Производство уксусной кислоты

Производство уксусной кислоты

Введение

Уксусная кислота - один из важнейших крупнотоннажных продуктов органического синтеза. Уксусная кислота широко используется во многих отраслях промышленности: химической, пищевой, лакокрасочной. Продукт используется в качестве сырья в производстве уксусного ангидрида, ацетилхлорида, монохлоруксусной кислоты, ацетатов многих красителей, инсектицидов, лекарственных средств (аспирин, фенацетин); в пищевой промышленности в изготовлении приправ, маринадов, консервов, в виде столового уксуса - 3-5%-ный водный раствор и уксусной эссенции - 80%-ный водный раствор; как растворитель лаков, коагулянт латекса, ацетилирующий агент в органическом синтезе. Соли уксусной кислоты (Fe, Al, Cr) применяются в качестве протравы при крашении.

В России синтетическую уксусную кислоту производят два предприятия: ОАО "Невинномысский Азот" и ОАО "Амзинский лесохимкомбинат".

Проектная мощность по производству синтетической уксусной кислоты на основе технологии карбонилирования метанола составляет 150 тыс. тонн в год. Строительство данного цеха именнов городе Невинномысске Ставропольского края обусловлено несколькими факторами: во-первых, край имеет запасы природного газа, являющегося исходным сырьём при получении уксусной кислоты. Данный фактор даёт возможность исключить дорогостоящий экспорт природного газа в нашу страну. Во-вторых, вблизи от предприятия протекает река Кубань, которая обеспечивает предприятие водой. Также Ставропольский край относительно недалеко расположен от крупнейших портов Чёрного моря - Новороссийск, Таганрог, Туапсе, что позволяет производить экспорт уксусной кислоты в различные города.

Действующих мощностей явно недостаточно для удовлетворения растущих внутренних потребностей. Внутренняя емкость рынка возросла с 83 тыс.т в 2007 г. до 101 тыс.т в 2009 г. По оценке "Хим-Курьер", в первой декаде 2010 году внутренний рынок уксусной кислоты в России составлял 150 тыс. тонн. Часть спроса удовлетворяется за счет импортных поставок (в основном с Северодонецкого Азота). Таким образом, учитывая растущую потребность российского рынка уксусной кислоты, производство на уровне принятой в проекте мощности в количестве 150 тысяч тонн будет полностью востребовано.

Что касается товарной структуры потребления уксусной кислоты, то основными секторами промышленности, потребляющими данную продукцию в России, являются производства ацетатных растворителей, винилацетата, уксусного ангидрида, пищевого уксуса и уксусосодержащих пищевых продуктов.

1. Технологическая часть

.1 Выбор метода производства (или выделения) готового продукта

Уксусная кислота - важнейший химический продукт, который широко используется в промышленности для получения сложных эфиров, мономеров

(винилацетат), в пищевой промышленности и т.д. Мировое производство ее достигает 5 млн. т в год. Получение уксусной кислоты до недавнего времени базировалось на нефтехимическом сырье. В Уокер-процессе этилен в мягких условиях окисляют кислородом воздуха до ацетальдегида в присутствии каталитической системы PdCl₂ и CuCl₂ . Далее ацетальдегид окисляется до уксусной кислоты:

₂=CH₂ + 1/2 O₂ ----CH₃CHO + 0,5О₂ ----CH ₃COOH (1)

По другому методу уксусную кислоту получают при окислении н-бутана при температуре 200 ⁰C и давлении 50 атм. в присутствии кобальтового катализатора:

CH ₃-CH ₂-CH ₂-CH₃ + 5O₂ ---- t 4CH ₃COOH + 2H ₂O (2)

Изящный Уокер-процесс - один из символов развития нефтехимии - постепенно замещается новыми методами, основанными на использовании угольного сырья.

Разработаны способы получения уксусной кислоты из метанола:

₃OH + CO = CH ₃COOH(3)

Эта реакция, имеющая большое промышленное значение, является прекрасным примером, иллюстрирующим успехи гомогенного катализа. Поскольку оба компонента реакции - СН ₃ОН и СО - могут быть получены из угля, процесс карбонилирования должен стать более экономичным по мере роста цен на нефть.

Существуют два промышленных процесса карбонилирования метанола. В более старом методе, разработанном на фирме BASF, использовали кобальтовый катализатор, условия реакции были жесткими: температура 250 ⁰С и давление 500-700 атм. В другом процессе, освоенном фирмой "Monsanto", применяли родиевый катализатор, реакцию проводили при более низких температурах (150-200 ⁰С) и давлении (1-40 атм.). Интересна история открытия этого процесса.

Ученые компании исследовали гидроформилирование с использованием родийфосфиновых катализаторов. Технический директор нефтехимического отдела предложил использовать этот же катализатор для карбонилирования метанола.

Результаты опытов оказались отрицательными, и это связали с трудностью образования связи металл-углерод. Однако, вспомнив лекцию консультанта компании о легком окислительном присоединении иодистого метила к металлокомплексам, исследователи решили добавить в реакционную смесь иодный промотор и получили блестящий результат, которому сперва не поверили.

Подобное открытие было сделано также учеными конкурирующей компании "Union Carbide", те отстали всего на несколько месяцев. Команда по разработке технологии карбонилирования метанола всего через 5 месяцев интенсивной работы создала промышленный процесс Монсанто, с помощью которого в 1970 году было получено 150 тыс. т уксусной кислоты. Этот процесс стал предвестником той области науки, которая получила название С1-химии.

Механизм карбонилирования был тщательно исследован. Иодистый метил, необходимый для осуществления реакции, получается, по уравнению

CH ₃OH + HI ---- CH ₃I + H ₂O (4)

Каталитический цикл может быть представлен так:

К плоскоквадратному комплексу [RhI ₂(CO)₂]- (I) окислительно присоединяется иодистый метил с образованием шестикоординационного комплекса II, затем в результате внедрения СО по связи метил-родий образуется ацетилродиевый комплекс (III). Восстановительное элиминирование иодангидрида уксусной кислоты регенерирует катализатор, а гидролиз иодангидрида дает уксусную кислоту.

Производство уксусной кислоты брожением (уксуснокислое брожение) этанолсожержащих жидкостей (вино, забродившие соки), под действием ферментов уксуснокислых бактерий:

СН₃ -СН₂ -ОН +О₂---- СН₃ -СООН + Н₂О(5)

Существует несколько способов очистки технолгических газов от диксида углерода:

Очистка газа горячим раствором поташа.

В основе процесса лежит протекание обратимой реакции:

К₂СО₃ + СО₂ + Н₂О = 2КНСО₃(6)

Так как растворимость карбоната калия (поташа) в воде возрастает при повышении температуры, а очистку целесообразно вести более концентрированными растворами, то процесс абсорбции СО₂ ведут при повышенных температурах.

Исследования показали, что скорость абсорбции горячим поташным раствором существенно возрастает при добавлении в раствор диэтаноламина (ДЭА). В практических условиях применяются водный раствор, содержащий 25-30 масс. % поташа и 1,5-2 масс. % ДЭА. Повышение концентрации раствора поташа более 25-30 % сопряжено с опасностью забивки трубопроводов и аппаратов установки солями, которые могут выпадать в осадок при нарушении технологического режима.

В отличие от этаноламинов растворимость СО₂ в горячем растворе поташа - сильно зависит от парциального давленияр_СО2 и от температуры навески. Ниже приведены эти зависимости для раствора содержащего 25 % К₂СО₃ и 1,5 % ДЭА:

р_СО2, мПа …………… 0,01440,19250,5877

V_СО2, м³\м³ раствора .. 20 40 50

При 120 ⁰ С (для регенератора)

р_СО2, мПа …………… 0,03550,0720,122

V_СО2, м³\м³ раствора ..2025 30

Исходя из приведенных выше данных, абсорбциюСО₂ следует вести при повышенных давлениях, а регенерацию раствора - при давлении, близком к атмосферному и при температуре, на 30-40 ⁰С выше, чем температура абсорбции.

В отличие от моноэтаноламиновой очистки при абсорбцииСО₂горячим раствором поташа не удается достичь высокой степени извлечения диоксида углерода из газа. Так, при очистке конвертированного газа под давлением 2,8 мПа содержание СО₂ в очищенном газе равно 0,1 %. Это является недостатком процесса. Достоинством поташной очистки является меньший расход тепла на десорбцию СО₂ из раствора. Это объясняется, в частности, тем, что тепло раствора СО₂ в горячем растворе поташа примерно в 2,5 раза ниже, чем в моноэтаноламиновом растворе, составляет 6,04*10² кДж\кг СО₂.

Очистка газа растворами этаноламинов.

Основана на том, что водные растворы этаноламинов при обычных температурах обладает щелочными свойствами, образуя с диоксидом углерода карбонаты и бикорбанаты. При температурах выше 100 ⁰ С они диссоциируют, выделяя диоксид углерода:

2RNH₂ + CO₂ + H₂O  (RNH₃)₂CO₃ (7)

(RNH₃)CO₃ + CO₂+ H₂O  2 RNH₃HCO₃(8)

где R --OHCH₂CH₂-

Из трех видов этаноламинов: моно- , ди- , и триэтаноламина, сокращенно называемых МЭА, ДЭА и ТЭА, преимущественно применяется моноэтаноламин как обладающий высокой поглотительной способностью в отношении СО₂ и более устойчивый к окислению.

Моноэтаноламин является бесцветной жидкостью, замерзающей при 10,5 ⁰С. Он полностью растворяется в воде. Растворимость СО₂ в водных растворах МЭА, измеряется объемом СО₂ (в м³), поглощенного 1 м³ раствора,зависит от концентрации раствора, температуры абсорбции и в меньшей степени - от парциального давления диоксида углерода.

Ниже приведена зависимость растворимости СО₂ от температуры абсорбции 20,3 %-ным раствором МЭА при парциальном давлении СО₂, равном 60,6 гПа:

Т, ⁰С …………… 30 75 140

V_СО2, м³\ м³ …… 38,828,837,39

А также зависимость растворимости СО₂ 20,3 %-ным раствором МЭА от парциального давления р_СО2 при 25 ⁰ С:

р_СО2, мПа ……………. 0,2940,1010,025

V_СО2, м³\ м³ ………….59,151,744,3

В промышленных условиях содержание СО₂ в растворе МЭА существенно ниже равновесного.

.2 Теоретические основы принятого метода

Технологический процесс производства уксусной кислоты состоит из следующих стадий:

- получение окиси углерода;

очистка природного газа от сернистых соединений;

конверсия природного газа;

очистка конвертированного газа от диоксида углерода;

газоразделение;

компремирование газовых потоков;

парообразование, распределение пара и конденсата;

получение уксусной кислоты;

синтез уксусной кислоты;

ректификация уксусной кислоты;

улавливание легких фракций;

приготовление катализатора и промотора;

хранение готовой продукции.

.2.1 Теоретические основы получения готового продукта

Описание технологического процесса получения уксусной кислоты

Синтез уксусной кислоты

Уксусную кислоту получают карбонилированием метанола при температуре 185С, давлении 2,8 МПа (28 кгс/см²) в присутствии катализатора процесса - комплексных соединений родия. Промотором катализаторной системы являются соединения йода - йодистый метил и йодистый водород.

