Разработка технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль с использованием серебряных катализаторов
Общие сведения о глиоксале, способы его получения. Парофазное каталитическое окисление этиленгликоля. Моделирование химико-технологической схемы производства глиоксаля на серебряном катализаторе. Моделирование технологической схемы на пакете ChemCAD.
| Рубрика | Химия |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.07.2015 |
| Размер файла | 5,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Проектируемая схема окисления ЭГ имеет ряд очень важных особенностей:
1) Узкий диапазон рабочих температур. Так как температура «зажигания» катализатора лежит в пределах 200-250 ?С, очень важно достигнуть такой температуры исходной смеси на входе в реактор. Но при этом нельзя допустить перегрева каталитического слоя в ходе экзотермической реакции, так как при перегреве слой катализатора сильно закоксовывается, а следовательно теряет свою активность. Оптимальная температура до 650 ?С. Данные условия регулируются подачей инертного газа (в данном случае азота)
2) Этиленгликоль очень чувствителен к высоким температурам. При температурах свыше 200 ?С ЭГ проявляет повышенную химическую активность, разлагаясь на стенках аппарата. В связи с этим особое внимание необходимо уделять процессу испарения раствора ЭГ.
Технологическая схема парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль (рисунок 2.1) была смоделирована при помощи программного пакета ChemCAD с учетом особенностей данной технологической схемы.
Схема состоит из следующих элементов:
- Смесители 1,2,9.
- Теплообменники 7,8
- Реактор каталитического превращения ЭГ 3
- Холодильник 4
- Покомпонентные делители 5 и 6
- Реактор дожигатель 10
В потоке 1 подается газообразный азот при комнатной температуре 25 ?С., при небольшом избыточном давлении. В смесителе 1 он смешивается с потоком 2 - воздухом так же при комнатной температуре и избыточном давлении. Далее полученная смесь направляется в подогреватель 7, в котором смесь нагревается до 200 ?С. В смесителе 2 полученная нагретая азото - воздушная смесь объединяется с потоком газообразного ЭГ , предварительного испаренного в нагревателе 8, куда ЭГ в виде водного 50% раствора подавался с потоком 3. Теплообменники
Рисунок 2.1 Технологическая схема селективного парогазового окисления этиленгликоля
7 и 8 нагревают входящие в них потоки до заданной температуры, при заданном перепаде давления. Блок расчета теплообменника вычисляет количество энергии необходимое для нагрева, используя заданные входную и выходную температуры. В качестве такого теплообменника может использоваться теплообменник с нагревом электрическим током.
После смесителя 2 реакционная смесь (воздух, азот, ЭГ и вода) разогретая до 200 ?С (температура «загорания» катализатора) поступает в реактор 3, где при прохождении через слой катализатора происходят реакции в адиабатическом режиме. При моделировании процесса в программном пакете ChemCAD используется модель расчета реактора именуемая «стехиометрический реактор». Для расчета, в соответствии с экспериментальными данными, принимаем конверсию по ЭГ 0.9. Так же примем во внимание, что в реакторе будут проходить целевая реакция:
C2H6O2 + O2 > C2H2O2 + 2H2O, (2.1)
C2H6O2 + 3O2 > 2CO + 6H2O (2.2)
Задавая необходимые стехиометрические коэффициенты добиваемся селективности по глиоксалю 0.9. Приведенные данные по конверсии и селективности процесса соответствуют данному виду катализатора и заданным параметрам системы (экспериментальные данные). Реактор работает при атмосферном давлении.
На выходе из реактора получается газовая смесь при температуре равной 650 ?С. Далее поток 8 направляется в холодильник 4, где охлаждаются потоком 9 (охлаждающей водой). Наличие холодильника в данной схеме необходимо для быстрой закалки продуктов реакции для того, чтобы избежать глубокого окисления этиленгликоля и разложения глиоксаля. Холодильник 4 представляет собой кожухотрубный теплообменник. Программа ChemCAD позволяет произвести моделирование теплообменника данного типа, а также при заданных геометрических размерах и конструктивных особенностях производит тепловой расчет. Охлажденные продукты в потоке 11 направляются в покомпонентный делитель 5, после чего отходящие газы уходят вверх, а жидкая фаза стекает вниз. В покомпонентном делителе 6 глиоксаль отделяется от отходящих газов и смешивается с потоком 13 в смесителе 9. Полученный поток 16 представляет собой готовый продукт с содержанием глиоксаля 33% массовых долей.
