Анализ способов получения глиоксаля и технологических схем окисления одноатомных спиртов

Для моделирования на пакете Hysys технологических схем производства формальдегида на серебряном и оксидном катализаторах (рисунки 1.2 и 1.3)*^* См. подраздел 1.4, п. 1.4.1, 1.4.2 были использованы данные [17, стр. 32 - 66].

2.1.1 Моделирование ХТС производства формальдегида на серебряном катализаторе на пакете Hysys

В технологической схеме производства формальдегида на серебряном катализаторе на рисунке 1.2*^** См. подраздел 1.4, п. 1.4.1* следующие основные узлы: испаритель 1; теплообменники 2 и 7; реактор 3, в который входят катализатор 4 и подконтактный холодильник 5; абсорбер 6. Эти элементы не совпадают с объектами пакета Hysys, используемыми в модельной технологической схеме производства формальдегида (рисунок 2.1).

В смесителе СМ - 100 происходит объединение двух потоков - метанола 1 и воздуха 2 (на рисунке 1.2 См. подрадел 1.4, п. 1.4.1 это потоки а, б) в один выходной поток паровоздушной смеси 3. Свойства всех входящих потоков (температура, давление, состав) известны, поэтому свойства выходящего потока 3 вычисляются автоматически.

Нагреватель Е - 100 и холодильник Е - 101 являются теплообменниками, в которых рассматривается один технологический поток. Входной поток нагревается или охлаждается до требуемых условий на выходе, а разница энтальпий входного и выходного потоков покрывается за счет энергетического потока Q3. На рисунке 1.2 эту операцию совершает теплообменник 2.

Реактор GBR - 100 (реактор Гиббса) рассчитывает состав выходного потока из предположения, что в выходном потоке достигнуто фазовое и химическое равновесие. Он не использует при этом стехиометрию реакций.

Покомпонентный делитель Х - 100 делит поступающий в него поток 7 (газообразные продукты) на два потока - газ 8 и формалин 9, основываясь на введенных параметрах. Эта операция использовалась для описания того процесса разделения, который никак по-другому нельзя смоделировать в Hysys. На рисунке же 1.2 процесс разделения полученных продуктов выполняет абсорбер 6.

Процесс получения формальдегида на серебряном катализаторе (рисунок 2.1) начинается с поступления метанола 1, содержащего 20 - 25 % воды, и воздуха 2 в смеситель СМ - 100. Далее паровоздушная смесь 3 перегревается до 110 °С в нагревателе Е - 100 и подается в верхнюю часть реактора GBR - 100. При температуре около 300 оС происходит «зажигание» катализатора, затем быстрое и самопроизвольное повышение температуры «горячей точки» катализатора до 664 оС. Температура катализатора поддерживается на заданном уровне за счет тепла реакции. Процесс осуществляется без отвода тепла - адиабатический режим. Пройдя с высокой скоростью через слой катализатора, реакционная смесь 5 охлаждается в холодильнике Е - 101 до температуры 359 оС. Затем газообразные продукты 7 реакции поступают в покомпонентный делитель Х - 100, где происходит процесс разделения. Из нижней части делителя выходит формалин 9, а из верхней - отработанный газ 8, содержащий более 80 % азота и около 14 % кислорода (таблица А.3 Приложения А).

Рисунок 2.1 -Модель ХТС производства формальдегида на серебряном катализаторе

СМ -100 - смеситель; Е -100 - нагреватель; Е -101 - холодильник; GBR - 100 -реактор; Х -100 - покомпонентный делитель; Q1,Q2,Q3 - энергетические потоки; 1 - 9 -потоки.

Изображенные на рисунке 2.1 потоки Q1, Q2 и Q3 являются энергетическими. Так как процесс в реакторе протекает при адиабатическом режиме, то энергетический поток Q1 равен нулю. Энергетический поток Q2 отводит избыток тепла из покомпонентного делителя Х - 100. Поток Q3 - связь по тепловому потоку между нагревателем Е - 100 и холодильником Е - 101.

Были подобраны некоторые значения расходов воздуха 2 и метанола 1 (таблица А.1 Приложения А) на входе в смеситель СМ - 100 для поддержания температуры 600 - 700 оС в реакторе GBR - 100.

Условия, при которых протекает процесс получения формальдегида на серебряном катализаторе, сведены в таблице А.1 (приложение А).

Физико-химические и теплофизические свойства исходных, промежуточных и готовых продуктов указаны в таблице А.2 (приложение А)

Материальный баланс сведен в таблицу А.3 (приложение А), для каждого потока указывается его состав, расход в кг/час и м3/час.

При моделировании данной ХТС (рисунок 2.1) был отлажен расчет тепловых и массовых балансов в программной системе Hysys, а также исследован сам процесс в ХТС.

2.1.2 Моделирование ХТС производства формальдегида на оксидном катализаторе на пакете Hysys

Элементы технологических схем производства формальдегида на оксидном катализаторе (рисунок 1.3 и 2.2) не совпадают, поскольку программная система Hysys содержит объекты, которые работают в разных направлениях в зависимости от процесса.

Ниже описаны объекты, применяемые на пакете Hysys в модельной технологической схеме на рисунке 2.2

Смеситель СМ - 100 является трубопроводом, где происходит объединение потока 1 (очищенный воздух) и потока 2 (отработанный газ) в один выходящий поток 3 (смесь). Смеситель Е - 101 объединяет поток 5 (нагретый воздух) и поток 6 (этиленгликоль) в общий выходящий поток 7 (спиртовоздушная смесь). Свойства выходящих потоков вычисляются автоматически, поскольку свойства всех входящих были заданы.

На пакете Hysys компрессор К - 100 используется для сжатия газовых потоков. В данном случае компрессор использовался для циркуляции потока воздуха 3. Весь процесс проводится при атмосферном давлении, гидравлическое сопротивление аппаратов не учитывается. В технологической схеме на рисунке 1.3 компрессор 1 работает по принципу воздуходувки.

Нагреватель Е - 100 и холодильник Е - 101 являются теплообменниками, в которых рассматривается один технологический поток. Входной поток нагревается или охлаждается до требуемых условий на выходе, а разница энтальпий входного и выходного потоков покрывается за счет энергетического потока Q3. На рисунке 1.3 эту операцию совершает теплообменник 2.

Реактор - GBR - реактор Гиббса. Реактор является изотермическим, избыток тепла отводится энергетическим потоком Q2. В технологической схеме на рисунке 1.3 используется реактор 3 также с теплоотводом. Тепло отводится с помощью теплообменника 4.

Покомпонентный делитель Х - 100 делит поступающий в него поток 10 (охлажденный контактный газ) на два потока - газ 11 и формалин 12, основываясь на введенных параметрах. Эта операция использовалась для описания процесса разделения, который никак по-другому нельзя смоделировать в Hysys. На рисунке 1.3 этот процесс разделения выполняет абсорбер 5.

Ветвитель В - 100 делит один входной поток 11 (газ) на два продуктовых потока (газ в рецикл 14 и на факел 13) с параметрами и составом, аналогичными входному потоку.