Реакционная смесь из реактора синтеза уксусной кислоты имеет следующий состав:

массовая доля триодида родия - 250 - 450 ppm;

массовая доля йодистого метила - 8-11,5 %;

массовая доля HI - не менее 3,0 %);

массовая доля уксусной кислоты - 65-74 %;

массовая доля метилацетата - не более 1,5 %;

массовая доля метанола - не более 0,038 %;

массовая доля воды - не менее 13,0 %

Суммарное уравнение реакции карбонилирования метанола может быть представлено в следующем виде:

₃OH + CO CH₃COOH + Q (9)

Процесс карбонилирования метанола описывается следующими уравнениями реакций:

₃OH + CH₃COOH CH₃COOCH₃ + H₂O(10)

CH₃COOCH₃ + HI CH₃COOH + CH₃I (11)

CH₃I + Rh комплекс(1)  Rh комплекс(2)комплекс (2) +CO + H₂O CH₃COOH +HI+Rh комплекс (1)(12)

В процессе синтеза уксусной кислоты выделяется 2325 кДж (541 ккал) тепла на 1 кг уксусной кислоты.

По мере протекания реакций катализатор проходит ряд превращений в виде окислительно-восстановительного цикла от валентного состояния +1 до +3.

Суммарное уравнение реакций (3) и (4) представляет собой итог реакционно-регенерационного процесса, присущего системе катализатор-промотор

₃I + СО + Н₂О СН₃СООН + HI(13)

Из приведенных реакций самой медленной является реакция (11), которая определяет скорость реакции карбонилирования метанола и, следовательно, нагрузку по метанолу.

Теоретическая скорость реакции карбонилирования определяется по уравнению:

грамм-моль СН₃ОН/литр раствора в час

где Т - температура, в °К (К = °С + 273,15)- молярная концентрация йода, измеренная в холодной неаэрированной жидкости, моль/литр;- молярная концентрация родия, измеренная в холодной неаэрированной жидкости, моль/литр.

Повышению теоретической скорости способствует:

- повышение температуры в реакторе;

- увеличение концентрации йода;

- увеличение концентрации родия.

Однако:

- температура не должна быть выше 190С для предотвращения повышенной коррозии;

- концентрация метилиодида не должна превышать 11,5%, т.к. большая концентрация CH₃I приводит к осаждению катализатора;

- высокая более 450ppm концентрация родия в реакторе приведет к осаждению катализатора.

Расчетная рабочая скорость процесса принята равной 66% от максимальной теоретической скорости подачи метанола, т.е. фактическая скорость реакции карбонилирования ограничена скоростью подачи метанола и равна ей.

Процент от теоретической скорости рассчитывается как отношение фактической скорости к теоретической.

Наряду с основной реакцией образования уксусной кислоты (реакцией карбонилирования) протекает реакция конверсии оксида углерода

СО+Н₂О Н₂+СО₂(14)

Эта реакция является итоговым уравнением двух реакций, которые схематично могут быть представлены в следующем виде

 комплекс (1) + 2НI Rh комплекс (2) + Н₂ + СО (15)

Rh комплекс (2) + Н₂О + 2СО Rh комплекс (1)+СО₂+2НI(16)

В приведенных реакциях, подобно реакциям карбонилирования, имеется окислительно-восстановительный цикл, в котором валентность родия изменяется от +1(1) до +3(П). Протеканию реакции конверсии СО способствует наличие избытка йодистого водорода в системе.

Важной стороной этого процесса является увеличение содержания инертов в системе синтеза (на 1 моль СО образуется 1 моль СО₂ и 1 моль Н₂), что приводит к снижению парциального давления СО в системе, а это, в конечном итоге, может нарушить стабильность катализаторной системы и процесса синтеза.

Процесс получения уксусной кислоты методом карбонилирования метанола характеризуется высокой селективностью. Основным побочным продуктом является пропионовая кислота, которая образуется в результате карбонилирования этанола. Этанол поступает в реактор как примесь метилового спирта, а также образуется в процессе реакции гидрирования уксусной кислоты:

СН₃СООН + 2Н₂ С₂Н₅ОН + Н₂О(17)

С₂Н₅ОН + СО С₂Н₅СООН(18)

Водород для реакции гидрирования получается по реакции конверсии СО:

СО + Н₂О СО₂ + Н₂ (19)

Кроме пропионовой кислоты в процессе синтеза образуются другие легкокипящие примеси, такие, как муравьиная кислота, ацетальдегид, диметиловый эфир, и т.д., а также насыщенные углеводороды (алканы).

.2.2 Теоретические основы процесса проектируемого узла (отделения)

Очистка конвертированного газа от диоксида углерода

Очистка газа от СО₂ проводится в абсорбере раствором моноэтаноламина. Процесс очистки основан на взаимодействии моноэтаноламина и углекислоты с образованием карбонатов:

RNH₂ + CO₂ + H₂O (RNH₃)₂CO₃ (20)

(RNH₃)CO₃ + CO₂+ H₂O 2 RNH₃HCO₃(21)

где R --OHCH₂CH₂-

Очищенный от СО₂ газ компрессором подается на стадию разделения смеси углерода и водорода.

Регенерация насыщенного диоксидом углерода моноэтаноламинового раствора проводится в колонном аппарате. Выделившийся при этом диоксид углерода снова используется в процессе.

Процессу абсорбции СО₂ способствуют:

низкая температура;

высокое давление;

высокая массовая доля амина в растворе абсорбента;

низкая объемная доля СО₂ в очищенном газе;

- высокая скорость циркуляции абсорбента.

При работе в заданном режиме процесс очистки обеспечивает остаточное содержание СО₂ в очищенном газе не более 50 ррм.

Из-за деструкции МЭА схемой предусмотрены следующие ступени очистки:

фильтрация части потока холодного бедного раствора МЭА через патронный фильтр для удаления твердых примесей;

фильтрация части потока холодного бедного раствора МЭА через фильтр, заполненный активированным углем;дистилляция части потока горячего бедного раствора МЭА из нижней части колонны отпарки в смолоотделителе при температуре 130-150С с гидрооксидом натрия или углекислым натрием.

С увеличением концентрации моноэтаноламина плотность растворов непрерывно возростает.

Выбор оптимальных температурных режимов процесса абсорбции / десорбции обеспечивает поддержание нормального технологического процесса, при котором достигается экономия тепла и отсутствие вскипания насыщенного раствора на входе в колонну.

1.3 Характеристика исходного сырья и готовой продукции. Государственные стандарты

.3.1 Исходное сырьё

) Природный газ. ГОСТ 5542-87. Массовая концентрация меркаптанов 0,36 г/м³; массовая концентрация сероводорода 0,02 г/м³; объемная доля кислорода не более 1,0 %.

) Диоксид углерода. Объемная доля диоксида углерода: в очищенном виде - не менее 99,5 %, в неочищенном виде - не менее 94,0 %. Горючие примеси: в очищенном виде - не более 0,08%, в неочищенном виде - не более 5,0%. Объёмная доля инертных газов - в очищенном виде - 0,4-1,0%, в неочищенном виде - не более 1,3%. Массовая концентрация сероводорода: в очищенном виде - не более 1,0 мг/м³, в неочищенном виде - не более 1,0 мг/м³. Температура: в очищенном виде - не более 50С, в неочищенном виде - 40-60С.

) Частично обессоленная вода. Жесткость общая - не более 10 мкмоль/дм^3.. Щелочность общая - не более 0,65 моль/дм³. Солесодержание - не более 80 мг/дм³. Концентрация хлоридов - не более 15 мг/дм³. рН - 8,5-9,5. Концентрация сульфатов - не более 50 мг/дм³. Азот аммонийный - не более 0,2 мг/дм³.

.3.2 Вспомогательные материалы

) Метанол технический. ГОСТ 2222-95. Массовая доля альдегидов и кетонов в пересчете на ацетон - не более 0,003 %. Плотность при 20С - 0,791-0,792 г/см³. Массовая доля воды - не более 0,05%. Массовая доля этилового спирта - не более 0,01%.

) Азотоводородная смесь. Объемная доля водорода - 72-74 %; объемная доля азота - 21-25%; объемная доля метана - не более 1,25%; объемная доля аргона - не более 0,3%; объемная доля СО и СО₂ - не более 15 ppm или объемная доля водорода - 72-75 %; объемная доля азота - 21-25%; объемная доля метана - не более 1,25%; объемная доля аргона - не более 0,3%; объемная доля СО и СО₂ - не более 15 ppm.

) Моноэтаноламин технический C₂H₇ON. ТУ 2423-159-00203335-2004. Массовая доля моноэтаноламина - не менее 98,8%. Массовая доля диэтаноламина - не более 0,6%. Массовая доля воды - не более 0,6%. Цветность в ед. Хазена - не более 50. Плотность при 20С - 1,015-1,018 г/см³. Молекулярный вес 105,136; температура плавления - 28⁰С; температура кипения при 760 мм рт. ст. - 271⁰С.

) Тринатрийфосфат технический Na₃PO₄ 12H₂O. ГОСТ 201-76. Внешний вид - чешуйки или кристаллы, способные слеживаться. рН водного раствора - 11,5-12,5. Массовая доля общего Р₂О₅ -не менее 18,5%. Массовая доля нерастворимого в воде осадка - не более 0,03%.

5) Морфолин C₄H₉NO (тетрагидро-1,4-оксазин) чистый. ТУ 6-09-649-85. Внешний вид - бесцветная или желтоватая прозрачная жидкость. Массовая доля модфолина - не менее 99%. Плотность, 20 - 1,000-1,003 г/см3. Показатель преломления,  - 1,4535-1,4555. Температура кипения - 127-130С. Массовая доля нелетучего остатка - не более 0,05%.

) Гидразингидрат технический N₂H₄х H₂O. ГОСТ 19503-93. Внешний вид - бесцветная прозрачная жидкость. Массовая доля гидразингидрата - 64,0-67,0%. Остаток после прокаливания - не более 0,002%.

) Калия гидроксид КОН. ГОСТ 24363-80. Массовая доля КОН - не менее 84,5%. Массовая доля железа - не более 0,001%. Массовая доля хлоридов - не более 0,008%.

) Кислота фосфорноватистая (гипофосфористая) Н₃РО_2. ТУ 113-25-6-41-90. Внешний вид - прозрачная жидкость желтого цвета. Массовая доляН₃РО_2-50-60%. Массовая доля сульфатов - не более 0,1%. Массовая доля бария - не более 0,2%. Массовая доля железа - не более 0,001%. Массовая доля мышьяка - не более 0,00025%.

) Натр едкий технический NaOH. ГОСТ 2263-79 изм. 1, 2. Внешний вид - бесцветная или окрашенная жидкость. Содержание основного вещества - не менее 43%. Массовая доля хлоридов - не более 1,5%.

) Сода кальцинированная. ГОСТ 5100-85изм. 1. Внешний вид - гранулы белого цвета. Содержание основного вещества - не менее 99,0%. Содержание хлоридов - не более 0,5%. Потери при прокаливании - не более 0,8%.

) Натрий углекислый Na₂CO₃*10H₂O. ГОСТ 84-76 изм. 1. Массовая доля углекислого натрия - не менее 99,8%. Потери нерастворимых веществ - не более 0,01%. Массовая доля: кремниевой кислоты (SiO₂) - не более 0,005%; серы общей (в пересчете на H₂SO₄) - не более 0,006%; хлоридов (Cl) - не более 0,003%; железа - не более 0,001%; тяжелых металлов (Pb) - не более 0,0005%.

) Родий трехиодистый. ТУ 6-09-05-1451-94. Внешний вид - кристаллический порошок черного цвета. Массовая доля родия - не менее 20%. Массовая доля калия - не более 0,1%. Растворимость в уксусной кислоте - не менее 99,75%.

) Йод технический J₂. ГОСТ 545-76. Внешний вид - кристаллы серо-черного цвета с металлическим блеском, размером не более 30 мм. Массовая доля йода - не менее 99%. Массовая доля хлорида и бромида - не более 0,01%. Массовая доля органических веществ - не более 0,08%. Потери при прокаливании - не более 0,05%.