Блок разделения смеси представляет собой покомпонентные делители 5,6 и смеситель 9. Мы не можем воспользоваться стандартной аппаратурой разделения и используем комплекс покомпонентных делителей, потому что предлагаемые программным пакетом ChemCAD ректификационные колонны, сепараторы и экстракторы не могут предоставить достоверных данных по разделению заданной смеси, так как термодинамические модели используемые в данной программе для расчета процесса разделения бинарных смесей не учитывают полимеризацию глиоксаля. Для моделирования более точной схемы разделения необходимы экспериментальные данные по термодинамическому равновесию системы глиоксаль - вода - этиленгликоль. Поэтому комплекс двух покомпонентных делителей и смесителя выполняют функцию разделения, которую в производстве будет выполнять один аппарат.
Реактор-дожигатель 10 необходим в системе для того, чтобы удалить из отходящих газов вредные примеси этиленгликоля и оксида углерода, выброс которых в атмосферу нежелателен. Отходящие газы в потоке 15 направляются в реактор 10 на дожигание, где каталитически окисляются пары этиленгликоля и оксида углерода до воды и диоксида углерода. Из реактора 10 газы выбрасываются в атмосферу.
2.2 Анализ чувствительности технологической схемы
Программный пакет ChemCAD позволяет производить анализ чувствительности технологических схем по различным параметрам, используя как параметры материальных потоков, так и параметры используемых аппаратов.
Анализ чувствительности технологической схемы селективного окисления этиленгликоля сводился к нахождению и анализу зависимостей важнейших характеристик технологической схемы от определенных параметров питающих потоков и параметров входящих в систему аппаратов.
В данной ХТС был произведен анализ чувствительности по следующим параметрам:
1) Чувствительность температуры на выходе из реактора к изменению питающего потока 1 (инертного газа - азота)
2) Чувствительность температуры на выходе из реактора к изменению расхода воздуха.
3) Зависимость температуры продуктов реакции в потоке 11 от расхода охлаждающей воды для теплообменника с длиной трубок 2 и 3 метра.
4) Зависимость количества глиоксаля уходящего с отходящими газами в покомпонентном делителе 5 от температуры охлажденных продуктов реакции.
5) Зависимость количества глиоксаля уходящего с отходящими газами в покомпонентном делителе 5 от расхода азота в питающем потоке 1.
2.2.1 Чувствительность температуры на выходе из реактора к изменению питающего потока 1 (инертного газа - азота)
График зависимости температуры потока 8 от расхода азота представлен на рисунке 2.2.
На данном графике по оси абсцисс откладываются значения расхода азота (кг/ч), а по оси ординат значения температуры выходящего из реактора потока ( ?С).
Рисунок 2.2 Зависимость температуры продуктов реакции от расхода азота
При расчете рассматривалось 25 различных значений расхода азота в диапазоне от 50 до 800 кг/ч. Данный диапазон позволяет рассмотреть интересующие температуры продуктов реакции, которые изменяются в пределах от 400 до 800 ?С. Таким образом видим, что температура продуктов реакции на выходе из реактора сильно падает при увеличении расхода азота. Связано это с тем, что азот разбавляет смесь газов, что позволяет регулировать адиабатический разогрев системы. Таким образом, расход азота является управляющим воздействием, с помощью которого мы можем контролировать разогрев объема реактора, тем самым, добиваясь оптимальных условий для достижения необходимого уровня конверсии по этиленгликолю и селективности по глиоксалю. Оптимальными условиями протекания процесса селективного окисления этиленгликоля для достижения конверсии 0.9 по этиленгликолю и селективности 0.9 по глиоксалю является температура в пределах от 450 до 650 ?С. При этом необходимо обеспечить минимальный расход азота, поэтому мы выбрали расход азота 215 кг/ч.
2.2.2 Чувствительность температуры на выходе из реактора к изменению расхода воздуха.
График зависимости температуры продуктов реакции на выходе из реактора от расхода воздуха представлен на рисунке 2.3
На графике на оси абсцисс откладываются значения расхода азота (кг/ч), а по оси ординат температура продуктов реакции на выходе из реактора ( ?С).
Для анализа зависимости температуры потока 8 от расхода воздуха в потоке 2 был произведен расчет по 20 различным точкам в следующих диапазонах величин:
· Расход воздуха варьировался в пределах от 130 до 260 кг/ч.
· Температура колебалась в пределах от 595 до 670 ?С
Рисунок 2.3 Зависимость температуры продуктов реакции на выходе из реактора от расхода кислорода воздуха
По графику мы можем судить, что температура выходного потока 8 так же как и в предыдущем анализе обратно пропорциональна расходу воздуха. Логично предположить, что это связано с тем, что воздух так же как и азот уменьшает парциальные давления реагирующих газов. Изменение расхода воздуха приводит к увеличению расхода кислорода, что может привести к полному окислению глиоксаля. Поэтому избыток кислорода определяется по максимальной селективности полученной из экспериментальных данных равный 20%. Таким образом при расходе 50 % водного раствора ЭГ 130 кг/ч, оптимальным расходом воздуха мы выбрали 165 кг/ч.