Процесс получения формалина по модельной ХТС (рисунок 2.2) осуществляется при поступлении очищенного воздуха 1 и отработанного газа 2 в смеситель СМ - 100. Затем смесь воздуха и газа 3 с помощью компрессора К - 100 подается в нагреватель Е - 100, где достигает температуры 315 оС. Далее метанол 6 и горячий воздух 5 поступают в смеситель СМ - 101, из которого спиртовоздушная смесь 7, содержащая 6 - 7 % (по массе) метанола (таблица Б.3 приложения Б), с температурой 180 оС поступает в верхнюю часть реактора GBR - 100. При температуре выше 400 оС оксидный катализатор теряет свою активность, поэтому процесс протекает при 380 оС (таблица Б.1 приложения Б). Избыточное тепло реакции отводится энергетическим потоком Q2. Из реактора выходит контактный газ 8, который поступает в холодильник Е - 101. С температурой 134 оС охлажденный контактный газ 10 направляется в покомпонентный делитель Х - 100, где идет разделение на два потока (газ 11 и формалин 12). Из нижней части покомпонентного делителя выводится 62,5 % формальдегида 12 (таблица Б.3 приложения Б). Газ 11 направляется в ветвитель В - 100, из которого часть газов поступает на факел 13, а оставшееся количество подается в рецикл 14.

Потоки Q1, Q2, Q3 и Q4 являются энергетическими. Процесс получения формалина рассматривается при атмосферном давлении и гидравлическое сопротивление аппаратов в данной технологической схеме не учитывается (рисунок 2.2), поэтому энергетический поток Q1 равен нулю. Энергетический поток Q2 отводит избыточное тепло из реактора GBR - 100. Поток Q3 - связь по тепловому потоку между нагревателем Е - 100 и холодильником Е - 101. Энергетический поток Q4 отводит избыток тепла из покомпонентного делителя Х - 100. В технологической же схеме на рисунке 1.3 См. подрадел 1.4, п.1.4.2 избыток тепла осуществляется через выносные теплообменники 6.

Дополнительно в пакете Hysys использовались объекты, позволяющие провести расчет в модельной технологической схеме (рисунок 2.2).

Подбор ADJ - 1 изменяет значение одной переменной технологической схемы (независимая переменная) так, чтобы некоторая зависимая (целевая) переменная схемы приняла заданное значение. В данной технологической схеме (рисунок 2.2) подбор является регулятором расхода отработанного газа 2 (независимая переменная). При определенном значении расхода отработанного газа в спиртовоздушной смеси (целевая) поддерживается 7 % метанола (по массе) во избежание взрываемости реакционной смеси.

Операция баланс BAL - 1 предназначен для выполнения различного рода тепловых и материальных балансов. Для операции должны быть заданы имена входных и выходных потоков. Баланс BAL - 1 имеет пять типов операций:

- мольный;

- массовый;

- тепловой;

- мольный и тепловой;

- общий.

В рассматриваемом процессе использовалась следующая операция баланса - массовый баланс. Эта операция рассчитывает общий массовый баланс. Были заданы составы и расходы всех входящих и выходящих потоков, кроме потока 13 (на факел). Операция массовый баланс рассчитала неизвестный расход потока 13 (таблица Б.3 приложения Б).

На рисунке 2.2 поток 14 (газ в рецикл) возвращается на вход системы, поэтому требуется операция рецикл RCY - 1. Рецикл RCY - 1 представляет собой теоретический блок, который вставляется в технологический поток. Поток 14, входящий в рецикл, называется рассчитываемым рецикловым потоком (он рассчитывается в технологической схеме), а поток 2, выходящий из рецикла, называется задаваемым рецикловым потоком, его значение определяется операцией рецикл RCY - 1 (таблица Б.1 приложения Б). В процессе расчета рецикла осуществляются следующие шаги:

- Оператор рецикла задает значение выходному потоку 2 и проводится расчет технологической схемы до тех пор, пока не будет определен (пересчитан) входной поток рецикла 14;

- Оператор рецикла сравнивает параметры входного и выходного потоков рецикла;

- анализируя разницу между параметрами этих потоков, оператор присваивает новые значения выходному потоку;

- процесс повторяется до тех пор, пока значения параметров входного и выходного потоков рецикла не совпадут с заданной точностью.

Условия, при которых протекает процесс получения формальдегида на оксидном катализаторе, сведены в таблице Б.1 (приложение Б)

Рисунок 2.2 -Модель ХТС производства формальдегида на оксидном катализаторе

СМ -100,101 - смесители; Е -100 - нагреватель; Е -101 - холодильник; GBR - 100 -реактор; Х -100 - покомпонентный делитель,К -100 -компрессор; В - 100 - ветвитель; RCY - 1 - рецикл ;ADJ - 1 - подбор ;BAL - 1 -баланс; Q1,Q2,Q3,Q4 - энергетические потоки; 1 - 12 -потоки.

Физико-химические и теплофизические свойства исходных, промежуточных и готовых продуктов указаны в таблице Б.2 (приложение Б)

Материальный баланс сведен в таблицу Б.3 (приложения Б), для каждого потока указывается его состав, расход в кг/час и м3/час.

При моделировании технологической схемы на рисунке 2.2 были получены расчетные данные (приложение Б). Далее эта модель использовалась в качестве аналога для создания технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль (рисунок 2.4).

2.2 Модель ХТС парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль

2.2.1 Анализ моделирования ХТС

Высокая реакционная способность этиленгликоля и, особенно, продуктов его превращения, многообразие влияющих на процесс внешних условий (состав реакционной смеси, температура) в значительной мере усложняет поиск оптимальных условий ведения процесса синтеза глиоксаля. Для более полного и подробного изучения процесса каталитического окисления этиленгликоля в глиоксаль на серебряном (Ag) катализаторе, выявления совместного влияния основных факторов (температуры, соотношения О2/ЭГ, разбавления реакционной смеси инертным газом - азотом и концентрации водного раствора этиленгликоля) на выход целевого продукта была разработана и смоделирована технологическая схема производства глиоксаля на серебряном катализаторе.

Технологическая схема парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль (рисунок 2.4) была смоделирована на пакете Hysys на основе аналогов, рассмотренных выше См.подраздел 2.1. Схема состоит из следующих элементов:

- смесители (СМ - 100, 101);

- компрессор (К - 100);

- нагреватель (Е - 100);

- холодильник (Е - 101);

- реактор (GBR - 100);

- покомпонентный делитель (Х - 100);

- ветвитель (В - 100).

В смесителе СМ - 100 происходит объединение потока 1 (очищенный воздух) и потока 2 (отработанный газ) в один выходящий поток 3 (смесь). Свойства выходящего потока 3 вычисляются автоматически, поскольку свойства всех входящих в смеситель СМ - 100 потоков известны. Благодаря эффекту смешения итоговая температура выходного потока существенно отличается от температур входящих потоков (таблица В.1 приложения В).

Результаты выводятся следующим образом:

Рисунок 2.3 - закладка Рабочая таблица

На рисунке 2.3 изображена закладка Рабочая таблица, в которой выводится информация о потоках, связанных с аппаратом.

Смеситель Е - 101 объединяет потоки 4 (воздух) и 5 (этиленгликоль) в один выходящий поток 6 (СВ смесь). Свойства выходящего потока вычисляются аналогично потоку 6.

Компрессор К - 100 применяется для сжатия газовых потоков. Как и в технологической схеме производства формальдегида на оксидном катализаторе (рисунок 2.2) компрессор использовали для циркуляции газового потока 3. Весь процесс производства глиоксаля в технологической схеме проводится при атмосферном давлении, мы пренебрегаем гидравлическим сопротивлением аппаратов.

