не более 0,0001% 7 Массовая доля карбонильных соединений в пересчете на группу СО, не более 0,8 % 8 Нерастворимые в воде вещества (полимеры) - отсутствуют Применяется для получения АИПСА, ацетона, перекиси водорода. Используется в качестве растворителя в различных отраслях промышленности.

2 Эфир диизопропиловый ТУ38.402-62-133-92 1 Плотность 0,720-0,735 г/см3 при 20ОС 2 Температурные пределы перегонки при давлении 760 мм рт.ст., начало перегонки - не ниже 56 ОС; конец перегонки (95 % по объему) - не выше 70ОС 3 Массовая доля ацетона, не более 0,4% 4 Бромное число (брома на 100г. продукта), не более 1,5 г 5 Перекисные соединения - отсутствие. Используется как водотнимающий агент в азеотропной ректификации изопропилового спирта. Частично отгружается как товарный продукт, применяемый как растворитель жиров, минеральных масел, восков, смол, как горючее в смеси с бензином

3 Фракция полимерная ТУ 2458-014-57285790 - 06 1 Внешний вид Марка Используется для удаления асфальтосмолопарафиновых отложений с оборудования скважин нефтепромыслов.

А Б

Прозрачная или мутноватая жидкость от светло-желтого до коричневого цвета

2 Плотность при 20ОС, г/см3 0,770-0,830 0,750-0,830

3 Содержание эфира, % масс. не более 40 70

Главные задачи пояснительной записки были полностью выполнены: в технологической части подробно рассмотрены основы процесса; в расчетной части - составлены материальные балансы установки, колонн К-46, К-146, произведен расчет проектируемых аппаратов; в экономической - определены технико-экономические показатели работы установки.

Технологическим расчетом показано, что замена в действующей в настоящее время в ректификационной колонне К-146, имеющей внутренний диаметр 2800 м, решетчатых тарелок на колпачковые улучшают четкость разделения, снижает потери спирта. Холодильник Х-147, установленный в настоящее время, в замене не нуждается, так как имеет определенный запас по производительности.

В разделе "Охрана труда" проведен анализ и характеристика технологического процесса с точки зрения пожаро-, взрывоопасности и вредности производства.

В разделе "Охрана окружающей среды" предложен ряд мероприятий по защите окружающей среды от загрязнения в период монтажных и ремонтных работ, способ защиты окружающей среды от загрязнения, меры контроля по герметизации и надежности аппарата.

Расчет технико-экономических показателей показал целесообразность проекта: растет производительность труда на 44,4 т/ чел.год, снижается себестоимость продукции на 161,9 руб., выработка продукции ИПС по году увеличилась на 977,2 т.

1 Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты, М., Химия, 1971, 296 с.

2 Кузнецов А.А. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности, М., Химия, 1985, 344 с.

3 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, Л., Химия, 1971, 296 с.

4 Романков П.Г., Носков А.А. Сборник расчетных диаграмм по курсу поцессов и аппаратов химической технологии, Л., Химия, 1977, 24 с.

5 Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа, М., Химия, 1973, 273 с.

6 Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии, М., Химия, 1971, 448 с.

Размещено на .ru