2.2.3 Зависимость количества глиоксаля в газовой фазе от общего расхода азота.
При расчете системы разделения данной технологической схемы, мы сталкиваемся с некоторыми сложностями. Дело в том, что предлагаемые термодинамические модели расчета парогазового равновесия бинарной системы ЭГ - глиоксаль не позволяют составить достоверную картину разделения, посредством использования одного аппарата (например ректификационной колонны ). Для использования ректификационной колонны нам необходимо иметь экспериментальные данные по парогазовому равновесию ЭГ- глиоксаль, которыми в данный момент мы не обладаем. Этим обусловлено использование нами блока разделения, который состоит из двух покомпонентных делителей 5, 6 и смесителя 9 (см. рис. 2.1). Покомпонентный делитель 5 предназначен для того, чтобы разделять газовую и жидкую фазу при температуре 30 ?С. Таким образом в жидкой фазе мы получаем водный 20% раствор глиоксаля, с небольшой примесью остатков Этиленгликоля (5%), далее отходящие газы с потоком 12 направляются в покомпонентный делитель 6 , в котором отделяется глиоксаль и направляется в смеситель 9, в котором объединяется с потоком 15 (20%-ым раствором глиоксаля).
Рисунок 2.4 График зависимости количества глиоксаля в газовой фазе от общего расхода азота
Для моделирования расчетного блока разделения очень важна зависимость количества глиоксаля в газовой фазе от общего расхода азота в этом разделе зависимость. График зависимости количества глиоксаля в газовой фазе от общего расхода азота представлен на рисунке 2.4. На графике на оси абсцисс откладывались значения расхода азота (кг/ч), на оси ординат количество глиоксаля в газовой фазе потока 12. Для анализа был произведен расчет по 20 различным точкам в следующих диапазонах величин:
· Расход азота варьировался от 100 до 1000 кг/ч.
· Количество глиоксаля при этом изменялось от 17 до 38 кг/ч.
На графике (см. рис. 2.4) мы видим, что выход глиоксаля в газовой фазе увеличивается при увеличении расхода азота. Происходит это из-за того, что инертный газ уносит с собой глиоксаль находящийся в газовой фазе.
Так как оптимальным расходом азота для системы является 220 кг/ч, то выход глиоксаля в газовой фазе будет находится в пределах 22,5 - 23,5 кг/ч.
2.2.4 Зависимость температуры продуктов реакции в потоке 11 от расхода охлаждающей воды для теплообменника с длиной трубок 2 и 3 метра.
Был проведен сравнительный анализ зависимости температуры охлажденных продуктов реакции от расхода охлаждающей воды для теплообменников с разной длиной трубок, для выбора геометрических размеров холодильника.
Графики зависимости температуры охлажденных продуктов реакции от расхода воды представлены на рисунках 2.5 и 2.6
Рисунок 2.5 Зависимость температуры охлажденных продуктов реакции на выходе из реактора для кожухотрубного теплообменника с длиной трубок 3м
Рисунок 2.6 Зависимость температуры охлажденных продуктов реакции на выходе из реактора для кожухотрубного теплообменника с длиной трубок 2м
Расчеты проводились для теплообменника кожухотрубного типа с шириной кожуха 1 метр, количеством трубок 882 и длинной трубок 2 и 3 метра. Расчет был произведен по 20 различным точкам в следующем диапазоне величин:
· Расход охлаждающей воды варьировался от 1000 до 10000 кг/ч
· Температура продуктов реакции изменялась в пределах от 60 до 25 ?С
По данным графикам мы можем говорить о том, что температура продуктов реакции на выходе их теплообменника уменьшается, при увеличении расхода охлаждающей воды. При этом длины трубок влияют на минимальную температуру, которая может быть достигнута при использовании теплообменников. Так мы видим, что при длине трубок 2 метра минимальная температура асимптотически приближается к 29 ?С, при этом при длине трубок 3 метра этот параметр системы стремится к значению 25,5 ?С. Принимая в расчет, что разрабатываемая технологическая схема является пилотным образцом и не рассчитана на промышленные масштабы, то при выборе длины трубок стоит учитывать то, что, чем меньше теплообменник, тем это выгоднее для нас. Следуя этой логике выбираем длину трубок равную 2 м., так как при моделировании ХТС требуемая температура охлажденных продуктов была равна 30 ?С.
2.2.4 Моделирование конструкции кожухотрубного теплообменника.
Холодильник представляет из себя теплообменник кожухотрубного типа (рисунок 2.7 ).
1- Теплообменные трубы; 2 - Штуцер.
D - диаметр кожуха, L - Длина теплообменных труб.
Рисунок 2.7 Однопроходной кожухотрубный теплообменник.