Нагреватель Е - 100 и холодильник Е - 101 являются теплообменниками (также как и в раннее смоделированных технологических схемах См.подраздел 2.1), в которых рассматривается один технологический поток. Входной поток нагревается (поток 6 - спиртовоздушная смесь) или охлаждается (поток 8 - контактный газ) до требуемых условий на выходе (таблица 2.2), а разница энтальпий входного и выходного потоков покрывается за счет энергетического потока Q3.

Реактор - GBR (реактор Гиббса) рассчитывает состав выходного потока 8 (таблица 2.4) из предположения, что в выходном потоке достигнуто фазовое и химическое равновесие. Он не использует при этом стехиометрию реакций.

Покомпонентный делитель Х - 100 делит поступающий в него поток 10 (охлажденный контактный газ) на два потока - газ 11 и глиоксаль 12, основываясь на введенных параметрах. Эта операция использовалась для описания процесса разделения, который никак по-другому нельзя смоделировать в Hysys. Покомпонентный делитель учитывает материальный баланс по каждому компоненту :

fi = ai+bi (2.2.1)

где: fi - мольный расход i-ого компонента в сырье; ai - мольный расход i-ого компонента в верхнем продукте; bi - мольный расход i-ого компонента в нижнем продукте.

Мольный расход i-ого компонента в верхнем и нижнем продуктах вычисляются следующим образом:

ai = xi•fi , (2.2.2)

bi = (1?xi)•fi . (2.2.3)

где: xi - задаваемый коэффициент разделения, или отношение расхода i-ого компонента в верхнем продукте к его расходу в питании. Как только становятся известны состав, доля пара и давление выходных потоков, рассчитываются их температуры и нагрузка энергетического потока.

Ветвитель В - 100 делит один входной поток 11 (газ) на два продуктовых потока (газ в рецикл 14 и на факел 13) с параметрами и составом, аналогичными входному потоку.

Доля неизвестного потока 13 и расходы выходных потоков вычисляются следующим образом:

где r i - доля i-го потока; f i - расход выходного i-го потока; F - расход питания; N -количество выходных потоков.

В созданной технологической схеме (рисунок 2.4) процесс получения глиоксаля на серебряном катализаторе протекает следующим образом: очищенный воздух 1 и отработанный газ 2 поступают в смеситель СМ - 100; выходящая из смесителя СМ - 100 смесь газов 3 попадает в компрессор К - 100, где происходит циркуляция. Затем воздух 4 попадает в следующий смеситель СМ - 101, и в этот же трубопровод впрыскивается этиленгликоль 5. Выходящая из смесителя СМ - 101 спиртовоздушная смесь 6, пройдя через нагреватель Е - 100, с температурой 200 оС (для обеспечения работы катализатора), поступает в верхнюю часть реактора GBR - 100, где происходит процесс окисления ЭГ в глиоксаль. Процесс в реакторе протекает при автотермическом режиме, и рабочая температура составляет 600 оС. Избыточное тепло реакции отводится потоком Q2. Контактный газ 8 из реактора GBR - 100 направляется в холодильник Е - 101. Поток охлажденного до 138 оС контактного газа 10 из холодильника подается в покомпонентный делитель Х - 100, в котором происходит деление на два потока (газ 11 и глиоксаль 12). Из нижней части покомпонентного делителя выводится водный раствор глиоксаля 12 (таблица 2.4). Из верхней части покомпонентного делителя поток газа 11 направляется в ветвитель В - 100, из которого часть газов подается на факел 13, оставшееся количество возвращается в рецикл 14.

Потоки Q1, Q2, Q3 и Q4 являются энергетическими. Поскольку гидравлическое сопротивление аппаратов в данной технологической схеме не учитывается (рисунок 2.4), то энергетический поток Q1 равен нулю. Энергетический поток Q2 отводит избыток тепла из реактора GBR - 100. Поток Q3 - связь по тепловому потоку между нагревателем Е - 100 и холодильником Е - 101. Энергетический поток Q4 отводит избыточное тепло из покомпонентного делителя Х - 100.

Также как и в предыдущей схеме (рисунок 2.2) использовались дополнительные объекты пакета Hysys, без которых данные нескольких потоков были неизвестны, и технологическая схема не работала (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 -Модель ХТС парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль на серебряном катализаторе

СМ -100,101 - смесители; Е -100 - нагреватель; Е -101 - холодильник; GBR - 100 -реактор; Х -100 - покомпонентный делитель; К -100 -компрессор; В - 100 - ветвитель; RCY - 1 - рецикл; BAL - 1 -баланс; Q1,Q2,Q3,Q4- энергетические потоки; 1 - 12 -потоки.

2.2.2 Результаты расчета ХТС

Условия, при которых протекает процесс получения глиоксаля на серебряном катализаторе, сведены в таблице 2.2. Таблица 2.2 содержит следующие данные:

- температура (оС);

- мольный расход (кмоль/ч);

- массовый расход (кг/ч);

- мольная энтальпия (кДж/кмоль);

- мольная энтропия (кДж/кмоль• оС);

- теплосодержание (кДж/ч).

При взаимодействии этиленгликоля с кислородом образуется глиоксаль. Процесс реализуется при температуре 600 оС.

Физико-химические и теплофизические свойства исходных, промежуточных и готовых продуктов указаны в таблице 2.3. Получены следующие свойства потоков:

- молекулярный вес (г/моль);

- плотность (кг/м3);

- энтальпия (кДж/кг);

- энтропия (кДж/кг•оС);

- теплоемкость (кДж/кг•оС);

- теплопроводность (В/м•К);

- вязкость (сПз);

- кинематическая вязкость (сСт);

- низшая теплота сгорания (кДж/кг);

- теплота испарения (кДж/кг);

- Ср/СV;

- действительный объемный расход (м3/ч).

Материальный баланс сведен в таблицу 2.4. Для каждого потока указывается его состав, расход в кг/час и м3/час.

В результате получен водный раствор глиоксаля следующего состава:

Операция баланс BAL - 1 предназначена для выполнения различного рода тепловых и материальных балансов. Для операции должны быть заданы имена входных и выходных потоков. Баланс BAL - 1 имеет пять типов операций:

- мольный;

- массовый;

- тепловой;

- мольный и тепловой;

- общий.

В технологической схеме производства глиоксаля на рисунке 2.4 использовалась следующая операция баланса - массовый баланс. Эта операция рассчитывает общий массовый баланс. Были заданы составы и расходы всех входящих и выходящих потоков, кроме потока 13 (на факел). Операция массовый баланс рассчитала неизвестный расход потока 13 (таблица 2.4).

На рисунке 2.4 поток 14 (газ в рецикл) возвращается на вход системы, для этого требуется операция рецикл RCY - 1. Рецикл RCY - 1 представляет собой теоретический блок, который вставляется в технологический поток. Поток 14, входящий в рецикл, называется рассчитываемым рецикловым потоком (он рассчитывается в технологической схеме), а поток 2, выходящий из рецикла, называется задаваемым рецикловым потоком, его значение определяется операцией рецикл RCY - 1. Процесс расчета рецикла состоит из нескольких шагов, которые были описаны выше.