) Полиэфир 1601-2-50. ТУ 2226-419-05761784-97. Кислотное число - не более 0,5 мгКОН/г. Массовая доля воды - не более 0,1%. Вязкость динамическая при 25С - 120-200 МПас.

) Эмульсия КЭ-10-34. ТУ 6-02-1323-85. Внешний вид - жидкость светло-желтого цвета. Пеногасящая способность, объем пены - не более 50мл. Механические примеси отсутствуют.

) Йод чистый. ГОСТ 4159-79. Массовая доля йода - не менее 99,5%. Массовая доля хлорида и бромида - не более 0,015%. Массовая доля сульфатов - не более 0,01%.

) Натрий триполифосфат Na₅P₃O₁₀. ГОСТ 13493-83. Внешний вид - рассыпающийся порошок белого цвета. Массовая доля Р₂О₅ - не менее 56,5%. Массовая доля Na₅P₃O₁₀ - не менее 92 %. Массовая доля первой формы триполифосфата натрия - не более 10%. Массовая доля железа - не более 0,02%. Массовая доля нерастворимых веществ - не более 0,13%.

) Оксид углерода. Настоящий регламент. Объемная доля оксида углерода - не более 98%. Объемная доля азота - не более 1,5%. Объемная доля метана - не более 0,5%.

) Воздух технологический. Регламент ЦПЖМУ. Давление - не менее 0,5МПа. Содержание влаги, г/м³: зимой - 0,12; летом - 0,24.

) Воздух КИПиА. Инструкция №5 по взаимосвязи цеха ПЖМУ, ЦЦРиПОК с цехами ОАО «Невинномысский Азот» по обеспечению воздухом КИПиА. Точка росы - не выше минус 40С. ГОСТ 17433-80
(класс загрязненности 0). Размер твердой частицы - не более 0,5мм. Содержание твердых частиц - не более 0,001мг/м³. Не допускается присутствие воды (в жидком состоянии). Не допускается присутствие масла (в жидком состоянии).

) Азот газообразный технический. ГОСТ 9293-74 изм. №1,2,3. Объемная доля азота - не менее 99,0%. Объемная доля кислорода - не более 1,0%.

) Конденсат на входе в цех. По регламенту цеха ПВС. Жесткость - не более 50 мкмоль/дм³. Содержание железа - не более100 мкг/дм³. Содержание окиси кремния - не более120 мкг/дм³ . Содержание нефтепродуктов - не более0,5 мкг/дм³ . Перманганатная окисляемость - 5,0 мгО₂/дм³. рН - 7-9,5. Солесодержание - не более5,0 мг/дм³.

23) Оборотная вода Воц-5. Регламент. рН - 6,5-8,5. Фосфаты (в пересчете на Р₂О₅) - 7-12 мг/дм³ . Мутность - не более 50мг/дм³.Перманганатная окисляемость - не более 4 мгО₂/дм³. СтабильностьI 0,3. Общая жесткость -не более 7 моль/дм³. Солесодержание - не более 700 мг/дм³.

) Речная вода. По регламенту цеха ПВС. Взвешенные вещества - не более 50 мг/дм³ . рН - 6,8-8,5.

) Аммиачная вода. Регламент ПЖМУ. Массовая доля аммиака - не менее 25%. Массовая концентрация нелетучего остатка - не более0,07 г/дм³.

.3.3 Катализаторы, носители, поглотители

) Катализатор для гидрирования сероорганических соединений. Поставка инофирмы.

) Поглотитель для очистки газов от сероводорода ГИАП-10. ТУ 113-03-2002-86 с изменениями № 1,2,3. Внешний вид - таблетки светло-серого цвета. Размер: диаметр - 5,0 мм, высота - 5,0 мм. Массовая доля цинка - не менее 94,0 %. Массовая доля пыли и крошки - не более 6,0 %.

) Поглотитель для очистки газов от сероводорода ГИАП-ПС. ТУ 113-03-2002-86 с изменениями № 1,2,3. Внешний вид - гранулы цилиндрической формы, серо-белого цвета (формованные). Диаметр - 4,5 мм. Массовая доля цинка - не менее 87,0 %. Массовая доля пыли и крошки - не более 6,0 %.

) Катализатор конверсии природного газа ГИАП-18. ТУ 113-03-2010-93. Внешний вид - цилиндрические кольца серого или светло-серого цвета. Размер: диаметр наружний - 14,5; диаметр внутренний - 6,5; высота - 12; насыпная плотность - 1,1кг/дм³.Массовая доля никеля в перерасчете на NiО - не менее11%. Массовая доля кальция в перерасчете на СаО - не менее 8,0-10,0%. Массовая доля аллюминия в перерасчете на AL₂O₃ - не менее 70,0%.

) Цеолиты общего назначения формованные со связующими. ТУ 38.10281-38, марка А,Б с изм. №3,4. Насыпная плотность - не менее 0,6 г/дм³. Механическа прочность на раздавливание - не менее 0,5 кг/см². Массовая доля водостойкости - не менее96,5%. Динамическая ёмкость по парам воды для размера гранул по среднему диаметру 4,5 мм - не менее98,5 мг/см³;3,6 мм - не менее 103мг/см³; 2,0 мм - не менее108 мг/см³. Динамическая ёмкость по парам бензола для цеолитов среднего диаметра: 4,5 мм - не менее 53; 3,6 мм - не менее 66; 2,0 мм - не менее 69.

.3.4 Готовая продукция

Техническое наименование производимой продукции:

А) Кислота уксусная синтетическая;

Б) Кислота уксусная пищевая;

Технические требования.

Синтетическая уксусная кислота по физико-химическим показателям должна соответствовать ГОСТ 19814-74 «Кислота уксусная синтетическая и регенерированная»

Таблица 1 -Государственный стандартГОСТ 19814-74 «Кислота уксусная синтетическая и регенерированная»

Примечание: Остальные показатели качества кислоты уксусной синтетической определяются в установленном порядке по ГОСТ 19814-74.

Кислота уксусная пищевая по органолептическим и физико-химическим показателям должна соответствовать требованиям и нормативам, указанным в ТУ 9182-022-00334589-97.

Таблица 2 - Технические условия на кислоту уксусную пищевую ТУ 9182-022-00334589-97

Примечание:

1. Допускается отклонения от норм массовой доли уксусной кислоты ⁺_- 1%.

. По содержанию токсичных веществ уксусная кислота должна соответствовать нормам «Медико-биологических требований и санитарных норм качества продовольственного сырья и пищевых продуктов» № 5061-89, которые гарантируются изготовителя, но не реже в квартал.

Основные физико-химические свойства уксусной кислоты.

Синтетическая уксусная кислота - бесцветная, прозрачная легковоспламеняющаяся жидкость с резким специфическим запахом.

Формула

- эмпирическая СН₃СООН;

- структурная

Молекулярная масса (по международным атомным весам 1917 г.)- 60,05

Плотность при 20С, кг\м³ - 1,049

Растворимость в воде - смешивается в любых отношениях, в спирте и эфире растворяется хорошо.

Температура, С

плавления16,63

кипения (при 101,3 кПа)118,3

вспышки38

самовоспламенения 454

в смеси с воздухом

Вязкость динамическая при 20 С, Па, С 1,27*10^-3

Удельная электропроводимость(при 25 С) см^-12,4*10^-8

Удельная теплоёмкость (при 20 С), дж\кг К 2039

Пределы взрываемости по воздуху, % об.

нижний3,3

верхний22,0

Коэффициент объёмного расширения жидкости 0,001205

Давление насыщенного пара, кПа

при 20 С1,6

при 40 С2,6

Уксусная кислота ассоциирована в жидком виде и парах. Синтетическая уксусная кислота применяется в химической, фармацевтической, лёгкой, текстильной, бумажной промышленностях, является сырьём для получения винилацетата, химических волокон, красок, медицинских препаратов.

В сельском хозяйстве используется как консервант кормов для животных.

.3.5 Побочные продукты

Водород - побочный продукт производства уксусной кислоты по физико-химическим показателям должен соответствовать требованиям настоящего регламента.

Таблица 3 - Требования настоящего регламента на водород (побочный продукт)

.4 Описание технологической схемы. Нормы технологического режима

Газ после печи риформинга, пройдя сепаратор С с давлением 8÷9кг/см² и температурой 40⁰С поступает в адсорбер КА, орошаемый 20%-м раствором моноэтаноламина (МЭА).

При контакте газа с МЭА происходит поглощение им диоксида углерода. Отмытый от СО₂ газ (Н₂ - 49%, СО - 47%, СН₄ - 1,0%, N₂ - 1,5%) через сепаратор Споступает на всас компрессора К. Раствор МЭА из куба колонны Ок с температурой 60⁰С дополнительно подогревается в теплообменнике То и подается на верх регенератора Ок. Подогрев регенератора поз.Ок производится паром, подаваемым в кипятильники К1,2. Температура верха регенератора Ок - 100⁰С, куба - 120⁰С. В колонне происходит десорбция СО₂ из МЭА-раствора. Парогазовая смесь с верха регенератора Ок охлаждается в холодильнике Х и поступает в сепаратор С, где происходит отделение газа от жидкости. Газ - диоксид углерода поступает в каплеотбойник Ко на всасе компресора К, а жидкость насосом Н подается в регенератор поз.Ок для орошения насадки. Из куба Ок МЭА-раствор с температурой 120⁰С проходит теплообменник ТО, отдавая тепло раствору МЭА, поступающему в регенератор Ок. Далее раствор охлаждается водой до 40⁰С в холодильнике Х и поступает на орошение адсорбера КА.

Технологическая схема очистки конгаза от диоксида углерода представлена на рисунке.

.5 Конструкция основного аппарата. Вспомогательное оборудование

.5.1 Выбор конструкции основного аппарата

Процесс поглощения диоксида углерода раствором моноэтаноламина является одним из процессов массопередачи, а именно - абсорбцией, которая, как известно, протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны обеспечивать как можно большую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом (МЭА и СО₂). По способу образования этой поверхности абсорберы условно можно разделить на следующие группы:

поверхностные;

плёночные;

насадочные;

барботажные (тарельчатые);

распыливающие.

Поверхностные абсорберы.

В поверхностных абсорберах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно текущей жидкости, причём зеркало жидкости является поверхностью массообмена. Величина этой поверхности незначительна, вследствие чего поверхностные абсорберы применяют лишь при небольших масштабах производства. Обычно устанавливают несколько последовательно соединённых абсорберов с противоточным движением газа и жидкости. Для осуществления самотёка жидкости абсорберы распологают ступенчато, то есть каждый последующий по ходу жидкости аппарат несколько ниже предыдущего.

Поверхностные абсорберы малоэффективны и в настоящее время находят ограниченное применение. Они используются в основном для абсорбции хорошо растворимых компонентов из небольших объёмов газа при одновременном отводе тепла. Эти абсорберы применяют, в частности, при поглощении компонентов из высококонцентрированных газовых смесей.

Плёночные абсорберы.

В плёночных абсорберах газ и жидкость соприкасаются на поверхности текущей жидкости плёнки. Течение плёнки происходит по вертикальным поверхностям, представляющим собой трубы или пластины. Известны три типа плёночных абсорберов:

трубчатые абсорберы, в которых плёнка стекает по внутренней поверхности вертикальных труб;

абсорберы с листовой (плоско-параллельной) насадкой, в которых плёнка стекает по обеим поверхностям вертикальных пластин;

абсорберы с восходящим (обращённым) движением плёнки.

Аппараты первых двух типов работают при противотоке газа и жидкости (газ движется снизу вверх навстречу стекающей по поверхности плёнке); они могут работать также при низходящем прямотоке (газ и жидкость движутся сверху вниз). Абсорберы третьего типа рабтают при восходящем прямотоке (газ и жидкость движутся снизу вверх).