На рисунке 2.7 изображен стандартный кожухотрубный однопроходной теплообменник. На рисунке изображены основные размеры, характеризующие теплообменник: L - длина теплообменных трубок, D - диаметр кожуха. Программный пакет ChemCAD позволяет произвести оценку размеров оборудования, в частности теплообменников. Варьируя основными параметрами теплообменника, такими как: диаметр кожуха, количество проходов, длина трубок, толщина трубок и их количество, мы добиваемся необходимых нам параметров выходных потоков. В данной технологической схеме нам необходимо добиться охлаждения продуктов реакции до температуры порядка 30 ?С. Стоит обратить внимание также и на то, что теплообменники, процесс передачи тепла в которых происходит без кипения являются более надежными, так как в них не происходит образования накипи на стенках теплообменных трубок или же на внутренней поверхности кожуха теплообменника, поэтому будем учитывать и эту особенность при выборе геометрических характеристик холодильника.
Основной проблемой при расчете теплообменников в программе ChemCAD является то, что при расчете некоторых конструктивных характеристик и геометрических размеров используются зарубежные стандарты, что значительно усложняет процесс моделирования аппарата. Варьирование геометрических размеров и конструктивных особенностей теплообменника сводится к выбору подходящих параметров среди существующих стандартов в справочной литературе. При моделировании теплообменника использовались справочники по теплообменникам, а именно «Параметры кожухотрубчатых конденсаторов и испарителей (по ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121 - 79) » (Приложение А).
Используя информацию из данной таблицы, мы задаем некоторые параметры теплообменника: количество проходов жидкости по трубному пространству, диаметр теплообменных трубок, толщину стенки теплообменных трубок, схему их расположения в трубной решетке и диаметр самого кожуха, а также материал из которого будет выполнен данный теплообменник. По заданным параметрам программный пакет ChemCAD производит расчет следующих характеристик: температуры выходных потоков, коэффициент шероховатости, количество трубок, мощность теплообменника (МДж/ч), перепады давления в кожухе и теплообменных трубках, площадь теплообменной поверхности, коэффициент теплопередачи.
Таким образом, учитывая анализ зависимости температуры продуктов реакции в потоке 11 от расхода охлаждающей воды в теплообменнике 4, мы получаем аппарат со следующими характеристиками:
1) Тип теплообменника - однопроходной.
2) Ориентация - вертикальная.
3) Диаметр кожуха - 1 метр
4) Количество теплообменных трубок - 882.
5) Внешний диаметр теплообменных трубок - 0,02 метра.
6) Толщина стенки теплообменных трубок - 0,002 метра.
7) Длина теплообменных трубок - 2 метра.
8) Расположение трубок в трубной решетке: правильный треугольник (60 ? )
9) Степень шероховатости - 1.6*10-6 метра.
10) Мощность теплообменника - 658 МДж/ч
11) Коэффициент теплопередачи - 38 Вт*м2 /К
12) Площадь теплообменной поверхности - 146,5 м2
13) Перепад давления в потоке 8-11 - 0,0007 бар.
14) Перепад давления в потоке 9-10 - 0,2 бар.
15) Температура входного потока 8 - 650 ?С
16) Температура входного потока 9 - 25 ?С
17) Температура выходного потока 10 - 30 ?С
18) Температура выходного потока 10 - 54 ?с
2.3 Материальный баланс
В материальном балансе указаны все входящие, выходящие и промежуточные потоки, их общий массовый объемный расходы, а также объемные и массовые доли каждого из компонентов в рассматриваемых потоках. Данные по материальному балансу приведены в таблице 2.1
Таблица 2.1 - Материальный баланс
|
Наименование компонентов |
Поток №1 - Чистый азот |
Поток №2 - Очищенный воздух |
|||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||
|
Глиоксаль |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
|
Этиленгликоль |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
|
Вода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
|
Кислород |
0 |
0 |
0 |
0 |
38,40 |
23,20 |
22,87 |
21,00 |
|
|
Аргон |
0 |
0 |
0 |
0 |
2,28 |
1,40 |
10,89 |
1,00 |
|
|
Азот |
215 |
100 |
146,32 |
100,00 |
124,86 |
75,40 |
84,94 |
78,00 |
|
|
Оксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
|
Диоксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
|
Итого |
215 |
100 |
146,32 |