Таблица 2.1 - Состав водного раствора глиоксаля

Наименование компонентов	кг/час	% масс
ЭГ	0.99	0.81
Вода	79.43	64.53
Глиоксаль	42.66	34.66
Итого	123.08	100.0

Таблица 2.2 - Условия технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль

№ и название потоков	1	2	3	4	5	6	7
	очищенный воздух	отработ. газ	смесь	воздух	ЭГ	СВ смесь	нагретая смесь
Температура, оС	25.0	25.0	25.0	25.0	25.0	14.63	200.0
Мольный расход, кмоль/ч	4.148	7.910	12.06	12.06	3.581	15.64	15.64
Массовый расход, кг/ч	119.7	225.7	345.3	345.3	100.0	445.3	445.3
Мольная энтальпия, кДж/кмоль	-8.072	-1.273·104	-8355	-8355	-3.234·105	-8.049·104	-6.321·104
Мольная энтропия, кДж/кмоль·оС	155.8	150.1	152.8	152.8	8.184	119.8	168.8
Теплосодержание, кДж/ч	-33.46	-1.007·105	-1.007·105	-1.007·105	-1.158·106	-1.259·106	-9.885·105
Температура, оС	600.0	600.0	137.5	25.0	25.0	25.0	25.0
Мольный расход, кмоль/ч	16.46	-	16.46	11.30	5.160	3.386	7.910
Массовый расход, кг/ч	445.3	-	445.3	322.3	123.1	96.60	225.7
Мольная энтальпия, кДж/кмоль	-6.309·104	-6.309·104	-7.952·104	-1.272·104	-2.797·105	-1.272·104	-1.272·104
Мольная энтропия, кДж/кмоль·оС	202.1	202.1	175.5	150.1	62.06	150.1	150.1
Теплосодержание, кДж/ч	-1.038·106	-	-1.308·106	-1.436·105	-1.443·106	-4.305·104	-1.006·105

Таблица 2.3 - Свойства потоков технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль

№ и название потоков	1	2	3	4	5	6	7
	очищенный воздух	отработан. газ	смесь	воздух	ЭГ	СВ смесь	нагретая смесь
Молекулярный вес, г/моль	28.85	28.53	28.64	28.64	27.93	28.48	28.48
Плотность, кг/м3	1.164	1.152	1.156	1.156	1069	1.524	0.7244
Энтальпия, кДж/кг	-0.2796	-446.3	-291.7	-291.7	-1.158·104	-2827	-2220
Энтропия, кДж/кг·оС	5.401	5.263	5.337	5.337	0.2931	4.208	5.928
Теплоемкость, кДж/кг· оС	1.013	1.034	1.027	1.027	3.421	1.542	1.297
Теплопроводность, В/м·К	2.594·10-2	2.548·10-2	2.564·10-2	2.564·10-2	0.5228	-	3.597·10-2
Вязкость, сПз	1.883·10-2	1.830·10-2	1.848·10-2	1.848·10-2	2.791	-	2.290·10-2
Кинематическая вязкость, сСт	16.17	15.89	15.99	15.99	2.612	-	31.61
Низшая теплота сгорания, кДж/кг	-	-	-	-	1.335·104	2998	2998
Теплота испарения, кДж/кг	206.1	280.9	273.6	273.6	1693	1009	1009
Ср/СV	1.401	1.396	1.397	1.397	1.117	1.175	1.292
Действ. об. расход, м3/ч	102.8	196.0	298.7	298.7	9.359·10-2	292.3	614.8
Молекулярный вес, г/моль	27.06	27.06	27.06	28.53	23.85	28.53	28.53
Плотность, кг/м3	0.3727	0.3727	0.7938	1.152	1047	1.152	1.152
Энтальпия, кДж/кг	-2331	-2331	-2938	-445.7	-1.173·104	-445.7	-445.7
Энтропия, кДж/кг·оС	7.467	7.467	6.485	5.263	2.602	5.263	5.263
Теплоемкость, кДж/кг· оС	1.397	1.397	1.222	1.034	3.336	1.034	1.034
Теплопроводность, В/м·К	6.241·10-2	8.853·10-2	3.075·10-2	2.548·10-2	0.4160	2.548·10-2	2.548·10-2
Вязкость, сПз	3.424·10-2	3.310·10-3	1.901·10-2	1.830·10-2	1.564	1.830·10-2	1.830·10-2
Кинематическая вязкость, сСт	91.85	8.881	23.94	15.89	1.494	15.89	15.89
Низшая теплота сгорания, кДж/кг	1351	1351	1351	-	4890	-	-
Теплота испарения, кДж/кг	1098	1098	1098	280.8	1804	280.8	280.8
Ср/СV	1.282	1.282	1.340	1.396	1.190	1.396	1.396
Действ. об. расход, м3/ч	1195	-	561.0	279.9	0.1176	83.89	196.0

Таблица 2.4 - Материальный баланс технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль

Наименование компонентов	Поток № 1 - Очищенный воздух	Поток № 2 - Отработанный газ
	кг/час	% масс.	м3/час	% об.	кг/час	% масс.	м3/час	% об.
ЭГ	-	-	-	-	-	-	-	-
Азот	91.80	76.71	0.114	82.29	214.42	95.02	0.266	95.12
Кислород	27.88	23.29	0.024	17.71	-	-	-	-
Вода	-	-	-	-	-	-	-	-
Глиоксаль	-	-	-	-	-	-	-	-
СО2	-	-	-	-	11.25	4.98	0.014	4.88
Итого	119.68	100.0	0.138	100.0	225.67	100.0	0.280	100.0
Наименование компонентов	Поток № 4 - Воздух	Поток № 5- Этиленгликоль
	кг/час	% масс.	м3/час	% об.	кг/час	% масс.	м3/час	% об.
ЭГ	-	-	-	-	50.0	50.0	0.045	47.33
Азот	306.22	88.67	0.380	90.88	-	-	-	-
Кислород	27.88	8.07	0.025	5.86	-	-	-	-
Вода	-	-	-	-	50.0	50.0	0.050	52.67
Глиоксаль	-	-	-	-	-	-	-	-
СО2	11.25	3.26	0.014	3.26	-	-	-	-
Итого	345.35	100.0	0.418	100.0	100.0	100.0	0.095	100.0
Наименование компонентов	Поток № 7 - Нагретая смесь	Поток № 8 - Контактный газ
	кг/час	% масс.	м3/час	% об.	кг/час	% масс.	м3/час	% об.
ЭГ	50.0	11.23	0.045	8.78	0.99	0.22	0.001	0.17
Азот	306.22	68.76	0.380	74.03	306.22	68.76	0.380	73.47
Кислород	27.88	6.26	0.024	4.78	-	-	-	-
Вода	50.0	11.23	0.05	9.77	79.43	17.83	0.080	15.40
Глиоксаль	-	-	-	-	42.66	9.58	0.037	7.20
СО2	11.25	2.53	0.014	2.66	16.04	3.60	0.019	3.76
Итого	445.35	100.0	0.513	100.0	445.34	100.0	0.517	100.0
Наименование компонентов	Поток № 12 - Глиоксаль	Поток № 13 - На факел
	кг/час	% масс.	м3/час	% об.	кг/час	% масс.	м3/час	% об.
ЭГ	0.99	0.81	0.001	0.76	-	-	-	-
Азот	-	-	-	-	91.79	95.02	0.114	95.13
Кислород	-	-	-	-	-	-	-	-
Вода	79.43	64.53	0.08	67.62	-	-	-	-
Глиоксаль	42.66	34.66	0.037	31.62	-	-	-	-
СО2	-	-	-	-	4.81	4.98	0.006	4.87
Итого	123.08	100.0	0.118	100.0	96.60	100.0	0.120	100.0

2.3 Выводы

В ходе изучения процессов окисления спиртов были смоделированы в программной системе Hysys две технологические схемы производства формальдегида:

- на серебряном катализаторе;

- на оксидном катализаторе.