Трубчатые абсорберы, а также абсорберы с восходящим движением плёнки могут применяться при одновременном отводе тепла в процессе абсорбции; по развиваемой в единице объёма поверхности соприкосновения фаз и по интенсивности массопередачи эти абсорберы значительно превосходят поверхностные. Гидравлическое сопротивление трубчатых абсорберов и абсорберов с листовой насадкой даже при сравнительно больших скоростях газа (4-5 м/сек) невелико. Абсорберы с восходящим движением плёнки, работающие при высоких скоростях газа (свыше 15/20 м/сек), - высоко интенсивные аппараты, но в то же время обладают значительным гидравлическим сопротивлением.

В настоящее время плёночные абсорберы практически не применяют. Из них наиболее распространены трубчатые абсорберы, используемые для поглощения хорошо растворимых газов (НCl, NH₂) из концентрированных газовых смесей при одновременном отводе тепла.

Барботажные абсорберы.

Многочисленные типы барботажных абсорберов можно разделить на три основные группы:

абсорберы тарельчатого типа со ступенчатым контактом между фазами, причём ступени (тарелки) расположены в одном аппарате;

абсорберы со сплошным барботажным слоем, в которых осуществляется непрерывный контакт между фазами;

абсорберы с механическим перемешиванием жидкости;

В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развиваетсяпотоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками.

Барботажные абсорберы тарельчатого типа выполняют в виде колонн круглого сечения, по высоте которых расположены той или иной конструкции тарелки, причём на каждой тарелке осуществляется одна ступень контакта. Таким образом, особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах) - газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата.

Абсорберы со сплошным барботажным слоем в нижней части имеют пористую перегородку или плиту с отверстиями, под которую подводится газ. Над плитой при прохождении газа через жидкость образуется барботажный слой, представляющий собой дисперсную систему (пену), в которой жидкость является сплошной, а газ - дисперсной фазой. Жидкость может подводиться сверху и отводиться снизу.

Аппараты такого типа служили раньше, как предмет лабораторных исследований; однако, несмотря на крайнюю простоту, они не нашли промышленного применения. Это объясняется тем, что в таком аппарате вследствие интенсивной циркуляции в вертикальном направлении жидкость в значительной степени перемешана по высоте, то есть концентрация жидкости по высоте мало изменяется и близка к конечной её концентрации. Также недостатком данного вида абсорберов является и их малая эффективность вследствие снижения средней движущей силы при перемешивании жидкости.

Барботажные абсорберы с механическим перемешиванием жидкости представляют собой сосуды с мешалками, в которых газ барботирует через слой перемешиваемой жидкости. Механическое перемешивание повышает скорость массопередачи, так как касательные напряжения, возникающие в жидкости при перемешивании, вызывают дробление пузырьков газа, что ведёт к увеличению поверхности соприкосновения фаз. Сопротивление абсорберов с механическим перемешиванием используют сравнительно редко. Они находят применение при небольших отношениях газ:жидкость, а также, если в поглотителе присутствует мелко измельчённое твёрдое вещество во взвешенном состоянии. Эти абсорберы используют также в случаях, когда требуется значительное время пребывания жидкости в аппарате (например, при протекании в процессе абсорбции химической реакции) или при периодической абсорбции. В процессе поглощения можно отводить выделяющееся тепло при помощи рубашки или змеевика, по которым пропускают охлаждающий агент.

Распыливающие абсорберы.

Распыливающие абсорберы можно разделить на следующие три группы аппаратов:

полые (форсуночные) распыливающие абсорберы, представляющие собой колонны или камеры, в которых движется газ, встречающий на своём пути жидкость, распыляемую на капли при помощи форсунок (распылителей);

скоростные прямоточные распыливающие абсорберы, в которых распыление жидкости осуществляется за счёт кинетической энергии движущегося с большой скоростью газового потока;

механические распыливающие абсорберы,в которых жидкость распыляется вращающимися деталями.

В полых распыливающих абсорберах газ движется обычно снизу вверх, а жидкость подаётся через расположенные в верхней части колонны распылители с направлением факела распыла сверху вниз или под некоторым углом к горизонтальной плоскости.

Во многих случаях, особенно при большой высоте колонны, распылители располагают в несколько ярусов. При этом факелы распыла направляют сверху вниз или под углом к горизонтальной плоскости, либо снизу вверх. применяют также комбинированную установку распылителей: часть факелом вверх, а часть - факелом вниз.

Полые распыливающие абсорберы отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью; они обладают малым гидравлическим сопротивлением и могкт применятся при сильно загрязнённых газах.

Основной недостаток полых абсорберов - невысокая эффективность, обусловленная перемешиванием газа и плохим заполнением объёма факелом распыленной жидкости. Полые абсорберы неудовлетворительно работают при низких плотностях орошения, а количество подаваемой жидкости трудно поддаётся регулированию.

Рабочий объём скоростных прямоточных распыливающих абсорберов обычно имеет форму расходомерной трубы Вентури (поэтому такие абсорберы часто называют абсорберами Вентури). Этот объём состоитиз сужающейся части (конфузор), узкой части (горловины) и расширяющейся части (диффузор). Жидкость подают в горловину или в конфузор. Пройдя с большой скоростью через горловину, газ поступает в в диффузор; здесь скорость газа постепенно снижается, после чего он направляется в сепарационное устройство. В диффузоре кинетическая энергия газа переходит в энергию давления с минимальными потерями.

Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы - высоко интенсивные аппараты и поэтому весьма перспективны для процессов, не требующих противотока или позволяющих обойтись небольшим числом ступеней. Однако эти аппараты изучены пока ещё недостаточно и опыт промышленной эксплуатации их невелик. Поэтому трудно дать рекомендации по выбору типа указанных аппаратов и режиму в них.

В механических распыливающих абсорберах можно достичь высокой эффективности при малых габаритах. Это обстоятельство, а также низкое гидравлическое сопротивление привлекают внимание исследователей к рассматриваемому типу абсорберов. Однако из-за сложности конструкции, наличия вращающихся частей и значительного расхода энергии механические абсорберы нашли ограниченное применение.

Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решётки и т.д.). Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость. Поверхность насадки в единице объёма аппарата может быть довольно большой и поэтому в сравнительно небольших объёмах можно создать значительные поверхности массопередачи.

Течение жидкости по насадке носит в основном плёночный характер, вследствие чего насадочные абсорберы можно рассматривать как разновидность плёночных. В то же время между насадочными и плёночными абсорберами, в том числе абсорберами с листовой насадкой, имеются различия. В плёночных абсорберах плёночное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, тогда как в насадочном - лишь по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой плёнка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется другая плёнка. Некоторая часть жидкости при этом проваливается в виде капель через расположенные ниже слои насадки.

Насадочный абсорбер состоит из колонны, в которой помещена поддерживающая решётка; на этой решётке уложен слой насадки. Орошающая жидкость подаётся на насадку при помощи распределительного устройства. Насадка может быть уложена как сплошным слоем, так и в несколько слоёв, причём под каждый слой устанавливают отдельные поддерживающие решётки. В некоторых случаях при прослойной укладке насадки между отдельными слоями устанавливают устройства для перераспределения жидкости.

Вдипломном проекте выбран насадочный абсорбер, так как

.5.2 Характеристика оборудования

- основной аппарат представляет собой вертикальную целиндрическую колонну высотой 20 м, диаметром 3м, которая снабжена штуцером входа и выхода газа диаметром 650 мм, штуцером входа и выходаМЭА раствора .Материал Колонна состоит из распределителя, перераспределителя, ограничителя, трёх тарелок, насадка колонн - кольца из нержавеющей стали. Объём насадки 46 м³; расчётное давление 10,5 кгс/см²; расчётная температура 80⁰С; рабочее давление 8,4 кгс/см²; рабочая температура 40⁰С;

колонна отпарки МЭА. SA-516GP-60, насадка SUS-304. Предназначена для удаления СО₂ из раствора МЭА. Колонна состоит из 3-х тарелок. Кольца - на нержавеющей стали (насадка). Диаметр 2700 мм; высота 27000 мм; объём насадки 74,4 м³; расчётное давление 2,5 кгс/см²; расчётная температура 150⁰С; рабочее давление 0,6 кгс/см²; рабочая температура 101⁰С;

сборник флегмы. 03Х18Н11. Предназначен для сбора конденсата. Вертикальный аппарат цилиндрической формы. Диаметр 1200мм; высота 3405 мм; объём 3,05 м³; рабочая среда: конденсат и СО₂; расчётное давление 2,5 кгс/см²; расчётная температура 130⁰С; рабочее давление 0,35 кгс/см²; рабочая температура 40⁰С;

холодильник раствора МЭА. Корпус Вст3сп5, труба SA-213TP304L. Предназначен для охлаждения раствора МЭА. Кожухотрубный с U-образными трубами, цилиндрической формы. Диаметр 1305 мм; длина 7945 мм; площадь теплообмена 543 м³; рабочая среда: раствор ДЭА, охлаждающая вода; трубное пространство: расчётное давление 6 кгс/см², расчётная температура 60⁰С, рабочее давление 4 кгс/см², рабочая температура 40⁰С; межтрубное пространство: расчётное давление 19 кгс/см², расчётная температура 105⁰С, рабочее давление 14,5 кгс/см², рабочая температура 75⁰С; труба: диаметр 19мм, количество 935 штуки;

теплообменник раствора МЭА. Корпус-Вст3сп5, камера-03Х18Н11, трубы-SA213NH316L. Предназначен для подогрева раствора МЭА, кожухотрубный с U-образными трубами, цилиндрической формы. Диаметр 1200мм; длина 8416 мм; площадь теплообмена 486 м²; труба: диаметр 19 мм, количество 692 штуки; трубное пространство: расчётное давление 11 кгс/см², расчётная температура 130⁰С, рабочее давление 8,6 кгс/см², рабочая температура 100⁰С; межтрубное пространство: расчётное давление 3,6 кгс/см², расчётная температура 150⁰С, рабочее давление 1,5 кгс/см², рабочая температура 116⁰С;

холодильник кислого газа. Камера-03Х18Н11, корпус-Вст3сп5, трубы-SA249NH304L. Предназначен для охлаждения СО₂ и конденсации пара. Кожухотрубный с U-образными трубами, цилиндрической формы. Диаметр 1300 мм; длина 8494 мм; площадь теплообмена 593 м²; труба: диаметр 19 мм, количество 839 штуки; рабочая среда: пар, СО₂, охлаждающая вода; трубное пространство: расчётное давление 6,0 кгс/см², расчётная температура 60⁰С, рабочее давление 4 кгс/см², рабочая температура 40⁰С; межтрубное пространство: расчётное давление 2,5 кгс/см², расчётная температура 130⁰С, рабочее давление 0,6 кгс/см², рабочая температура 101⁰С;

кипятильник раствора МЭА. Корпус-03Х18Н11, камера-Вст3сп5, трубы-SA213TP304L. Предназначен для подогрева раствора ДЭА. Кожухотрубный с неподвижными трубными решётками, цилиндрической формы. Диаметр 1250мм; длина 8478 мм; площадь теплообмена 534 м²; труба: диаметр 19мм, количество 759 штуки; рабочая среда: МЭА, пар; трубное пространство: расчётное давление 11,5 кгс/см², расчётная температура 230⁰С, рабочее давление 8,1 кгс/см², рабочая температура 170⁰С; межтрубное пространство: расчётное давление 3,3 кгс/см², расчётная температура 150⁰С, рабочее давление 0,7 кгс/см², рабочая температура 116⁰С;

насос подачи флегмы и регенератор раствора МЭА. SOS-14, SUS-316. Тип - GS-521-2, центробежный; производительность 11 - 13 м³/ч; привод электродвигателя 7,5 кВт; n2900 об/мин.