100,00 |
165,54 |
100,00 |
108,92 |
0,00 |
|
|
Наименование компонентов |
Поток №3 - Водный раствор ЭГ |
Поток №4 - Смесь воздуха и азота |
|||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||
|
Глиоксаль |
0,00 |
0,00 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Этиленгликоль |
65,00 |
50,00 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Вода |
65,00 |
50,00 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Кислород |
0,00 |
0,00 |
* |
* |
38,4 |
10,1 |
24,75 |
8,96 |
|
|
Аргон |
0,00 |
0,00 |
* |
* |
2,28 |
0,6 |
1,19 |
0,43 |
|
|
Азот |
0,00 |
0,00 |
* |
* |
339,86 |
89,3 |
250,33 |
90,61 |
|
|
Оксид углерода |
0,00 |
0,00 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Диоксид углерода |
0,00 |
0,00 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Итого |
130,00 |
100,00 |
0,12 |
100,00 |
380,54 |
100 |
276,27 |
100 |
|
|
Наименование компонентов |
Поток №5 - Нагретая азотновоздушная смесь |
Поток №6 - Испаренный ЭГ |
|||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||
|
Глиоксаль |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0 |
0 |
|
|
Этиленгликоль |
0 |
0 |
0 |
0 |
65,00 |
50,00 |
37,2 |
22,5 |
|
|
Вода |
0 |
0 |
0 |
0 |
65,00 |
50,00 |
128,12 |
77,5 |
|
|
Кислород |
38,4 |
10,1 |
42,92 |
8,96 |
0,00 |
0,00 |
0 |
0 |
|
|
Аргон |
2,28 |
0,6 |
2,06 |
0,43 |
0,00 |
0,00 |
0 |
0 |
|
|
Азот |
339,86 |
89,3 |
434,01 |
90,61 |
0,00 |
0,00 |
0 |
0 |
|
|
Оксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0 |
0 |
|
|
Диоксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0 |
0 |
|
|
Итого |
380,54 |
100 |
478,99 |
100 |
130,00 |
100,00 |
165,31 |
100 |
|
|
Наименование компонентов |
Поток №7 - Реакционная смесь |
Поток №8 - Смесь продуктов реакции |
|||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||
|
Глиоксаль |
0 |
0 |
0 |
0 |
49,23 |
9,64 |
65,04 |
4,43 |
|
|
Этиленгликоль |
65 |
12,73 |
41,13 |
5,8 |
6,5 |
1,27 |
8,08 |
0,55 |
|
|
Вода |
65 |
12,73 |
141,82 |
20 |
100,66 |
19,72 |
428,84 |
29,21 |
|
|
Кислород |
38,4 |
7,52 |
47,16 |
6,65 |
6,73 |
1,32 |
16,15 |
1,1 |
|
|
Аргон |
2,28 |
0,45 |
2,27 |
0,32 |
2,28 |
0,45 |
4,4 |
0,3 |
|
|
Азот |
339,86 |
66,57 |
476,74 |
67,23 |
339,86 |
66,57 |
931,09 |
63,42 |
|
|
Оксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
5,28 |
1,03 |
14,53 |
0,99 |
|
|
Диоксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00 |
0 |
0 |
|
|
Итого |
510,54 |
100 |
709,12 |
100 |
510,54 |
100,00 |
1468,14 |
100 |
|
|
Наименование компонентов |
Поток №9 - Охлаждающая вода |
Поток №10 - Нагретая вода |
|||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||
|
Глиоксаль |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Этиленгликоль |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Вода |
5960 |
100 |
5,98 |
100 |
5960 |
100 |
6,04 |
100 |
|
|
Кислород |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Аргон |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Азот |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Оксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Диоксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Итого |
5960 |
100 |
5,98 |
100 |
5960 |
100 |
6,04 |
100 |
|
|
Наименование компонентов |
Поток №11 - Охлажденные продукты реакции |
Поток №12 - Отходящие газы |
|||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||
|
Глиоксаль |
49,23 |
9,64 |
* |
* |
25,02 |
6,44 |
10,85 |
3,18 |
|
|
Этиленгликоль |
6,5 |
1,27 |
* |
* |
0,002 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Вода |
100,66 |
19,72 |
* |
* |
9,43 |
2,43 |
13,2 |
3,87 |
|
|
Кислород |
6,73 |
1,32 |
* |
* |
6,73 |
1,73 |
5,29 |
1,55 |
|
|
Аргон |
2,28 |
0,45 |
* |
* |
2,28 |
0,59 |
1,43 |
0,42 |
|
|
Азот |
339,86 |
66,57 |
* |
* |
339,86 |
87,45 |
305,59 |
89,59 |
|
|
Оксид углерода |
5,28 |
1,03 |
* |
* |
5,28 |
1,36 |
4,74 |
1,39 |
|
|
Диоксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Итого |
510,54 |
100 |
|
|
388,602 |
100 |
341,1 |
100 |
|
|
Наименование компонентов |
Поток №13 - Раствор глиоксаля |
Поток №14 - Полимеризованный глиоксаль |
|||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||
|
Глиоксаль |
24,21 |
19,86 |
* |
* |
25,02 |
100 |
0,341 |
100 |
|
|
Этиленгликоль |
6,5 |
5,33 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Вода |
91,22 |
74,81 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Кислород |