Получены основные расчетные данные этих процессов (приложения А и Б). Моделирование технологических схем-аналогов проводилось для расчета этих ХТС и дальнейшей разработки получения глиоксаля. Сопоставляя преимущества и недостатки этих двух методов, предложен вариант разработки ХТС производства глиоксаля.

По ХТС на рисунке 2.2 был преобразован процесс синтеза глиоксаля (рисунок 2.4), но на серебряном катализаторе.

В результате была разработана и смоделирована технологическая схема производства глиоксаля парофазным окислением этиленгликоля на пакете Hysys. А также получены расчетные данные этого процесса:

- условия протекания процесса;

- свойства потоков технологической схемы;

-материальные и тепловые балансы.

Эта модель разрабатывалась с целью:

- выявления лучших условий протекания процесса производства глиоксаля;

- удешевления процесса исследования, путем сокращения количества лабораторных опытов;

- сокращения сроков подготовки результатов исследования;

- детальности прорабатываемого процесса.

3. Охрана труда при моделировании технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль

Смоделированная технологическая схема производства глиоксаля парофазным окислением этиленгликоля (рисунок 2.4) предназначена для создания установки на производстве.

Реактор - основной элемент данной технологической схемы. Дополнительным оборудованием являются два смесителя, компрессор, нагреватель, холодильник, покомпонентный делитель и ветвитель. Этиленгликоль и глиоксаль являются токсичными и пожароопасными веществами.

В этом разделе проведен анализ основных химических веществ, которые должны применяться в производстве, и организационно-технических мер по обеспечению безопасности при эксплуатации установки.

3.1 Основные химические вещества

В ходе работы технологической установки должны использоваться химические вещества, при этом необходимо учитывать, что все химические вещества в той или иной степени ядовиты. Совершенно безвредной являются только чистая вода и воздух.

Химические вещества, которые используются и получаются в процессе работы, приведены ниже. Вредные вещества отвечают требованиям ГОСТ 12.1.007 - 76.

ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ (гликоль; 1,2-диоксиэтан; 1,2-этандиол, HOCH2CH2OH) представляет собой вязкую бесцветную жидкость сладкого вкуса, не имеет запаха, ядовит, гигроскопичен. Этиленгликоль смешивается во всех соотношениях с водой, спиртом, ацетоном, этанолом, плохо растворим в эфире, не растворим в хлороформе, алифатических и ароматических углеводородах. Реагирует с сильными окислителями и сильными основаниями. Важным свойством этиленгликоля является способность сильно понижать температуру замерзания воды (до - 25 оС при 40%-ном содержании ЭГ в воде и до -40оС при 60%-ном). Благодаря этому этиленгликоль используют в процессе приготовления антифризов.

Этиленгликоль - горючее вещество. Температура вспышки паров 120 °С. Температура самовоспламенения 380 °С. При сгорании образует токсичные газы.. Употребления внутрь даже в небольших дозах приводит к острым отравлениям. Пары обладают не столь высокой токсичностью и представляют опасность лишь при хроническом вдыхании.

ГЛИОКСАЛЬ (этандиал, диформиль, щавелевый альдегид, О=СНСН=О) представляет собой бесцветную жидкость с желтоватым оттенком, почти без запаха. Поликристаллический глиоксаль имеет белый цвет, негигроскопичен, легко растворяется в теплой воде. Глиоксаль хорошо растворим в воде, спирте и эфире, обладает всеми свойствами альдегидов, не горит, обладает острой токсичностью. Температура вспышки 285 °С. Вреден при вдыхании, раздражает слизистую оболочку глаз и кожу, возможен мутагенный эффект.

3.1.1 Химические факторы

Показатели токсичных веществ (предельно допустимая концентрация (ПДК) или ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ) в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе, класс опасности) представляются в виде таблицы 3.1.

Таблица 3.1 - Показатели токсичных веществ

Наименование вредного вещества	Этиленгликоль	Глиоксаль
Агрегатное состояние, Химическая формула	вязкая бесцветная жидкость, без запаха HOCH2CH2OH	бесцветная жидкость с желтоватым оттенком, почти без запаха, О=СНСН=О
ПДК в воздухе рабочей зоны, мг/м3	5	2 с пометкой "Требуется защита кожи и глаз"
Класс опасности	3	3
Класс токсичности	1	1

3.1.2 Характер воздействия на человека и оказание первой медицинской помощи

Токсическое действие этиленгликоля на человека зависит от ряда обстоятельств:

- индивидуальной чувствительности организма;

- количества;

- состояния нервной системы;

- степени наполнения желудка;

- наличия или отсутствия рвоты.

Вещество может всасываться в организм при вдыхании, при этом проявляются такие симптомы как: кашель, головокружение, головная боль, и через кожу.

Дозы вызывающие смертельное отравление этиленгликолем варьируются в широких пределах - от 100 до 600 мл. По данным ряда авторов смертельной дозой для человека является 50 - 150 мл. Смертность при поражении этиленгликолем очень высока и составляет более 60% всех случаев отравления.

Этиленгликоль быстро всасывается и в течение нескольких часов циркулирует в крови в неизмененном виде, достигая максимальной концентрации через 2-5 часов. Затем его содержание в крови постепенно снижается, и он фиксируется в тканях. При этом появляются боль в животе, сильная жажда, головная боль, рвота, понос. Кожа сухая, гиперемирована. Слизистые оболочки с цианотичным оттенком. Психомоторное возбуждение, расширение зрачков, повышение температуры тела, одышка. При тяжелых отравлениях -- потеря сознания, ригидность затылочных мышц, клонико-тонические судороги. Дыхание глубокое, шумное; метаболический ацидоз. Острая сердечная недостаточность, отек легких. На 2-5-е сутки -- анурия, токсическая гепатопатия, острая печеночно-почечная недостаточность.

Характерно двухфазное действие яда. Первоначально проявляется наркотический эффект, что связано с действием на центральную нервную систему всей молекулы спирта, проявляющийся в состоянии опьянения и нарушения психической деятельности. Эти явления наблюдаются в течение 24-48 часов с момента отравления. Результатом этого действия является кислородное голодание тканей мозга. Понижается кислородопереносящая функция гемоглобина. В ранние сроки отравления больные погибают от острой сердечной недостаточности или от отека легких. Если отравленный вышел из стадии мозговых явлений, то дальнейшая симптоматика является результатом второй фазы токсического действия этиленгликоля, а именно результатом второй фазы токсического действия продуктов его окисления - щавелевой кислоты и её солей (щавелевого кальция). Последний накапливается в мозгу, в почках и других органах. Происходит обеднение кальцием крови и тканей, что ведет к нарушению нервно-мышечной функции, нарушению свертываемости крови. Этиленгликоль ведет к усиленному распаду белков и глубокому изменению углеводного обмена.