.6 Автоматизация производства. Аналитический контроль

.6.1 Автоматизация производства

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания процессов, а так же чувствительностью их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью применяемых веществ. Автоматизация приводит к улучшению основных показателей эффективности производства, увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда.

.6.1.1 Выбор средств контроля и управления процессом

Автоматические устройства, входящие в управляющую систему, по функциональным признакам подразделяются на устройства контроля, регулирования, сигнализации и блокировки.

Устройства контроля служат для получения информации о состоянии объекта и условиях его работы. Контролю подлежат все параметры, знание текущих значений которых облегчает пуск, наладку и ведение процесса.

В узле моноэтаноламиновой очистки контролю подлежат следующие параметры:

давление конвертируемого газа на входе в контактный адсорбер;

перепад давления в фильтрах;

температура конвертируемого газа на входе в контактный адсорбер;

температура в контактном адсорбере;

температура паров моноэтаноламина, отходящих через шлемовую трубу отпарной колонны;

расход регенерированного моноэтаноламина перед фильтрами.

Устройства регулирования предназначены для поддержания постоянного оптимального значения параметров процесса, эти устройства получают от объекта управления информацию о состоянии параметров и воздействуют на объект с помощью исполнительных механизмов.

В узле моноэтаноламиновой очистки регулированию подлежат следующие параметры:

давление в верхней части отпарной колонны;

температура регенерированного моноэтаноламина после холодильников;

температура в кубе отпарной колонны;

расход моноэтаноламина пред фильтрами отводимого из общего потока поступающего в контактный адсорбер;

состав раствора моноэтаноламина в отпарной колонне;

уровень очищаемого моноэтаноламина в смолоотделителе;

температура в смолоотделителе;

уровень в флегмовой ёмкости.

Вследствие, пожаровзрывоопасности производства, в целях предотвращения аварийной ситуации и для обеспечения правильной и безопасной работы агрегатов в отделении, сигнализации подлежат все вышеперечисленные параметры.

В схеме предусмотрено защитное отключение фильтров при достижении перепада давления на них 0,5 кгс/см².

Для предотвращения роста давления выше критического значения, в колонне отпарки предусмотрена блокировка. При увеличении давления выше 1,0 кгс/см² закрывается клапан на линии подачи пара в кипятильник колонны отпарки.

.6.1.2 Описание функциональной схемы автоматизации техологического процесса

.6.1.2.1 Автоматическое регулирование

Для стабилизации давления в верхней части отпарной колонны используется комплект приборов: измерительный преобразователь Сапфир 22 ДИ (поз. 2-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-4-8 (поз. 5-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 2-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 2-4).

Для стабилизации температуры регенерированного моноэтаноламина после холодильников используется комплект приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран - 202 типа хромель-копель (поз. 9-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-8-8 (поз. 12-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 9-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 9-4).

Для стабилизации температуры в кубе отпарной колонны используется комплект приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран - 202 типа хромель-копель (поз. 11-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-8-8 (поз. 12-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз.11-3), (поз. 11-5), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 11-4), (поз. 11-6).

Для стабилизации расхода регенерированного моноэтаноламина отводимого на фильтры из общего потока регенерированного моноэтаноламина поступающего в контактный адсорбер, используется комплект приборов: вихревой расходомер Vortex 8800 (поз. 14-1), (поз. 14-2), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-8-8 (поз 19-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 14-4), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 14-5).

Для стабилизации состава в отпарной колонне и регулирования содержания воды в системе используется комплект приборов: концентратомер АЖК 3103.3 (поз. 17-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-8-8 (поз. 19-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 17-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 17-4).

Стабилизация значения уровняв смолоотделителе осуществляется с помощью комплекта приборов: измерительного преобразователя давления Сапфир 22 ДД (поз. 20-1), видеографического регистратора и регулятора Метран 910-4-8 (поз. 23-1), магнитного пускателя ПБР-3А (поз. 20-3), исполнительного механизма МЭО 250/10-0 (поз. 20-4).

Для стабилизации температуры в смолоотделителе используется комплект приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран - 202 типа хромель-копель (поз. 21-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-4-8 (поз. 23-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 21-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 21-4).

Стабилизация значения уровня в флегмовой ёмкостиосуществляется с помощью комплекта приборов: измерительный преобразователь давления Сапфир 22 ДД (поз. 22-1), видеографический регистратор и регулятор Метран 910-4-8 (поз. 23-1), магнитный пускатель ПБР-3А (поз. 22-3), исполнительный механизм МЭО 250/10-0 (поз. 22-4).

.6.1.2.2 Автоматический контроль

Контролируется значение перепада давления в фильтрах с помощью комплекта приборов: измерительного преобразователя Сапфир 22 ДИ (поз. 1-1), видеографического регистратора и регулятора Метран 910-4-8 (поз. 5-1).

Контролируетсязначение перепада давления в фильтрах с помощью комплекта приборов : измерительного преобразователя Сапфир 22 ДД (поз. 3-1), (поз. 4-1), видеографического регистратора Метран 910-4-8 (поз. 5-1).

Контролируются значения температуры конвертируемого газа на входе в контактный адсорбер, температуры в контактном адсорбере, температуры паров регенерируемогомоноэтаноламинав шлемовой трубе отпарной колонныс помощью комплекта приборов: термоэлектрический преобразователь ТХК Метран -202 типа хромель-копель (поз. 5-1), (поз. 6-1), (поз. 7-1), (поз. 8-1), (поз. 10-1), видеографический регистратор Метран 910-8-8 (поз. 12-1).

Контролируется значение состава синтез-газа после адсорберов с помощью приборов: газоанализатора АГК-3103.3 (поз. 17-1), (поз. 18-1), видеографического регистратора Метран 910-8-8 (поз. 13-2).

Контролируется значение расхода моноэтаноламина перед фильтрами с помощью комплекта приборов: вихревой расходомер Vortex 8800С (поз. 13-1), видеографический регистратор Метран 910-8-8 (поз. 19-1).

1.6.2 Аналитический контроль

.6.2.1 Значение аналитического контроля производства

.6.2.2 График аналитического контроля

уксусный кислота метанол катализатор

Таблица 4 - График аналитического контроля

.8 Изменения, внесённые в проект

В настоящее времядовольно часто для очистки технологических газов используется в качестве поглотительного раствора 15% водный раствор МЭА. Однако все больше заводов рассматривают возможность перехода на поглотительные растворы вторичных (ДЭА) или третичных (МДЭА) аминов. Это связано, прежде всего с коррозионной активностью МЭА, которая ограничивает его концентрацию в циркулирующем растворе. Повышенную коррозионную активность раствора МЭА вызывают:

- примеси самого реагента - в свежем МЭА может содержаться некоторое количество примесей в виде ДЭА И ТЭА. При повышенных температурах (выше 170°С) происходит их поликонденсация с образованием смол, которые в виде отложений на поверхностях технологического оборудования и трубопроводов загрязняют систему.

- побочные реакции моноэтаноламина с двуокисью углерода. При повышенных температурах возможно взаимодействие МЭА с СО₂ с образованием нерегенерируемых продуктов, таких как оксазолидон-2, имидазолидон и N-(2-оксиэтил)-этилендиамин (ОЭЭДА) в присутствии которого в растворе увеличивается скорость коррозии. ОЭЭДА и другие полиамины могут образовывать комплексы железа хелатного типа, которые при охлаждении взаимодействуют с сероводородом с образованием сернистого железа не растворимого в водном растворе.

Исходный компонент, участвующий в образовании хелата регенерируется и вновь реагирует с железом. Таким образом, продукты коррозии в процессе коррозии накапливаются в растворе. При высоких температурах может протекать реакция между металлическим железом и угольной кислотой с образованием растворимого бикарбоната железа, который при десорбции превращается в нерастворимый карбонат железа.

- возможно окисление моноэтаноламина при его контакте с воздухом, что оказывает влияние на деградацию МЭА с получением в растворе щавелевой и муравьиной кислоты, а также некоторое количество уксусной кислоты. Все они находятся в виде сильно диссоциированных солей с МЭА, также образуются окси и аминокислоты, коррозионная активность которых очень высока. В целом продукты окисления МЭА являются более коррозионно-активными, чем продукты побочных реакций МЭА с СО₂.

- побочные реакции МЭА с сероводородом обычно протекают в присутствии кислорода, в этом случае может образовываться тиосульфат.

Учитывая высокую коррозионную активность раствора МЭА, а также склонность к побочным реакциям МЭА с поглощаемой углекислотой, сероводородом, кислородом воздуха (в узлах хранения аминового раствора), которые ведут к накоплению в циркулирующем растворе термостабильных солей, можно сделать вывод, чтоосновной задачей является снижение коррозионной активности поглотителя. Одним из путей снижения скорости побочных реакций является снижение температуры теплоносителя в узле регенерации. Часто по интенсификации процесса регенерации является применение теплоносителя с более высокими параметрами по температуре и давлению, но это приводит к увеличению скорости накопления термостабильных солей, увеличению скорости коррозии, потерям рабочего реагента.

Решение данной задачи возможно при переходе на новый поглотитель ДЭА или МДЭА, реакционная активность которых ниже по сравнению с МЭА. Это позволяет использовать вторичные и третичные амины в более концентрированном виде до 33% ДЭА и 50% МДЭА.

В настоящее время на рынке присутствует большое количество новых марок реагентов, основанных на МДЭА, которые учитывают специфику любой технологической схемы.

Таблица 5 - Свойства растворов этаноламинов

Как правило, в абсорберах и регенераторах аминовых установок используют различные типы тарелок или насадки, которые должны быть проверены на новые условия работы. В случае снижения эффективности работы контактных устройств, при переходе на другой поглотитель должен быть рассмотрен вопрос о замене существующих контактных устройств на более современные конструкции.

Переход натретичный амин МДЭА дает ощутимый экономический эффект за счет снижения капитальных затрат на строительство узла очистки отходящих газов. При этом получаем ожидаемый эффектот замены реагента на существующих узлах сероочистки и регенерации аминового раствора.

.9 Охрана труда и промышленная экология

Производство уксусной кислоты является сложной химико-технологичкской системой. Разнообразие, уникальность и сложность применяемого оборудования и техники, присутствие вредных, токсичных, пожаровзрывоопасных веществ и материалов, высоких и низких температур, оборудования, работающего под давлением и вакуумом, и т. д. всё это говорит о том, что производство синтетической уксусной кислоты является источником опасных и вредных производственных факторов.

.9.1 Основы техники безопасности

По природе своего действия в производстве уксусной кислоты присутствуют следующие группы опасных и вредных производственных факторов:

- физические;

- химические;

психофизиологические;

Физические опасные и вредные производственные факторы подразделяются на:

движущиеся машины и механизмы; подвижные части производственного оборудования; передвигающиеся изделия;

повышенная запылённость и загазованность воздуха рабочей зоны;

повышенная и пониженная температура поверхностей оборудования, материалов;

повышенная и пониженная температура воздуха рабочей зоны;

повышенный уровень шума на рабочем месте;

повышенный уровень вибрации;

повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

повышенный уровень статического электричества;

расположение рабочего места на значительной высоте относительно поверхности земли (пола).

Химические опасные и вредные производственные факторы подразделяется :

по характеру воздействия на организм человека:

- токсичные;

- раздражающие;

сенсибилизирующие;

по пути проникновения в организм человека:

-через органы дихання;

через желудочно-кишечник тракт;

черезкожные покровы и слизистые оболочки.

Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по характеру действия подразделяются на :

физические перегрузки (статические или динамические);

- нервно-психические перегрузки (умственное напряжение перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

Производство уксусной кислоты по характеру применяемых и получаемых продуктов является газо-взрыво-пожароопасным. При нарушениях технологического режима и при авариях возможны значительные выделения паров, газов и, как следствие, загорания, взрывы, получение химических и термических ожогов и отравлений. Работа в производстве уксусной кислоты характеризуется следующими видами опасности:

газоопасность - определяется наличием токсичных и удушающих газов и паров (оксид углерода, азот, природный газ, метанол, йод);

взрывоопасность - определяется наличием газов, которые с кислородом воздуха образуют взрывоопасные смеси (природный газ, водород, оксид углерода, пары метанола, конвертированный газ, азото-водородная смесь (АВС);

- пожароопасность - определяется наличием легковоспламеняющихся и горючих веществ;

наличие агрессивных веществв результате попадания которых на тело человека возможны химические ожоги;

наличие высокотемпературных сред при соприкосновении с которыми возможны термические ожоги;

наличие высокого напряжения;

наличие вращающихся и движущихся механизмов;

опасности, связанные в эксплуатацией оборудования под высоким давлением, выполнением работ на высоте, шум, вибрация.

1.9.2 Основы пожарной безопасности и основы взрывобезопасности

Таблица 6 - Пожаро-взрывоопасные свойства применяемых веществ и правила обращения с ними.

Пожароопасность любого производства определяется свойствами применяемого сырья, материалов и получаемой продукции. Все газы и жидкости, применяемые на различных стадиях производства уксусной кислоты, делятся на три основные группы:

1.      Горючие газы и жидкости (природный газ, конвертированный газ, смазочные масла, метанол, уксусная кислота, водород, оксид углерода).

.        Поддерживающие горение (воздух).

.        Не горючие газы ( азот, диоксид углерода).

Горючие газы взрывоопасны при любых температурах окружающей среды и образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Взрывоопасность газовоздушных смесей определяется концентрационными пределами содержания горючих газов в воздухе, так называемыми пределами взрываемости и температурой самовоспламенения.

Пределы взрываемости - это минимальное (нижний предел) и максимальное ( верхний предел) концентрационное содержание горючих газов в воздухе. Опасной для взрыва является газовоздушная смесь с наличием горючих газов в концентрированных количествах между минимальном и максимальным содержанием их в воздухе.

Чем больше интервал между нижним и верхним концентрационными пределами взрываемости, тем взрывоопаснее смесь. Пожарная опасность горючих жидкостей характеризуется температурой самовоспламенения, концентрационными и температурными пределами взрываемости паров в воздухе. При повышении температуры пределы взрываемости газовоздушных смесей расширяется. Это необходимо учитывать при ведении технологических процессов, связанных с применением высоких температур.

При достижении температуры воспламенения, способность воспламеняться приобретает газовоздушная смесь, имеющая любое соотношение объемов газа и воздуха. Поэтому вести технологический процесс при высоких температурах более опасно.

Для предотвращения взрывов и загораний необходимо нормально вести технологический процесс, не превышая предельно допустимые показатели температуры и давлении, установленные инструкцией, постоянно следить за герметичностью оборудования и коммуникаций, не допускать выбросов и утечек газов и жидкостей следить за исправностью и показаниями приборов и всех противоаварийных устройств.

Условия, при которых возможно возникновение пожара или взрыва.

-       нарушение герметичности аппаратов и коммуникаций в результате завышения рабочих температур и давлений;переполнение емкостей свыше 80% установленного уровня и перелив их;пропуск продуктов через сальники насосов, арматуры, фланцевых соединений;розлив продуктов по территории и помещениямпри проведении операций слива-налива цистерн;

-       попадание ЛВЖ на нагретые поверхности аппаратов и пароспутников, в результате чего создаются условия для их усиленного испарения и получения взрывоопасных концентраций;

-       удар молнии;

-       при скоплении в больших количествах промасленной ветоши;

-       при образовании в помещении или в замкнутом пространстве взрывоопасной концентрациипаров жидкостей или пыли и при наличии источника огня (проведение огневых работ с нарушением правил безопасной работы, использование неомеднённого инструмента, курение в неположенном месте и т.д.).

Поэтому необходимо соблюдать нормы технологического режима, правила техники безопасности при ведении всех видов работ, правила эксплуатации трубопроводов, аппаратов, сосудов, работающих под давлением.

1.9.3 Производственная санитария

Таблица 7 - Твердые и жидкие отходы производства и их использование

2. Расчётная часть

Исходные данные:

) Состав природного газа, поступающего на реформинг, % (объёмные):

СО₂0,5

СН₄ 91

С₂Н₆ 4,5

С₃Н₈1,5

С₄Н₁₀0,7

С₅Н₁₂0,5

N₂ 1,3

) Соотношения реагентов, %:

Н₂О (пар) : СН₄ (природный газ) 1,35 : 1, пар (1,24-1,5)

СО₂ : СН₄(природный газ)2,38 : 1, СО₂ (2,1-2,5)

Н₂ (водород) : СН₄(природный газ) 0,2 : 1, СН₄(1,0-2,5)

) Примеси в уксусной кислоте, % (объёмные) 0,3

) Концентрация уксусной кислоты, % (массовые) 99,7

Потери реагирующих веществ и готового продукта, % (объёмные):

СН₃СООН (кислота уксусная )0,3

СО₂3

СН₄ (природный газ)3

Н₂О (пар) 3

СО5

N₂ 1

Н₂ 1

) Суточная производительность (по оксиду углерода СО), т/сутки

) Состав эспандерного газа,% (объёмные):

СО₂98,7

N₂ 1,3

) Остаточное содержание СН₄ в конвертируемом газе, % (объёмные)

,7

Состав газа, поступающего из сепаратора в контактный адсорбер, % (объёмные):

Н₂36,9

СО35,4

СО₂ 24,9

N₂1,2

СН₄ 0,8

Н₂О0,8

) Плотность компонентов при атмосферном давлении, кг/м³:

СО₂1,07

СО 1,25

СН₄0,72

Н₂0,09

N₂1,25

) Концентрация водного раствора моноэтаноламина,% (объёмные):

.1 Материальный расчёт

.1.1 Предварительный расчёт

Часовая производительность агрегата, т/ч:

_час = N_сут. / 24 (1)

гдеN_сут. - суточная производительность, т/сут;

- количество часов в сутки, ч._час = 190000/24 = 7916,67 м³/ч или 9895,83 кг/ч

Часовую производительность принимаем равной 9,90 т/ч.

С учётом потерь СО, в процессе необходимо получить готового продукта, кг/ч:

,67 - 100 %

х -105 %,

отсюда х = 8312,5 м³/ч или 10390,63 кг/ч.

Теоретическое количество необходимых на процесс оксида углерода (СО) и метанола (СН₃ОН) без учёта потерь получившейся уксусной кислоты (СН₃СООН), кг/ч:

СН₃ОН + СО = СН₃СООН

Молярные массы:

М (СН₃ОН) = 32,00

М (СО) = 28,00

М (СН₃СООН) = 60,00.

оксида углерода (СО):

,83 кг - х кг

,00 - 60,00 ,

отсюда х = 21205,35 кг/ч;

метанола (СН₃ОН):

,83 кг - 28,00

у кг - 32,00 ,

отсюда у = 11309,52 кг/ч.

С учётом потерь уксусной кислоты, оксида углерода (СО) необходимо, кг/ч:

,35*1,003 = 21268,97.

С учётом концентрации уксусной кислоты, оксида углерода (СО) необходимо, кг/ч:

,97кг составляет 99,7%

х кг составляет 100%,

отсюда х = 21332,97.

.1.2 Теоретические расходные коэффициенты

Оксид углерода (СО) получают по реакциям:

СН₄ + Н₂О = СО + 3Н₂ - Q;

СН₄ + СО₂ = 2СО + 2Н₂ - Q;

Суммарная реакция получения оксида углерода выражается уравнением:

СН₄ + Н₂О + СО₂ =3СО + 5Н₂ - Q

Молярные массы

М(СН₄) - 16,00

М(H₂О) - 18,00

М(СО₂) - 44,00

М(H₂) - 2,00

М(СО) - 28,00

.1.2.1 Теоретический расход метана на одну тонну оксида углерода , м³/1 т СО

m (СН₄) - 1 тонна

*16,00 - 3*28,00 ,

отсюда m (СН₄) = 380,95 кг СН₄ /1т СО или 533,33 м³ /1т СО.

.1.2.2 Теоретический расход водяного пара на одну тонну оксида углерода , м³/1 т СО(Н₂О) - 1 тонна

,00 - 3*28,00 ,

отсюда m (Н₂О) = 214,29 кг Н₂О /1т СО или 266,67 м³ /1т СО.

.1.2.3 Теоретический расход оксида углерода (IV) на одну тонну оксида углерода , м³/1 т СО(СО₂) - 1 тонна

,00 - 3*28,00 ,

отсюда m (СО₂) = 523,81 кг СО₂ /1т СО или 266,67 м³ /1т СО.

.1.2.4 Теоретический расход водорода на одну тонну оксида углерода , м³/1 т СО(Н₂) - 1 тонна

*28,00 - 2*5,

отсюда m (Н₂) = 119,05 кг Н₂ /1т СО или 1333,33 м³ /1т СО.

.1.3 Практические расходные коэффициенты

.1.3.1 Практический расход метана на одну тонну оксида углерода, с учётом остаточного содержания, м³/1 т СО

,33*1,007 = 537,06 м³/1 т СО

Практический расход метана на одну тонну оксида углерода, с учётом потерь СН₄ , м³/1 т СО

,06*1,03 = 553,17 м³/1 т СО или 395,12 кг/1 т СО.

.1.3.2 Практический расход оксида углерода (IV) на одну тонну оксида углерода, с учётом потерь СО₂, м³/1 т СО

,67*1,03 = 274,67 м³/1 т СО или 539,53 кг/1 т СО.

2.1.3.3 Практический расход водяного пара на одну тонну оксида углерода, с учётом потерь Н₂О, м³/1 т СО

,67*1,03 = 274,67 м³/1 т СО или 220,72 кг/1 т СО.

.1.3.4 Практический расход природного газа на одну тонну оксида углерода, м³/1 т СО

,17 м³СН₄ составляет 91% (объёмных)

х м³СН₄ составляет 100%(объёмных),

отсюда х = 607,88м³/1 т СО .

Таблица 10 - Состав природного газа (без учёта соотношений реагирующих веществ)

.1.3.5 Состав и количество эспандерного газа

) Состав и количество эспандерного газа (СО₂+ N₂) без учёта соотношения СО₂ :N₂ количество СО₂ в эспандерном газе:

,67 м³ составляет 98,7% (объёмных) (СО₂)

х м³ составляет 100% (объёмных) (СО₂+ N₂),

отсюда х = 278,29 м³;

количество N₂ в эспандерном газе:

,67 м³ составляет 98,7% (объёмных)(СО₂)

у(N₂) м³ составляет 1,3% (объёмных) ( N₂),

отсюда у = 3,62 м³.

Таблица 11 - Состав и количество эспандерного газа (СО₂+ N₂) без учёта соотношенияСО₂ :N₂

) Состав и количество эспандерного газа с учётом соотношения (2,38:1), м³/1тСО

,88*2,38 = 1446,75 м³/ 1 т СО или 2841,84кг/1 т СО

,75 м³/ 1 т СО составляет 100% (объёмных)

х (СО₂) м³ составляет 98,7 % (объёмных),

отсюда х = 1427,95 м³ СО₂ или 2804,9 кгСО_2;

1446,75 составляет 100 % (объёмных)

у (N₂) составляет 1,3 % (объёмных),

отсюда у = 18,80 м³ N₂ или 23,5 кг N₂.

Таблица 12 - Состав и количество эспандерного газа (СО₂+ N₂) с учётом соотношенияСО₂ :N₂

.1.3.6 Количество Н₂О с учётом соотношения пар : газ = 1,38 : 1, м³/1тСО

,88*1,38 = 820,64 м³/1тСО или 659,44 кг/1 т СО.

Количество Н₂ с учётом соотношения водород :природный газ = 0,23 : 1, м³/1тСО

,88*0,2 = 121,576 м³/1тСО или 10,855 кг/1 т СО.

2.1.3.7 Практический расход сырья с учётом часовой производительности

Таблица 13 - Практический расход сырья с учётом часовой производительности

2.1.3.8 Практический расход оксида углерода (IV) с учётом часовой производительности, м³/1тСО и кг/1тСО:

*9,90 = 27768,51кг/1тСО или 14136,70 м³/1тСО.

.1.3.9 Практический расход азота с учётом часовой производительности, м³/1тСО и кг/1тСО:

,5*9,90 = 232,67кг/1тСО или 186,14 м³/1тСО.

.1.3.10 Практический расход паров воды с учётом часовой производительности, м³/1тСО и кг/1тСО:

,44*9,90 = 6528,46кг/1тСО или 8124,31 м³/1тСО.

.1.3.11 Практический расход водорода с учётом часовой производительности, м³/1тСО и кг/1тСО:

,855*9,90 = 107,46кг/1тСО или 1203,55 м³/1тСО.

2.1.4 Материальный баланс процесса

Для того, чтобы рассчитать материальный баланс данного процесса необходимо знать состав газа, поступающего в адсорбер.

Таблица 14 - Состав газа, поступающего в адсорбер из сепаратора с учётом часовой производительности

Молярные массы:

М (Н₂) = 2

М (СО) = 28

М (СО₂) = 44

М (N₂) = 28

М (СН₄) = 16

М (Н₂О) = 18

.1.4.1 Поглотительная способность раствора МЭА

Согласно литературным данным (А.П. Лейбуш и А.А. Шнеерстон), при температуре 50⁰С растворимость СО₂ в растворе МЭА с концентрацией 2 моль/л может быть расчитана по уравнению

^I = 0,398*Р(СО₂)^0,083;(2)

для концентрации 5 моль/л - по уравнению^II = 0,398*Р(СО₂)^0,056, (3)

где m^Iи m^II - мольные отношения количества СО₂ и амина в растворе;

Р(СО₂) - парциальное давление СО₂ , мм рт.ст.

Содержание МЭА в 1 м³ раствора

G = 1000*0,20 = 200,

где1000 - плотность раствора, кг/м³;

,20 - концентрация МЭА в растворе, весовые части.

Определяем содержание МЭА в молях в 1 м³ раствора

^I = G/M,(4)

гдеМ - молекулярная масса МЭА, равная 61.^I = 200/61 = 3,28 кмоль/м³.

Равновесная концентрация СО₂ в 1 м³ 2М раствора МЭА составит

Р(СО₂) = Р_общ*m(СО₂), (5)

где Р_общ - 1,12 ат - общее давление газовой смеси;(СО₂) - 0,249 - объёмная доля СО₂ в газовой смеси.

Р(СО₂) = 735,6*1,12*0,249 = 205,14 мм рт.ст.

m_2,0 = 0,398*205,14^0,083 = 0,619 моль СО₂/моль МЭА.

Равновесная концентрация СО₂ в 1 м³ 5М раствора МЭА:

Для 3,28 М раствора МЭА поглотительную способность в момент равновесия находим путём интерполяции

m_3,28 = 0,6385 моль СО₂/моль МЭА.

м³ МЭА раствора поглощает теоретически СО₂, нм³

V (CО₂) = 0,6385*3*22,4 = 42,9 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА,

где V (CО₂) - поглотительная способность МЭА.

Действительная степень насыщения МЭА раствора углекислотой из практических данных составляет 75%, тогда(CО₂) = 42,9*0,75 = 32,2 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА.

Остаточное содержание СО₂ в растворе МЭА при температуре 120⁰

V (CО₂) = 0,4*20 = 8 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА.

Практическая поглотительная способность 20%-го раствора МЭА(CО₂) = 32,2-8 = 24,2 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА.

.1.4.2 Объёмный расход растворителя СО2, нм³/час

количество СО₂:

до очистки5846,9279

после очистки 5846,9279 - V_x;

количество конвертируемого газа:

до очистки23481,6384

после очистки23481,6384 - V_x;

где V_x - количество СО₂, растворившегося в растворе МЭА

(5846,9279 - V_x)*100 = 0,05 ,

(23481,6384 - V_x)*0,99

где 0,05 - конечная концентрация СО₂ в очищенном газе, %.

V_x = 5838,19441.

.1.4.3 Объёмный расход подаваемого раствора МЭА, м³/час

V_{раствор} = 5838,19441/24,2 = 241,247703.

.1.4.4 Состав газа, выходящего из адсорбера (с учётом потерь компонентов)

) объёмный расход газа, выходящего из адсорбера, нм³/час

V(CО₂) = 5846,9279-5838,19441=8,73349;

V(СО) = 8312,5-8312,5*0,05=7896,875;

V(СН₄) = 187,8531-187,8531*0,03=182,217507;

V(Н₂) = 8664,7246-8664,7246*0,01=8578,07735;

V(N₂) = 281,7797-281,7791*0,01=278,961903;

итого: 16944,8653;

2) массовый расход газа, выходящего из адсорбера, кг/час

G(CО₂) = 8,73349*1,97 = 17,2049753;

G(СО) = 7896,875*1,25 = 9871,09375;

G(СН₄) = 182,217507*0,72 = 131,196605;

G(Н₂) = 8578,07735*0,09 = 772,026962;

G(N₂) = 278,961903*1,25 = 348,702379;

итого: 11140,2247.

.1.4.5 Массовый расход механических потерь, кг/час

G(СО) = 103,90625*1,25 = 129,882813;(СН₄) = 1,341808*0,72 = 0,96610176;(Н₂) = 7,736361*0,09 = 0,69627249;(N₂) = 3,522246*1,25 = 4,4028075;

итого: 135,947995.

.1.4.6 Общее количество СО₂ в растворе

Если остаточное содержание СО₂ в растворе равно 8 нм³ СО₂/м³ раствора МЭА, то V(CО₂) = 241,247703*8 = 1929,98162 нм³/час,(CО₂) = 5838,19441+1929,98162 = 7768,17603 нм³/час.

G = V*P, следовательно(6)(CО₂) = 1929,98162*1,97 =1939,95162 кг/час - такое количество СО₂ приходит на абсорбцию с раствором;(CО₂) = 7768,17603*1,97 = 15303,3068 кг/час - количество СО₂, уходящее из адсорбера с раствором.

.1.4.7 Процентный состав газа после очистки,%

СО₂ = 8,73349*100/16944,8653 = 0,05;

СО = 7896,875*100/16944,8653 = 46,60;

СН₄ = 182,217507*100/16944,8653 = 1,08;

Н₂ = 8578,07735*100/16944,8653 = 50,62;

N₂ = 278,961903*100/16944,8653 = 1,65;

итого: 100.

Результаты расчёта сводим в таблицу.

Таблица 15 - Материальный бюаланс адсорбера

.2 Тепловой расчёт

Уравнение теплового баланса абсорбера

₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆,(7)

гдеQ₁ - тепло, пришедшее с неочищенным газом, кДж/час;₂ - тепло, пришедшее с раствором МЭА, кДж/час;

Q₃ - тепло, выделившееся в результате растворения газа в растворе, кДж/час;₄ - расход тепла с газом, кДж/час;₅ - расход тепла с раствором, кДж/час;₆ - потери тепла в окружающую среду, кДж/час.

2.2.1 Приход тепла

Принимаем на основании данных производства температуру газа и температуру раствора на входе в адсорбер 40⁰С.

.2.1.1 С неочищенным газом при 40⁰С тепла пришло, кДж/час

 = ∑ V*C*t,(8)

гдеС - удельная теплоёмкость, равная:

С(СО₂) = 0,3959 ккал/нм³*⁰С;

С(СО) = 0,3107 ккал/нм³*⁰С;

С (СН₄) = 0,3847 ккал/нм³*⁰С;

С (Н₂) = 0,3066 ккал/нм³*⁰С;

С (N₂) = 0,3105 ккал/нм³*⁰С.

Q₁=(5846,9279*0,3959+8312,5*0,3107+187,8531*0,3847+8664,7246*0,3066+278,961903*0,3105)*40*4,19 = 1292756,0901082434.

.2.1.2 С раствором МЭА при 40⁰С тепла пришло, кДж/час

₂ = G_p*C*t; G_p = V*ρ,(9)

гдеρ_{раствора} = 1000 кг/м³;

С_{раствора} = 0,763 ккал/кг* ⁰С.₂ = 241,247703*1000*0,763*40*4,19 = 30850466,7623964.

.2.1.3 С теплотой растворения тела пришло, кДж/час

₃ = V_x/22,4*g_р , (10)

гдеg_р - удельная теплота растворения, равная 84,6 кДж/моль.₃ = (5838,19441/22,4)*84600 = 22049609,2449107.

.2.2 Расход тепла

.2.2.1 Расход тепла с очищенным газом при 40⁰С, кДж/час

₄ = ∑ V*C*t (11)

₄=(8,73349*0,3959+7896,875*0,3107+182,217507*0,3847+8578,07735*0,3066+ 278,961903*0,3105)*40*4,19 = 878856,1725393.

.2.2.2 Расход тепла с насыщенным раствором при температуре 60⁰С, кДж/час

Q₅ = (241,247703*1000*0,8+5838,19441*0,4052)*4,19*t_x = 818574,316867* t_x,

гдеС_{раствора} = 0,8 ккал/кг*⁰С;

С(СО₂) = 0,4052 ккал/нм³*⁰С.

.2.2.3 Потери тепла в окружающую среду, кДж/час

₆ = 0,01*Q_{прихода}, где(12)_{прихода} = Q₁ + Q₂ + Q₃(13)

_{прихода} =1292756,0901082434+ 30850466,7623964+22049609,2449107 = 54192832,0974153;₆ = 0,01*54192832,0974153 = 541928,3209742.

2.2.2.4 Из уравнения теплового баланса определяем t_x

,0974153 = 878856,17253939+818574,316867* t_x+541928,320974252772047,60390171 =818574,316867* t_x

_x= 64,47⁰С,

следовательно Q₅ = 818574,316867*64,47 = 52773486,2084155 кДж/час.

Тепловой баланс адсорбера приведён в таблице.

Таблица 16 - Тепловой баланс адсорбера

Неувязка в балансе ((54194270,701929 - 54192832,1)/ 54194270,701929)*100 = 0,003%.

2.3 Технологический расчёт основного аппарата

На основании данных материального и теплового расчёта приступают к определению основных размеров аппарата. Рассчитывают диаметр и высоту аппарата, толщину обечайки, крышки, днища, диаметр штуцеров и так далее.

Для того чтобы определить размеры абсорбера необходимо вычислитьвеличины, приведённые ниже.

Скорость захлёбывания адсорбера:

ω₀^I = (Re_r*f*μ_r)/4ρ_r(14)

где ω₀^I - скорость захлёбывания, м/сек;_г- критерий Рейнольдса;- удельная поверхность насадки, м²/м³;

μ_r - вязкость газовой смеси, н*сек/м²;

ρ_r - плотность газовой смеси, кг/м³.

Эквивалентный диаметр насадки:

_экв = (4ε)/f, м (15)

где ε - свободный объём насадки (керамические кольца), равный 0,785 м³/м³;

f - удельная поверхность насадки, равная 90 м²/м³;_экв = (4*0,785)/90 = 0,0348 м.