0 |
0 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Аргон |
0 |
0 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Азот |
0,001 |
0 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Оксид углерода |
0 |
0 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Диоксид углерода |
0 |
0 |
* |
* |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
Итого |
121,93 |
100 |
0,119 |
* |
25,02 |
100 |
0,341 |
100 |
|
|
Наименование компонентов |
Поток №15 - Отходящие газы на дожигание |
Поток №16 - Готовый продукт |
|||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||
|
Глиоксаль |
0 |
0 |
0 |
0 |
49,23 |
33,5 |
* |
* |
|
|
Этиленгликоль |
0,002 |
0 |
0 |
0 |
6,5 |
4,42 |
* |
* |
|
|
Вода |
9,43 |
2,6 |
13,18 |
3,99 |
91,22 |
62,08 |
* |
* |
|
|
Кислород |
6,73 |
1,85 |
5,29 |
1,6 |
0 |
0 |
* |
* |
|
|
Аргон |
2,28 |
0,63 |
1,42 |
0,43 |
0 |
0 |
* |
* |
|
|
Азот |
339,86 |
93,47 |
305,66 |
92,53 |
0,001 |
0 |
* |
* |
|
|
Оксид углерода |
5,28 |
1,45 |
4,79 |
1,45 |
0 |
0 |
* |
* |
|
|
Диоксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
* |
* |
|
|
Итого |
363,58 |
100 |
330,34 |
100 |
146,951 |
100 |
0,1415 |
* |
|
|
Наименование компонентов |
Поток №17 - Очищенные отходящие газы |
||||||||
|
кг/час |
% масс. |
м3/час |
% об. |
||||||
|
Глиоксаль |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||||
|
Этиленгликоль |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||||
|
Вода |
9,44 |
2,6 |
19,22 |
4,02 |
|||||
|
Кислород |
3,71 |
1,02 |
4,26 |
0,89 |
|||||
|
Аргон |
2,28 |
0,63 |
2,1 |
0,44 |
|||||
|
Азот |
339,85 |
93,47 |
445,64 |
93,2 |
|||||
|
Оксид углерода |
0 |
0 |
0 |
0 |
|||||
|
Диоксид углерода |
8,3 |
2,28 |
6,93 |
1,45 |
|||||
|
Итого |
363,58 |
100 |
478,15 |
100 |
В таблице 2.2 представлен сводный материальный баланс, в котором указаны общие массовые расходы входящих и выходящих потоков.
Таблица 2.2 - Сводный материальный баланс
|
Тип потока |
Наименование потока |
Массовый расход |
Тип потока |
Наименование потока |
Массовый расход |
|
|
Входящие |
Поток №1 |
215 |
Выходной |
Поток №16 |
146,95 |
|
|
Поток №2 |
165,54 |
Поток №17 |
363,58 |
|||
|
Поток №3 |
130 |
|||||
|
Итого |
510,54 |
Итого |
510,53 |
|||
|
Входящие |
Поток №9 |
5960 |
Выходной |
Поток №10 |
5960 |
2.4 Тепловой баланс
В тепловом балансе указаны давление, температура, массовый расход и энтальпия каждого потока. Под энтальпией понимается энтальпийный поток. Базовой значением является энтальпия образования веществ. Так же в таблице теплового баланса учитывается энергия подводимая или отводимая в аппаратах. Данные по тепловому балансу представлены в таблице 2.3
Таблица 2.3 - Тепловой баланс
|
Поток/Аппарат |
Температура, С° |
Давление, бар |
Энтальпия, МДж/ч |
Расход, кг/ч |
|
|
Поток №1 Чистый азот |
25 |
1,3 |
0 |
215 |
|
|
Поток №2 Очищенный воздух |
25 |
1,3 |
0 |
166 |
|
|
Поток №3 Водный раствор ЭГ |
25 |
1,3 |
-1513 |
130 |
|
|
Поток №4 Смесь воздуха и азота |
24,73 |
1,2 |
0 |
381 |
|
|
Теплообменник №7 |
69 |
||||
|
Поток №5 Нагретая азотовоздушная смесь |
200 |
1,1 |
69 |
381 |
|
|
Теплообменник №8 |
270 |
||||
|
Поток №6 Испаренный ЭГ |
200 |
1,1 |
-1243 |
130 |
|
|
Поток №7 Реакционная смесь |
199,76 |
1 |
-1175 |
511 |
|
|
Реактор №3 |
0 |
||||
|
Поток №8 Смесь продуктов реакции |
649,88 |
1 |
-1175 |
511 |
|
|
Поток №9 Охлаждающая вода |
25 |
1,2 |
-94565 |
5960 |
|
|
Холодильник №4 |
657 |
||||
|
Поток №10 Нагретая вода |
51,4 |
1 |
-93907 |
5960 |
|
|
Поток №11 Охлажденные продукты реакции |
30,22 |
1 |
-1832 |
611 |
|
|
Покомпонентный делитель №5 |
-1 |
||||
|
Поток №12 Отходящие газы |
30 |
1 |
-237 |
389 |
|
|
Поток №13 Раствор Глиоксаля |
30 |
1 |
-1596 |
122 |
|
|
Поток №14 Глиоксаль |
30 |
1 |
-106 |
25 |
|
|
Поток №15 Отходящие газы на дожигание |
30 |
1 |
-146 |
364 |
|
|
Поток №16 Готовый продукт |
30 |
1 |
-1702 |
147 |
|
|
Поток №17 Очищенные отходящие газы |
30 |
1 |
-146 |
364 |
2.5 Выводы
В ходе выполнения дипломного проекта на основе ХТС получения формальдегида методом окисления спиртов была создана химико-технологическая схема получения глиоксаля методом селективного парогазового окисления этиленгликоля с использованием программного пакета ChemCAD. Были получены основные расчетные данные этого процесса. Составлены материальный и тепловой балансы.