Глиоксаль обладает острой токсичностью, вреден при вдыхании, раздражает слизистую оболочку глаз и кожу. Возможен мутагенный эффект.

Ниже приведена таблица 3.2, где указаны основные пункты первой помощи при воздействии токсичных веществ на человека.

Таблица 3.2 - Оказание первой медицинской помощи

Воздействие	Первая помощь
	Этиленгликоль	Глиоксаль
Вдыхание	Свежий воздух, покой, искусственное дыхание по показаниям, обратиться за медицинской помощью.	Успокоить пациента, вывести на чистый воздух, вызвать врача
Кожа	Удалить загрязненную одежду, промыть кожу большим количеством воды или под душем.	Удалить загрязненную одежду, промыть водой с мылом.
Глаза	Вначале промыть большим количеством воды в течение нескольких минут (снять контактные линзы, если это не трудно), затем доставить к врачу.	Промывать открытые глаза проточной водой не менее15 мин.
Проглатывание	Прополоскать рот, вызвать рвоту (только если пострадавший в сознании!), обратиться за медицинской помощью. Если медперсонал отсутствует и пациент в сознании, прием внутрь алкогольных напитков может предотвратить почечную недостаточность.	Промыть рот, выпить большое количество воды, врача.

3.2 Меры безопасности

Помещения, в которых проводятся работы с этиленгликолем и глиоксалем, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией. Рабочий персонал должен быть обеспечен спецодеждой согласно отраслевым нормам и средствами защиты - фартуком из пленочной ткани, резиновыми перчатками и сапогами, защитными очками, противогазом по ГОСТ 12.4.034 или марки БКФ. Во время работы не пить, не принимать пищу и не курить.

3.2.1 Упаковка, транспортировка и хранение токсичных веществ

Этиленгликоль заливают в алюминиевые бочки вместимостью 110 и 275 дмі, бочки из коррозионно-стойкой стали вместимостью 110-250 дмі, в стальные не оцинкованные бочки вместимостью 100, 200 дмі, а также в железнодорожные цистерны с котлами из алюминия или коррозионно-стойкой стали.

Глиоксаль упаковывают в бочки с кольцом 250 кг. Упаковка не пригодна для повторного использования.

Транспортировка токсичных веществ должна производиться с соблюдением всех мер предосторожности, личной и общественной безопасности при надлежащей охране и обязательно в сопровождении ответственного лица - представителя грузоотправителя или грузополучателя, хорошо знающего свойства транспортируемых веществ и умеющего обращаться с ними.

Каждая партия транспортируемого химического вещества должна сопровождаться паспортом (сертификатом), в котором содержатся данные о качестве продукта и количественном составе партии, данные журнала наполнения (заводской номер, масса тары нетто, брутто, масса залитого вещества, срок следующего освидетельствования тары), а также данные о пожаро- и взрывоопасности продукта.

Перевозка токсичных веществ ручной кладью в общественных видах транспорта, независимо от их количества, категорически запрещается.

Этиленгликоль, упакованный в бочки, транспортируют всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах, а также наливом в железнодорожных цистернах. Этиленгликоль, упакованный в бочки, перевозят железнодорожным транспортом повагонно и мелкими отправками. При транспортировании наливом - в железнодорожных цистернах с котлами из алюминия или коррозионно-стойкой стали, по согласованию с потребителем - в железнодорожных цистернах с верхним сливом и цистернах из углеродистой стали.

Специальных указаний по транспортировке глиоксаля не существует.

Для безопасного хранения химических веществ должны учитываться следующие критерии:

- совместимость и разделение при хранении химических веществ;

- свойства и количество химических веществ, подлежащих хранению;

- безопасность, местонахождение складских помещений и доступ к ним;

- конструкция, характер и целостность контейнеров для хранения;

- погрузка и выгрузка контейнеров для хранения;

- требования к маркировке и перемаркировке;

- меры предосторожности против случайного выброса химических веществ, пожара, взрыва, химической реактивности;

- температура, влажность и вентиляция;

- меры предосторожности и действия в случае утечек;

- экстренные меры в аварийных ситуациях.

Складские помещения для токсичных веществ должны быть сухими, светлыми, иметь естественную и механическую вентиляцию и состоять не менее чем из двух отделений: отделения для хранения и выдачи веществ, отделения для хранения спецодежды, воды, мыла, а также аптечки для оказания первой помощи.

Токсичные вещества должны храниться только в специально предназначенных и оборудованных складах, которые должны быть отделены от мест хранения прочих веществ. Хранилища токсичных веществ должны иметь прочные входные двери: металлические или деревянные, обитые железом, закрывающиеся на наружные замки, и находиться под охраной. Эти вещества должны быть на отдельном учете с регистрацией прихода и расхода.

Оконные проемы в складе для токсичных веществ должны быть защищены металлическими решетками с поперечным сечением не менее 1,5 см2.

Места хранения химических веществ должны иметь знаки безопасности согласно ГОСТ 12.4.026.

Емкости, содержащие опасные или токсичные вещества, в зависимости от размера поверхности, должны быть окрашены в желтый сигнальный цвет или иметь предупреждающую полосу желтого цвета шириной от 50 до 150 мм согласно ГОСТ 12.4.026.

Не допускается завоз и хранение на складе емкостей с химическими веществами при отсутствии маркировки на таре и соответствующих надписей.

Приемные цистерны для жидких химических веществ должны превышать по объему транспортные цистерны с тем, чтобы все содержимое последних переходило в приемные цистерны без добавочных операций, связанных с переключением сливных труб.

Загрузка, слив и выдавливание из цистерн должны осуществляться способами, исключающими выделение в воздух вредных веществ или попадание их на кожные покровы работников.

При входе в склад должен быть устроен пандус или порог, предотвращающий растекание жидкости в случае аварии.

Этиленгликоль хранят в герметичных емкостях из алюминия, коррозионно-стойкой стали или алюминированной стали и хранят в бочках в крытых не отапливаемых складских помещениях. Бочки с этиленгликолем должны храниться вертикально. Высота штабеля бочек не должна превышать три яруса.

Глиоксаль хранят в герметичных бочках, которые не пригодны для повторного использования.

Срок хранения этиленгликоля в таре, соответствующей требованиям ГОСТ 19710-78 составляет 1 год со дня изготовления. По истечении одного года срок хранения может быть продлен при условии соответствия показателей качества ГОСТ 19710-78.

Срок годности глиоксаля - 6 месяцев. При долгом хранении может появиться желтизна (изменение цвета).

3.2.2 Взрыво - и пожаробезопасность

Возникновение горения чаще всего связано с нагреванием горючей системы тем или иным источником воспламенения. При этом энергия молекул горючего и кислорода увеличивается, и при достижении определенного значения энергии молекулы горючего вещества вступают в соединение с кислородом воздуха. Во избежание образования взрывоопасной среды, запрещается устанавливать в помещении лаборатории баллона с кислородом.

Все химические вещества, которые должны использоваться при работе на установке, являются в той или иной степени взрывоопасными. Взрыв может привести к пожару на установке.