Критерий Архимеда

 = [g*d³_экв*ρ_r*(ρ_ж - ρ_r)]/ μ_r²,(16)

где g - ускорение силы тяжести, м/сек²;_экв - эквивалентный диаметр насадки,м;

ρ_r - плотность газа, кг/м³;

ρ_ж - плотность жидкости, кг/м³;

μ_r - вязкость газовой смеси, н*сек/м².

Плотность газовой смеси определяем по зависимостям:

ρ_r = (ρ_вх.r + ρ_вых.r )/2,(17)

гдеρ_вх.r - плотность газовой смеси на входе в абсорбер, равная

ρ_вх.r= G_вх.г/V_вх.г , кг/м³(18)

ρ_вх.r = 23286,66/23481,64 = 0,9917 кг/м³;

ρ_вых.r- плотность газовой смеси на выходе из абсорбера, равная

ρ_вых.r= G_вых.г/V_вых.г , кг/м³ (19)

ρ_вых.r= 11140,22/16944,87 = 0,6674 кг/м³.

ρ_r = (0,9917+0,6674)/2 = 0,83 кг/м^3.

Вязкость газовой смеси:

М_смеси/μ_r = [(m(СО₂)*М(СО₂))/μ(СО₂)]+[(m(СО)*М(СО))/μ(СО)]+...,(20)

где М_смеси, М(СО₂), М(СО) ... - молекулярные массы компонентов газовой смеси, кмоль;

μ_r, μ(СО₂), μ(СО) ... - вязкости компонентов газовой смеси, н*сек/м²;

m(СО₂), m(СО) ... - объёмные доли компонентов газовой смеси,

М_смеси = [m(СО₂)* М(СО₂)]+[ m(СО)* М(СО)]+ …

М_смеси = (0,249*44)+(0,354*28)+(0,08*16)+(0,369*2)+(0,012*28) = 23,222

,222/ μ_смеси = 23,222/1466,443 = 0,016 спз или 0,16*10^-4 н*сек/м²;

μ(СО₂) = 0,015 спз;

μ(СО) = 0,018 спз;

μ(СН₄) = 0,0115 спз;

μ(Н₂) = 0,0145 спз;

μ(N₂) = 0,0145 спз.

Ar = [9,8*0,0348³*0,83*(1000 - 0,83)]/ (0,16*10^-4)² = 13,38*10⁸.

Определим значение Re_r, заменивв формулеотношение W_г/W_ж на равное ему отношение G_ср/L,

где G - расход гза, кг/час;

L - расход жидкости, кг/час;

W - массовая скорость, кг/м²*сек.

Re_r= 0,045(13,38*10⁸)^0,57*(17213,44/241247,703)^0,43 = 2302,801 кг/час,

где L - 241247.703 кг/час МЭА.

_ср= G_вх+G_вых/2 = 23286,6569+16944,8653 = 17213,44 кг/час,

где G_ср - средний расход газа, кг/час.

ω₀^I = (2302,87*90*0,16*10^-4)/4*0,83 = 1 м/сек.

Определим рабочую скорость газа в абсорбере

ω₀ = 0,85*1 = 0,85 м/сек.

Площадь сечения абсорбера определяем из уравнения расхода:

_сек=ω*S ,(21)

гдеV_сек- секундный объём газа, м³*сек;

ω - скорость газа, м/сек;

S - площадб сечения аппарата, м².

_сек=G_ср/(3600*Р_ср) = 17213,44/(3600*0,83) = 5,76 м³/сек

 = 5,76/0,85 = 6,8.

Диаметр абсорбера, м

В соответствии с Государственным стандартом ГОСТ 9617-67 принимаем диаметр абсорбера 3 м.

Исходя из принятого диаметра, определим соответствующее ему сечение:

 = (П*D²)/4 = 7 м².(22)

Рабочаяскорость газа в абсорбере равна

ω₀= V/S, (23)

ω₀= 5,76/7 = 0,82 м/сек.

Определим плотность орошения насадки:

 = L/S, (24)

 = 241247,703/7 = 34463,96 кг/м²*час.

Определим высоту насадки абсорбера:

Н = V(СО₂)/(К_абс*∆Р_ср*0,785*D²), м(25)

гдеV(СО₂) - объём поглощаемой СО₂;

К_абс - коэффициент абсорбции, нм³/час;

Р_ср - средняя движущая сила, ат;

∆Р_ср - 0,0731 атм.

D - диаметр абсорбера,м;

Н = 5838,19441/(260*0,0731*0,785*25) = 15,65м.

Принимаем высоту насадки с запасом 20%:

,65*1,12 = 17,53 м. Высоту абсорбера принимаем 20 м.

Определим толщину стенки:

 = S^I*C ; (26)

S = (D_в*Р)/(2δ_р*φ-Р), см,(27)

гдеD_в - внутренний диаметр аппарата, см;

Р - давление в аппарате, кгс/см²;

δ_р - допустимое напряжение на растяжение, , кгс/см²;

φ - коэффициент прочности шва.

С = С_к+С_э+С_о, (28)

гдеС_к - прибавка на коррозию, см;

С_э - прибавка на эрозию или другой вид механического повреждения, см;

С_о - прибавка на округление размера, см.

S = (300*1,12)/(2*1450*0,95)+0,2= 0,32 см.

Принимаем толщину стенки 10 мм.

Расчёт штуцеров.

Определим диаметр штуцера для входа газа в абсорбер:

 (29)

где Vсек - секундный расход газа, м³/сек;

W - скорость газа. м/сек.

Согласно Государственному стандарту ГОСТ 9617-67, принимаем диаметр штуцера 650 мм. Для выхода газа из абсорбера принимаем такой же диаметр, что и для входа газа.

.4 Экономический расчёт

.4.1 Исследование зависимости издержек производства от объема выпуска продукции

В условиях рыночной экономики предприятия постоянно находятся в состоянии выбора, адаптируясь к внешним и внутренним условиям. В данном разделе дипломном проекте проводится исследование зависимости издержек производства от объема выпуска продукции в краткосрочном периоде и выбор на этом основании оптимального объема выпуска при сложившейся конкретной цене на рынке на продукт и имеющемся уровне издержек производства. Исследование проводится на базе проектной калькуляции за месяц, которая приводится далее, таблица 17.

С изменением объема выпуска продукции в краткосрочном периоде изменяется только часть издержек производства - переменные издержки. Для исследования можно задать несколько объемов реализации продукции и при этих объемах рассчитать соответствующие значения условно-постоянных и условно-переменных издержек на единицу продукции.

Постоянными издержками для данного производства являются основная и дополнительная зарплата, начисления на зарплату, амортизация, расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, общепроизводственные расходы, коммерческие расходы.

К переменным издержкам относятся расходы на сырье и материалы, топливо и энергию.

По данным таблицы 17 величина издержек составляет:

-  постоянные - 769,79 руб./т,

-   переменные - 5721,63 руб./т,

Результаты расчетов сведены в таблице 17.

Таблица17 - Плановая калькуляция себестоимости

Таблица 18 - Издержки производства на единицу продукции.

Рисунок 1- График зависимости издержек производства от объема выпуска продукции.

Исследование:

Предположим, что цена на рынке составляет 6700 руб., тогда Q_{критич.} составит 78000 т, принимаемый объем продукции 140000 т, при этом себестоимость составит 6645,07 руб., тогда рентабельность составит ((Ц-С)/С)·100% =((6700-6645,07)/ 6645,07)·100% =0,82 %. Принимаем объем 167945 т. тогда рентабельность составит ((Ц-С)/С)·100% =((6700-6491,42)/ 6491,42)·100% =3,2 %.

Принимаем объем 200000 т. тогда рентабельность составит ((Ц-С)/С)·100% =((6700-6368,04)/ 6368,04)·100% =5,2 %.

Если же цена упадет снизится до такой величины 3,2% то уровень рентабельности будет ниже желаемого.

.4.2 Расчет проектной себестоимости продукции

Для определения экономической эффективности используется показатель рентабельности. Рентабельность продукции определяется как отношение прибыли от реализации и полной себестоимости продукции:

РП= П / С,                                                                   (30)

где П - прибыль, руб./т,

С - полная себестоимость, руб./т.

Прибыль от продаж 1 т уксусной кислоты составит:

П = 10000 - 6491,42 = 3509 руб./т.

Чистая прибыль при налоге на прибыль организаций 24%:

ЧП = 3509 - 3509 · 24/100 = 2666,52 руб./т.

Валовая прибыль:

ВП = 3509 × 167945 = 589,25 млн. руб.

Рентабельность продукта:

РП = 3509 / 6491,42 · 100% = 54,02 %.

Производительность труда определяется по формуле:

ПТ = В/К                                                                              (31)

где В - объем произведенной за год продукции в стоимостном или натуральном выражении;

К - среднесписочная численность ППП.

С учетом мощности проектируемого производства уксусной кислоты 194464 тыс. т, производительность труда составит:

ПТ = 167945 т / 115 чел. = 1460,4 т/чел.

Общая величина капитальных затрат составляет 985 млн. руб. Удельные капитальные затраты определяются отношением капитальных затрат к мощности объекта. Для действующей установки их величина составляет:

млн. руб. / 167945т = 5865 руб./т.

Фондовооруженность труда W и фондоотдача Фо определяется как:

,                                                           (32)

где Ф - среднегодовая стоимость основных фондов, руб.,

N - среднегодовая численность ППП, чел.;

Ц - цена на продукт, руб./т.

Для действующего производства она составит:

W = 985 млн. руб. / 115 чел. = 8565217 млн. руб./чел.

Фо = 167945т 10000 руб./т / 985 млн. руб. = 1,71 руб./руб.

Рентабельность производственных фондов определяется по формуле:

РПФ = П / ПФ,                                                                    (33)

где ПФ - сумма среднегодовой стоимости основных производственных фондов и нормируемых средств.

Тогда, рентабельность производственных фондов равна:

Срок окупаемости без учета фактора времени определяется как:

,                                                                                  (34)

Срок окупаемости составляет:

Точка безубыточности определяет минимальный объем производства продукции, при котором обеспечивается нулевая прибыль, она определяется по формуле:

,                                                                          (35)

где ПИ - постоянные издержки, руб.,

ПИу - удельные переменные издержки, руб./т.

Величина точки безубыточности составит:

Графики точки безубыточности представлен на рисунке 1.

Рисунок 2 - Точка безубыточности.

Учитывая масштабы производства можно определить годовую экономию по проекту в сравнении с фактическим выпуском продукции на предприятии на основе снижения себестоимости продукции.

Э_Г = (6645,07-6491,42)·167945=25804749 руб.

Основные экономические показатели производства уксусной кислоты приведены в таблице 18.

Таблица 19 - Сводные экономические показатели

В организационно-экономической части дипломного проекта рассмотрены вопросы обоснования мощности установки, освещены вопросы организации труда и управления в цехе. На основе выбранной системы оплаты труда определен годовой фонд заработной платы.

Определен объем капвложений, рассчитана себестоимость продукции и сводные экономические показатели - прибыль, рентабельность продукции, простая норма прибыли и точка безубыточности.

Заключение

В дипломном проекте выбрана схема получения уксусной кислоты из метанола:

 ₃OH + CO = CH ₃COOH

Эта реакция, имеющая большое промышленное значение, является прекрасным примером, иллюстрирующим успехи гомогенного катализа. Поскольку оба компонента реакции - СН ₃ОН и СО - могут быть получены из угля, процесс карбонилирования должен стать более экономичным по мере роста цен на нефть.

Также произведены расчеты:

технологический, агрегата мощностью 190000 т/сут.;

тепловые расчеты;

проектно-конструкторские;

подобрана система автоматизации;

разобраны вопросы охраны труда и окружающей среды;

экономический эффект.