Проведен анализ чувствительности ХТС по следующим параметрам:
- Зависимость степени разогрева реакционного объема от общего расхода азота.
- Зависимость степени разогрева реакционного объема от расхода воздуха
- Зависимость количества глиоксаля в газовой фазе от общего расхода азота
- Зависимость температуры продуктов реакции от геометрических размеров холодильника.
На основе проведенного анализа для ХТС с производительностью 140 кг/ч осуществлена оптимизация в следующих направлениях:
1. Оптимальный расход азота - 215 кг/ч.
2. Оптимальный расход воздуха - 165 кг/ч
3. Определены оптимальные характеристики холодильника №4
- длина теплообменных трубок 2м.
- ширина кожуха 1м.
- площадь теплообменной поверхности 107 кв.м.
3. Охрана труда при производстве глиоксаля методом парофазного окисления этиленгликоля
Смоделированная технологическая схема производства глиоксаля парофазным окислением этиленгликоля (рисунок 2.1) предназначена для создания установки на производстве.
Реактор каталитического окисления ЭГ - основной элемент данной технологической схемы. Дополнительным оборудованием являются два смесителя, два нагревателя, холодильник, блок разделения, реактор дожигатель. 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 факторы
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 Показатели токсичных веществ
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.
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 |
- |
- |
- |
- |
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 при работе с сосудами, работающими под повышенным давлением
Обеспечение безопасности при обращении с аппаратами и сосудами, работающими под давлением Аппараты и сосуды, заполненные газом, находящимся под давлением, могут представлять значительную опасность, так как энергия, заключенная в сосуде, где находится газ под давлением, весьма значительна. В случае разрушения сосуда энергия практически мгновенно реализуется в волну давления, что может привести к весьма серьезным последствиям.
устройство и эксплуатация сосудов регламентируется специальными правилами, обязательными для выполнения на всех предприятиях и организациях независимо от их ведомственного подчинения. В настоящее время это "Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" (ПБ 03-576-03), утвержденные Госгортехнадзором, который осуществляет контроль их выполнения.
Указанные Правила определяют требования к устройству, изготовлению, монтажу, ремонту и эксплуатации сосудов, работающих под давлением, и распространяются:
1) на сосуды, работающие под избыточным давлением газа выше 0,07 МПа;
2) цистерны и бочки для перевозки сжиженных газов, давление паров которых при температуре 323 К превышает 0,07 МПа (все криогенные жидкости - кислород, азот, аргон и др.);
3) баллоны, предназначенные для перевозки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением более 0,07 МПа.
Сосуды, работающие под давлением, могут быть изготовлены только на предприятиях, которым такое право представлено Госгор-технадзором. К производству на сосудах и их элементах сварочных работ допускаются только сварщики, имеющие специальную квалификацию и аттестованные в соответствии со специальными правилами ПБ 03-273-99, утвержденными Госгортехнадзором. Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации сосуды должны быть оснащены приборами измерения давления и температуры среды, предохранительными устройствами, запорной арматурой, указателями уровня жидкости, приспособлениями для удаления среды и образующегося конденсата. Каждый сосуд должен быть снабжен манометром. Класс точности манометров не менее 2,5. Предельное давление на шкале манометра должно находиться во второй трети шкалы, а красная черта на делении, соответствующем разрешенному рабочему давлению в сосуде. Манометр не допускается к применению, если отсутствует пломба или клеймо, просрочен срок проверки, стрелка манометра при его выключении не возвращается на нулевую отметку шкалы, разбито стекло или имеются другие повреждения, которые могут отразиться на правильности показаний. Проверку манометров и их опломбирование производят не реже одного раза в год; через шесть месяцев должна производиться дополнительная проверка правильности показаний контрольными манометрами.