Пределы воспламенения в смеси с воздухом при комнатной температуре для этиленгликоля и глиоксаля приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Характеристики пожарной опасности токсичных веществ

Наименование вещества	Агрегатное состояние	Температура, оС	Концентрационные пределы воспламенения паров в воздухе
		Вспышки	Самовоспламенения	Температурные, оС	Концентрационные, % объема
				нижний	верхний	нижний	верхний
ЭГ	Бесцветная вязкая гигроскопичная жидкость	120	380	112	124	3,8	6,4
Глиоксаль	Бесцветная жидкость с желтоватым оттенком	285	не горит	-	-	-	-

Самовоспламенение - распространенный процесс, присущий очень многим веществам. Обычно воспламенение веществ происходит при достижении определенной температуры, которая называется температурой самовоспламенения.

В зависимости от температуры самовоспламенения устанавливаются пять групп взрывоопасных смесей (Т1-Т5). Этиленгликоль относится к группе Т2, как вещество, образующиеся с воздухом взрывоопасную смесь при температуре самовоспламенения от 300 до 450°С.

Основное условие для взрыва -- наличие соответствующего концентрационного предела. Нижний и верхний пределы концентрации для воспламенения в данном случае уже являются нижним и верхним пределами взрывоопасной концентрации (предел взрываемости). Одной из особенностей пожара, вызванного горением паровоздушных смесей, является образование огневого шара, время существования которого колеблется от нескольких секунд до нескольких минут. Опасным фактором огневого шара является тепловой импульс. Размеры огневого шара, время его существования и величина теплового импульса зависят от количества сгораемого вещества. Согласно ССБТ ГОСТ 12.1.004-91 риск пожароопасности для людей должен быть не более 10-6 воздействия опасных факторов пожара, превышающих допустимые значения, в год в расчете на каждого человека.

При комплектовании помещений и оборудования первичными средствами пожаротушения следует руководствоваться требованиями правил пожарной безопасности ППБ-03-93. При возгорании применяют следующие средства пожаротушения: двуокись углерода, воду в виде компактных и распыленных струй в тонко распыленном виде, спиртоустойчивые пены, порошки, сухой огнетушитель.

3.2.3 Повышенная температура оборудования

Каталитический реактор установки нагревается до 6000С, при этом внешняя поверхность реактора может нагреться до 500С. При таких температурах контакт с кожей человека может привести к ожогам. В связи с этим следует избегать соприкосновения с нагретой поверхностью реактора. А в рабочем состоянии высокотемпературные части установки по получению глиоксаля теплоизолированы.

3.2.4 Требования пожарной безопасности

Обеспечение пожарной безопасности должно осуществляться на основании требований правил ППБ-03-93 и ГОСТ 12.1.004 - 91. Пожарная безопасность обеспечивается в зависимости от пожарной опасности производства. Категория пожарной безопасности помещения, где производится работа, относится к категории Б (взрывопожароопасная) [22] .

Для обеспечения пожарной безопасности необходимо осуществление следующего комплекса мероприятий:

- лица, допускаемые к работе с химическими веществами, должны иметь профессиональную подготовку (в том числе и по безопасности труда), соответствующую характеру работы;

- необходимо проводить контроль состояния технологических процессов и помещений;

- введение профилактики пожаров в зависимости от категории пожарной безопасности;

- проведение вводного инструктажа инспектором пожарной безопасности;

- должен проводиться контроль над выполнением требований пожарной безопасности в помещениях.

На случай возникновения пожара в соответствии с требованиями СНиП 2.04.05 и ГОСТ 12.4.021 следует предусмотреть специальные устройства, обеспечивающие отключение вентиляционных систем, а также при необходимости включение систем аварийной противодымной вентиляции.

В производственных помещениях должны находиться первичные средства пожаротушения.

3.2.5 Требования безопасности в аварийных ситуациях

При возникновении аварийных ситуаций, сотрудник должен следовать следующим правилам:

1) В случае обнаружения каких-либо неполадок при работе на установке (утечка токсичных веществ, разгерметизация) необходимо обесточить установку, продуть инертным газом, найти и устранить неисправность.

2) Запрещается проводить ремонтные работы на работающей установке.

3) Перед вскрытием для чистки и ремонта производственное оборудование должно быть продуто сначала инертным газом, а затем чистым воздухом и промыто водой.

4) При возникновении ожогов первой степени (покраснение) в случае контакта кожи рук с нагретой поверхностью, смазать пораженное место одним из средств: облепиховое масло, можно наложить спиртовой компресс. при необходимости обратиться к врачу.

5) При утечке этиленгликоля сообщить в ЦСЭН. Не прикасаться к пролитому веществу. Устранить течь с соблюдением мер предосторожности. Перекачать содержимое в исправную емкость или в емкость для слива с соблюдением условий смешения жидкостей. Проливы оградить земляным валом, засыпать инертным материалом, собрать в емкости. Не допускать попадания вещества в водоемы, подвалы, канализацию.

При утечке глиоксаля большие количества его должны быть собраны в контейнеры, засыпаны абсорбирующим составом и утилизированы в соответствии с местными правилами переработки химических отходов. Избегать контактов с кожей, глазами и одеждой. Не допускать попадания в сточные воды.

6) Действия при пожаре:

- отключить вентиляцию;

- отключить электропитание установки;

- сообщить в пожарную часть и по мере возможности приступить к ликвидации очага пожара подручными средствами (водой, огнетушителями и т.д.)

4. Организационно - экономический раздел

Данную дипломную работу можно рассматривать как научно- исследовательскую работу (НИР). Работа является разработкой технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль.

Имитационное моделирование включает в себя методы разработки моделей в виде технологических схем с помощью программной среды Hysys. Таким образом, исследователь получает мощный инструмент для анализа и прогнозирования поведения сложных процессов.

Применение системы имитационного моделирования позволит:

- удешевить процесс исследования, путем сокращения количества лабораторных опытов;

- сократить сроки подготовки результатов исследований;

- увеличить количество и детальность прорабатываемых вариантов.

Данная программа может использоваться как с целью выявления лучших условий протекания того или иного процесса, так и в учебных целях.

Разработка имитационной модели позволит существенно снизить себестоимость научно-исследовательской работы.

В данном разделе рассматривается планирование НИР, представлены затраты на программную среду Hysys и экономическое обоснование создания программного комплекса для расчета процесса синтеза глиоксаля.

4.1 Актуальность темы

Процесс парофазного окисления этиленгликоля на серебряных катализаторах наиболее экономически выгодный и экологически безопасный среди ряда способов синтеза глиоксаля.

Синтез альдегидов и кетонов парофазным каталитическим окислением спиртов осуществляется во всех промышленно-развитых странах. Их производство в мире непрерывно растет в связи с широким использованием в различных органических синтезах.

Интерес к синтезу глиоксаля неуклонно растет. Мировое производство глиоксаля составляет свыше 1,5 млн. тонн в год. В России производство глиоксаля отсутствует, хотя потребность в нем составляет свыше 10 тыс.тонн в год.

Разнообразие промышленного использования глиоксаля и его соединений на его основе обусловлено повышенной химической активностью его молекулы. Очень важные перспективы применения глиоксаля открываются в фармацевтической промышленности. Широкий спектр производных глиоксаля представлен сульфаниламидными, противотуберкулезными и бактерицидными препаратами.