Предохранительные клапаны. Каждый сосуд должен быть снабжен предохранительным устройством от повышения давления выше допустимого давления. Число предохранительных клапанов, их размеры и пропускную способность необходимо выбирать по расчету так, чтобы в сосуде не могло образоваться давление, превышающее рабочее более чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,3 МПа включительно, на 15 % для сосудов с давлением от 0,3 до 6 МПа и на 10 % - для сосудов с давлением выше 6 МПа.
Рабочую среду, выходящую из предохранительного клапана, необходимо отводить в безопасное место. Необходимо обеспечение полной герметичности предохранительных клапанов, устанавливаемых на аппаратах с низкотемпературными жидкостями и газами, так как даже при очень небольшой неплотности предохранительного клапана происходит намораживание на нем значительных количеств льда и снега, исключающих возможность нормальной работы.
Техническое освидетельствование Все сосуды, работающие под давлением, необходимо регулярно подвергать техническому освидетельствованию в объеме и с периодичностью, определяемой изготовителем и указанной в руководстве по эксплуатации. Освидетельствование проводится до пуска в работу и периодически в процессе эксплуатации. Сосуды, находящиеся в эксплуатации, подвергают следующим видам технического освидетельствования:
1) внутреннему и наружному осмотру с целью оценки состояния соответствующих поверхностей и влияния среды на стенки сосуда (не реже одного раза в четыре года);
2) гидравлическому испытанию пробным давлением с предвари тельным внутренним осмотром (не реже одного раза в восемь лет). При невозможности по конструктивным особенностям сосудов проведения внутренних осмотров их заменяют гидравлическими испытаниями и осмотром в доступных местах. В случаях, когда проведение гидравлических испытаний невозможно, например ввиду недопустимых для фундаментов или межэтажных перекрытий нагрузок от массы воды, разрешается гидравлические испытания заменить пневматическими (воздухом или инертным газом) при условии контроля состояния сосуда методом акустической эмиссии.
3.2.6 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 и ее оптимизация.
Имитационное моделирование включает в себя методы разработки моделей в виде технологических схем с помощью программной среды ChemCAD. Таким образом, исследователь получает мощный инструмент для анализа и прогнозирования поведения сложных процессов.
Применение данного программного обеспечения 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 ChemCAD 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
Планирование работ по выполнению НИР с целью сокращения срока от разработки технологической схемы производства глиоксаля парогазовым окислением ЭГ до ее внедрения требует создание календарного плана (таблица 4.1).
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 ChemCAD. |
Подобные документы
Обзор вариантов промышленного получения этиленгликоля из окиси этилена. Описание технологической схемы и сырья, используемого в производстве многотонажного синтеза этиленгликоля (окись этилена, вода), побочных продуктов (этиленгликоль, диэтиленгликоль).
курсовая работа [38,0 K], добавлен 06.04.2010Физико-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 23.06.2014Описание 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 31.01.2011Сырье, общая технологическая схема производства алюминия. Процесс получения глинозема, описание электролитической технологии получения алюминия. Его очистка и рафинирование. Определение технической топологии ТХС, специфика определения ее параметров.
лекция [308,5 K], добавлен 14.10.2009Физические и химические свойства гликолей. Технологическая схема получения этиленгликоля гидратацией окисиэтилена. Способы получение эфирных масел. Принцип технического совместного получения этиленгликоля и окисиэтилена в стационарном слое катализатора.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 19.08.2010Описание технологической схемы производства и автоматизация технологического процесса. Материальный баланс установки. Организация основного и вспомогательного производства. Расчет материального баланса технологической установки производства метанола.
дипломная работа [362,8 K], добавлен 18.05.2019Способы получения этилена. Непрерывный контактный пиролиз во взвешенном слое твердого теплоносителя. Каталитическое гидрирование ацетилена в этилен. Окислительный пиролиз, пиролиз в трубчатой печи. Описание технологической схемы. Тепловой расчет аппарата.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 17.11.2009Физические свойства этиленгликоля. Горючесть вещества, температура кипения, плавления. Пределы воспламенения паров в воздухе. Плотность этиленгликоля в зависимости от температуры. Токсичность для человека, реакции обнаружения. Получение и применение.
презентация [543,6 K], добавлен 25.10.2012Описание технологической схемы получения фталоцианина меди. Расчёт материального и теплового балансов. Особенности схемы автоматизации установки. Расчет фильтра, необходимого для фильтрования образующегося красителя. Расчет размеров основных аппаратов.
курсовая работа [529,1 K], добавлен 15.03.2015Общая 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