4.2 План научно-исследовательской работы

Таблица 4.1 - План работ по НИР

Этапы	Работы
Разработка плана НИР	- согласование плана проведения НИР; - подбор и изучение отечественной и зарубежной научно-технической литературы; - изучение программной среды Hysys.
Теоретические исследования и расчеты	- выбор и обоснование способов решения поставленной задачи; - исследование физико-химических основ процесса.
Разработка ХТС	- разработка плана экспериментальных исследований; - подготовка программной среды Hysys, необходимой для моделирования ХТС; - разработка и моделирование ХТС; анализ полученных результатов.
Оформление результатов	- обобщение полученных результатов; - оформление и рецензирование технического проекта.

Планирование работ по выполнению НИР с целью сокращения срока от разработки технологической схемы производства глиоксаля парциальным окислением ЭГ до ее внедрения требует создание календарного плана (таблица 4.1).

4.3 Определение сметной стоимости проведения НИР

На выполнение данной НИР по смете необходимы следующие затраты:

- расчет материальных затрат;

- затраты на заработную плату научно-исследовательского персонала;

- прочие затраты.

4.3.1 Материальные затраты

Затраты на программную среду

Затраты на программную среду Hysys (по данным ИК СО РАН) составляют 1 000 $. Курс доллара на данный момент составляет 23 рубля 6 копеек.

СПР = 1000 • 23,6 = 23 600 руб.

Электроэнергия

При расчете затрат на электроэнергию персонального компьютера учитываем, что работа проводилась в течении 60 дней и рабочий день составлял 8 часов, а согласно действующим тарифам 1 кВт·час стоит 1 руб. 80 коп. без НДС (18 %) по данным бухгалтерии ИК СО РАН. Компьютер потребляет 0,45 кВт•час. В результате энергозатраты составляют 254,88 кВт·час. Затраты на электроэнергию составили: СЭ = 1,8 • 254,88 = 458,79 руб.

Итого материальные затраты составляют:

СМАТ = СПР + СЭ = 23 600 + 458,79 = 24 058 руб. 79 коп.

4.3.2 Заработная плата научно-исследовательского персонала

Расчет затрат по данной статье осуществляется в зависимости от времени работы участников выполнения НИР и ставок их оплаты. Расчет заработной платы осуществляется по следующей формуле:

, (4.1)

где - среднечасовая тарифная ставка научно-исследовательского персонала, руб./час; ti - трудоемкость выполнения НИР, нормо-час; m - количество видов научно-исследовательских работ.

Ориентировочно выполнение дипломной работы занимает 4 месяца или 120 дней с учетом выходных. Результаты расчета заработной платы научно-исследовательского персонала приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Результаты расчета заработной платы научно-исследовательского персонала

№	Вид работы	Специалисты	Средне-часовая тарифная ставка, руб./час	Трудоемкость выполнения работы, нормо-час	Сумма, руб.
1	Согласование плана проведения НИР	научный руководитель	50,00	80	4000,00
2	Подбор и изучение отечественной и зарубежной научно-технической литературы	лаборант	18,00	136	2448,00
3	Изучение программной среды Hysys	лаборант	18,00	80	1440,00
4	Выбор и обоснование способов решения поставленной задачи	научный руководитель, лаборант	50,00 18,00	48	2400,00 864,00
5	Исследование физико-химических основ процесса	лаборант	18,00	80	1440,00
6	Разработка плана экспериментальных исследований	лаборант	18,00	32	576,00
7	Подготовка программной среды Hysys, необходимой для моделирования ХТС	научный руководитель, лаборант	50,00 18,00	40	2000,00 720,00
8	Разработка и моделирование ХТС; анализ полученных результатов	лаборант	18,00	320	5760,00
9	Обобщение полученных результатов	лаборант	18,00	56	1008,00
10	Оформление и рецензирование технического проекта

Подобные документы

• Степень окисления. Влияние методов получения пленок SiO2 на их свойства

  Понятие степени окисления элементов в неорганической химии. Получение пленок SiO2 методом термического окисления. Анализ влияния технологических параметров на процесс окисления кремния. Факторы, влияющие на скорость получения и качество пленок SiO2.
  
  реферат [147,2 K], добавлен 03.12.2014
  

• Химия и технология дегидрирования и гидрирования

  Общая характеристика технологической схемы производства формалина и стирола. Рассмотрение особенностей дегидрирования и окисления первичных спиртов. Знакомство с технологией газофазного гидрирования. Основные этапы производства высших жирных спиртов.
  
  презентация [1,0 M], добавлен 07.08.2015
  

• Производство серной кислоты

  Описание промышленных способов получения серной кислоты. Термодинамический анализ процесса конденсации и окисления диоксида серы. Представление технологической схемы производства кислоты. Расчет материального и теплового баланса химических реакций.
  
  реферат [125,1 K], добавлен 31.01.2011
  

• Некоторые способы получения спиртов

  Виды спиртов, их применение, физические свойства (кипение и растворимость в воде). Ассоциаты спиртов и их строение. Способы получения спиртов: гидрогенизация окиси углерода, ферментация, брожение, гидратация алкенов, оксимеркурирование-демеркурирование.
  
  реферат [116,8 K], добавлен 04.02.2009
  

• Качественный и количественный анализ диметилсульфоксидов нефти

  Кинетический анализ схемы перекисного окисления нефтяных сульфидов. Влияние способа приготовления катализатора на кинетику перекисного окисления нефтяных сульфидов. Автокатализ в реакции окисления нефтяных сульфидов в присутствии оксида молибдена.
  
  курсовая работа [647,6 K], добавлен 13.01.2015
  

• Способы получения спиртов

  Основные способы получения спиртов. Гидрогенизация окиси углерода. Ферментация. Синтез спиртов из алкенов. Синтез спиртов из галогеноуглеводородов, из металлоорганических соединений. Восстановление альдегидов, кетонов и эфиров карбоновых кислот.
  
  реферат [150,9 K], добавлен 04.02.2009
  

• Монооксигеназная цепь окисления природных и чужеродных веществ

  Понятие об оксидазном типе окисления. Оксигеназный тип окисления. Роль микросомального окисления. Специфические превращения аминокислот в организме. Обезвреживание чужеродных веществ. Связывание в активном центре цитохрома. Восстановление железа в геме.
  
  презентация [175,5 K], добавлен 10.03.2015
  

• Омыляемые липиды

  Высшие жирные кислоты. Биосинтез карбоновых кислот. Сложные эфиры высших одноатомных спиртов и высших жирных кислот. Простые липиды триацилглицерины. Реакции окисления липидов с участием двойных связей. Окисление с расщеплением углеводородного скелета.
  
  реферат [1,0 M], добавлен 19.08.2013
  

• Особенности окисления углерода в кислородном конвертере при разных способах подачи дутья

  Сущность классических вариантов конвертерных процессов получения, реакция окисления углерода, зависимость от параметров дутьевого режима: положения фурмы и расхода кислорода. Способы измерения состава конвертерного газа, образующегося в реакционной зоне.
  
  статья [46,1 K], добавлен 03.05.2014
  

• Разработка контактного метода производства серной кислоты

  Физико-химические основы процессов окисления SO2 в системе двойного контактирования и абсорбции. Расчет значения констант равновесия и выхода продукции. Материальный и тепловой балансы процессов. Разработка технологической схемы получения серной кислоты.
  
  дипломная работа [207,8 K], добавлен 23.06.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам