Отримання формальдегіду методом окислювального дегідрування метанолу
ВВЕДЕННЯ
формальдегід дегідрування окислювальний
Серед багатьох сотень тисяч органічних сполук формальдегіду,
безперечно, належить особлива роль. Формальдегід є першим у гомологічному ряду
алифатичних альдегідів.
Поряд з метаном, метанолом, циановоднем і мурашиною кислотою
формальдегід ставиться до числа найбільш простих, можна сказати елементарних
органічних сполук. Різними дослідниками доведена можливість утворення
формальдегіду в умовах близьких до природного. Так, зареєстроване утворення
формальдегіду при фотохімічному окислюванні метану або метанолу при
атмосферному тиску й під час відсутності каталізатора. Термодинамично можливе
одержання формальдегіду гідруванням оксиду й діоксиду вуглецю. [1]
При взаємодії формальдегіду з такими розповсюдженими реагентами,
як аміак, кисень, хлор, пероксид водню й водень виходять досить фундаментальні
для органічного синтезу продукти - уротропін, карбамід, мурашина й надмурашина
кислоти, метанол, фосген і т.д. Майже всі ці реакції також протікають
спонтанно, при низьких температурах, або вимагають самих примітивних
каталізаторів, наприклад солей або кислот. Формальдегід реагує із
представниками переважної більшості класів органічних речовин, за винятком лише
насичених вуглеводнів і ефірів [2].
Як і всі летучі органічні речовини, чистий формальдегід може
перебувати з одному із трьох станів - твердому, рідкому або газоподібному.
Твердому й рідкому станам можуть відповідати й різноманітні модифікації
високополімерного продукту - поліформальдегіду, і циклічні олигомери (триоксан,
тетраоксан) і мономерний формальдегід. У парах формальдегід може бути присутнім
в основному у вигляді циклічних олигомерів і мономера [2] .
Розвитку виробництва формаліну сприяли розробка й початок
промислового випуску фенольно-формальдегідних смол Смітом у 1906 р. і
Бакеландом у 1909р. у США, Петровим, Тарасовим і Лосєвим - у Росії у 1912р. і
подальше збільшення їхнього виробництва й асортиментів; розробка й промисловий
випуск карбаміду (сечовини) і меламіну й синтез із їхнім застосуванням великих асортиментів
карбамідно-формальдегідних смол; розробка й промисловий випуск изопренового
каучуку з ізобутілену й формальдегіду. У Німеччині у 1923 р. був розроблений і
організований промисловий випуск синтетичного метанолу, що раніше стримувало
виробництво формаліну [3].
У цей час загальновизнано, що при споживанні формаліну більше
10 тис. т. у рік економічно доцільно мати на місці споживання власне
виробництво формаліну [3].
Найбільш великий напрямок використання формальдегіду -
одержання полімерних матеріалів [3]. Розрізняють процеси, у яких формальдегід
використовується у вигляді мономера (сомономера) і у вигляді сировини для
наступного синтезу того або іншого мономера. До процесів першої групи
ставляться виробництва смол і пластмас конденсацією формальдегіду з фенолами й
амінами.
Серед мономерів, синтезованих на основі формальдегіду, крім
ізопрену, виділяються багатоатомні спирти й 1,4-бутандіол,
4,4-дифенілметандиізоцианат, алкилпиридиний т.д. Формальдегід полягає в основі
різноманітних синтезів таких продуктів, як присадки до масел, вибухові
речовини, уротропін і т.д.
Значна частина формальдегіду використовується й безпосередньо
у вигляді водно-метанольного розчину або низькомолекулярного полімеру
(параформ), як консервант, дубителя, інсектициду й т.п [4].
1.
АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД
1.1Сучасний
стан виробництва формальдегіду
.1.1 Виробництво формальдегіду окисненням газоподібних
парафінів
Існує два методи виробництва формальдегіду. Перший
складається в окисненні газоподібних парафінів, при якому формальдегід утворюється
разом з іншими продуктами окиснення: метиловим спиртом і ацетальдегідом.
Високий вихід нестійких продуктів неповного окиснення
парафінів при газофазному процесі окиснення досягається головним чином завдяки
проведенню реакції при недоліку кисню й малому часі контакту, що становить 0,5
- 1,5 с. Крім того, відіграють роль вибір температури й тиску, швидке
«загартовування» продуктів водою, розведення реакційних газів водяною парою,
застосування гомогенних ініціаторів (НNO3, NO2) і в
деяких випадках - гетерогенних каталізаторів [1].
На практиці процес окиснення метану у формальдегід ускладнюється можливістю
подальшого окиснення формальдегіду і його розпаду на окис вуглецю й водень:
хема 1 - Окиснення метану.
Внаслідок цього довгий час не вдавалося одержати формальдегід
зі значним виходом, незважаючи на широке вар’ірування умов процесу й
випробування всіляких каталізаторів і ініціаторів. Успіх був досягнутий,
зрештою, при використанні великого надлишку метану стосовно кисню. У трубчастий
реактор подається свіжий метан [1] і повітря у співвідношенні 3,7:1 і додатково
розбавляється суміш десятикратним обсягом циркулюючого газу. При 400 - 600 °С з
окисами азоту як ініціатор, вихід формальдегіду становить близько 35% за прореагувавшим
метаном, але загальним недоліком окиснення метану є значні витрати на
рециркуляцію неперетвореного газу, а також великий обсяг апаратури й
трубопроводів [1].
Найбільше застосування процес знайшов для окиснення пропану,
бутанів і їхніх сумішей. При цьому крім метанолу, формальдегіду й ацетальдегіду
утворюються інші спирти й альдегіди, ацетон, ацеталі, складні ефіри, карбонові
кислоти, двоокис вуглецю й вода. Щоб уникнути глибокого окиснення
використовують об'ємне співвідношення повітря до вуглеводню від 1:3,5 до 1:4
[3] .
Можливо також використання замість повітря, технічного кисня.
У цьому випадку рециркулюючі гази не розбавляються азотом. Кількість кисню в
газовій суміші, що надходить на окиснення, становить 4 - 6 объємн. %.
Підвищення температури й тиску сприяє прискоренню окиснення й збільшенню
продуктивності апаратури. При газофазному окисненні парафінів підвищений тиск
сприяє утворенню спиртів і альдегідів. Найчастіше працюють при 0,9 МПа, іноді
при 2 МПа, але не вище, тому що стиск газу пов'язан з додатковими енергетичними
витратами [1].
Верхня межа температури при газофазному окисненні парафінів
обмежується можливістю розвитку реакцій дегідрування й крекінгу вуглеводнів,
які йдуть як первинні процеси при високій температурі [2]. Так, н-бутан при 450
- 500 °С лише в невеликому ступені піддається власно окисненню, а головним
чином дегідрується:
Ця реакція окисного дегідрування парафінів, що обмежує вибір
температури окиснення, представляє, однак, самостійний інтерес як метод синтезу
олефинів і диєнів. При газофазному окисненні парафінів навіть при 400 °С не
вдалося уникнути протікання побічних процесів дегідрування й крекінгу вихідних
вуглеводнів. У результаті реакційні гази містять олефіни й парафіни з меншим
числом вуглецевих атомів, чим у вихідному парафіні:
Мінімальна температура газофазного окиснення парафінів
обмежена швидкістю реакції й перебуває в інтервалі 250 - 280 °С. На практиці
процес звичайно проводять при 350 - 430 °С. Найчастіше здійснюють некаталітичну
реакцію, оскільки навіть «м'які» каталізатори окиснення можуть знизити вихід
спиртів і альдегідів, сприяючи утворенню продуктів глибокого окиснення [3].
Суміш свіжого й рециркулюючого вуглеводню з киснем або
повітрям підігрівають до 350 - 370 °С і направляють у реакційний апарат, що не
має охолоджувальних пристроїв. За рахунок тепла, що виділяється при
окислюванні, гази нагріваються до температури 430 - 450 °С и надходять в
абсорбер, зрошуваний водою, де їхня температура швидко знижується до 70 - 90
°С. Одночасно з газу витягають формальдегід і малолетучі продукти (карбонові
кислоти й ін.). у наступному абсорбері газ промивають надлишком холодної води й
витягають більше летучі речовини (метанол, ацетальдегід, кетони, ацетали).
Залишковий газ містить неперетворений парафін, N2 і нижчі вуглеводні
(метан, этан, этилен), що утворилися в результаті крекінгу. Іноді цей газ
використовують як паливо, але вигідніше здійснювати його рециркуляцію. У
випадку рециркуляції основну кількість газу знову подають на реакцію, а
частину, що залишилася, очищають від домішок шляхом абсорбції вуглеводнів
маслом або їхнім скрапленням під тиском. Очищений газ повертають на реакцію,
чим запобігає надмірне нагромадження домішок у рециркулюючомі газі [1] .
Розчин, отриманий у першій абсорбційній колоні, містить 15 -
20 % формальдегіду. З нього спочатку відганяють летучі домішки, а потім водний
формальдегід, залишаючи в кубі висококиплячі продукти. Отриманий 35 - 40 %
розчин формальдегіду (формалін) очищають від кислот на іонообмінних смолах, а
від інших домішок - екстракцією розчинником. Багатокомпонентну суміш летучих
продуктів із другого абсорбера піддають ректифікації, азеотропній перегонці,
гідруванню й ін. З її спочатку відганяють найбільш летучий ацетальдегід, а
потім у вигляді азеотропної суміші з водою й гептаном - метиловий спирт. Спирт
очищають від ацетону й ацеталя ректифікацією. Крім ацетальдегіду й ацетону із
продуктів реакції іноді виділяють ацетон, а суміш інших речовин випускають у
вигляді змішаного розчинника [1].
.1.2 Виробництво формальдегіду на окисних каталізаторах
Основним методом виробництва формальдегіду залишається
окислювальне дегідрування метанолу. Цей метод на відміну від розглянутого
раніше не припускає складної схеми поділу продуктів, а також витрат на
рециркуляцію неперетвореного вуглеводню.
У виробництві, у якості каталізаторів найбільше поширення
отримали суміші оксидов заліза та молібдена МоО3, з атомним
співвідношенням молібдена до заліза від 1,7 до 2,5. По суті єдиною побочною
реакцією данного процесу є подальше окиснення утворившегося формальдегіда.
За рахунок прведення процессу у кінетичній області для
основної реакції і високої ступіні селективності окисного контакту конверсія
метанолу може бути доведена до 98-99%, при мольному виході формальдегіда на
сировину 95-96% [3].
Окиснення метанолу проводять у кожухотрубчатих ізотермічних
реакторах із тубками невеликого діаметру. Це дозволяє отримувати формалін із
складом метанолу у ньому не більше 0,6%, а мурашиної кислоти менш ніж 0,02%[3].
Очищене повітря за допомогою повітрядувки подається у
теплообмінник, де нагрівається за рахунок тепла контактних газів. У трубопровід
після теплообмінника вприскується метанол. Нагріта до 180 0С
спиртоповітряна суміш, яка має у своєму складі 6-7% метанолу, поступає у верхню
частину реактора, (температура всередині трубок із каталізатором складає
360-380 0С, а у міжтрубном просторі 250-290 0С).
Термостатірування реактора здійснюється за допомогою нагрітого теплоносія.
Строк служби окисного каталізатора складає приблизно півтора роки, причому
продуктивність 1кг каталізатора перевищує 20т 37% -го розчину формальдегіду.
Контактний газ, охолоджений до 140 0С, із реактора направляється у
нижню частину скрубера. Приблизно 1/3 газів після абсорбера направляється на
факел, а залишившаяся кількість подається на рецикл. Із нижньої частини
абсорбера виводиться 37% формалін [3].
.1.3 Виробництво формальдегіду на срібному каталізаторі
Технологічний процес заснований на каталітичній взаємодії
метанолу з киснем повітря в парогазовій фазі на гетерогенному срібному
каталізаторі проводиться під тиском не більше 0,06 МПа при температурі від 650
до 750 °С із максимально можливою конверсією метанолу.
Безперервність потоку здійснюється нагнітанням повітря в
спиртовипарювач повітродувкою.
Технологічний процес виробництва формаліну складається з
наступних стадій:
- спиртовипарення (готування
метанольно-водно-повітряної суміші);
- окисної конверсії;
- поглинання (абсорбції із продуктів
реакції формальдегіду, що утворився, і непрореагувавшого метанолу, тобто
готування водяного розчину формальдегіду);
Однією з головних умов, що визначають ведення процесу
одержання формаліну, є температура в шарі каталізатора, що у свою чергу
залежить від складу вступника в реактор робочої суміші.
Робоча суміш утвориться при барботажі повітря крізь шар
нагрітої до заданої температури метанольно-водної суміші.
Особливістю ведення технологічного процесу одержання
формаліну є те, що повітря в процес подається в кількості меншому
стехіометричного. Внаслідок цього процес ведеться на робочій суміші зі змістом
метанолу вище верхньої межі руйнування, тобто при великому надлишку метанолу
стосовно кисню.
Склад робочої суміші залежить від декількох факторів:
- температури повітря;
- концентрації вступника в
спиртовипарювач метанольно-водної суміші;
- температури метанольно-водної суміші
в спиртовипарювачі;
- висоти барботажного шару;
- лінійної швидкості повітря;
- тиску в спиртовипарювачі.
При сталості перерахованих параметрів регулювання складу
робочої суміші виробляється шляхом зміни температури метанольно-водної суміші в
спиртовипарювачі, тобто зміною температури теплоносія (циркуляційного
конденсату), поданого в теплообмінник спиртовипарювача, або співвідношення
повітря : метанол.
Перетворення метанолу у формальдегід протікає в адіабатичному
реакторі ідеального витиснення. Формальдегід утвориться по двох основних
реакціях - дегідрування й окиснення метанолу: (1.3), (1.4)
Одночасно з основними протікають побічні реакції:
Окисне дегідрування проводять при недоліку кисню, тому
глибоке окиснення не одержує значного розвитку [1]. У той же час, саме
дегідрування, що ініціює кисень, протікає швидше, і усі раніше згадані побічні
реакції не так помітні, як при дегідруванні первинних спиртів.
Сумарний тепловий ефект основних і побічних реакцій сильно
экзотермічен, що призводить до значного розігріву реакційної маси до
температури більше 600 °С.
Каталізатор «срібло на пемзі» дуже вимогливий до дотримання
встановленої максимально припустимої температури в зоні реакції й чистоти
сировини.
Температура вихідних з реактора реакційних газів досягає 700
°С, тому великий вплив на підвищення виходу формальдегіду небажаних побічних реакцій
має різке первісне їхнє охолодження. Основна з побічних реакцій це розкладання
отриманого формальдегіду на оксид вуглецю й водень. Швидке охолодження
продуктів реакції здійснюється у підконтактному холодильнику, на трубній дошці
якого поміщений контактний апарат. Охолодження продуктів і нагрівання
метанольно-водної суміші у спиртовипарювачі здійснюється циркуляційним
конденсатом, що циркулює за схемою: теплообмінник спиртовипарювача - насос -
підконтактний холодильник - теплообмінник циркуляційного конденсату -
теплообмінник спиртовипарювача [2].
Охолоджені реакційні гази з підконтактного холодильника
надходять у нижню частину абсорбера, виконаного у вигляді тарілчастої колони. В
абсорбері здійснюється поглинання, як формальдегіду, так і непрореагувавшого
метанолу, що втримується в продуктах реакції в кількості, достатньому для
стабілізації формальдегіду. Стабілізація необхідна для запобігання глибокої
полімеризації формаліну й випадання осаду [1]. Як абсорбент використовується
конденсат.
Тому що абсорбція йде з виділенням тепла, а температура
газів, що відходять із абсорбера (викидів) не повинна перевищувати 30 С°,
рідина на тарілках абсорбера прохолоджується за допомогою виносних
холодильників по трьох контурах.
У процесі абсорбції стандартний формалін, що утвориться, з
куба колони крізь холодильник направляється на склад.
Не поглинений газ із верхньої частини колони направляється на
природоохоронний комплекс і далі на утилізацію [4].
1.2 Теоретичні основи процесу
1.2.1 Механізм, хімізм, кінетіка та термодінамікка процесів
окислювального дегідрування
Під дегідруванням розуміють хімічні процеси, пов'язані із
відщепленням атомів водню від органічної сполуки, зокрема від спиртів [1]:
Наведені вище перетворення можна проводити за допомогою
реакцій окиснення:
У зв'язку із цим широке поширення одержали процеси окисного
дегідрування, коли відщеплення водню здійснюється у присутності молекулярного
кисню й кінцеві речовини утворюються як наслідок розвитку процесів окиснення,
так і дегідрування:
Ці реакції займають проміжне положення між окисненням і
дегідруванням і іноді настільки близько примикають до окиснення, що важко стає
провести точну межу між окисненням і окисним дегідруванням [1].
Механізм утворення формальдегіду основан на паралельно-
послідовних реакціях, тобто частина продуктів утворюється по первинним хімічним
реакціям, а друга частина - по наступним хімічним реакціям за участю продуктів,
отриманих у первинних реакціях [2].
Найбільш вірогідним механіхм утворення формальдегіда це
окислювально-дегідрогєнізійний. Механізм утворення формальдегіда протікаєчерез
адсорбцію кисня на каталізаторі із наступною десорбцією його, при хімічній
реакції окиснення метанолу у формальдегід, поміжні продукти реакції - воду та
діоксид вуглецю із виділенням молекулярного металлу каталізатора (срібла).
Молекулярний каталізатор далі знову адсорбує кисень і знову вступає у
реакцію[2].
При заглибленному вивченні хімізма реакцій, протікаючих на
каталізаторі по окислювально-дегідрруючому механізму утворення формальдегіду із
метанолу, за проведення реакціїокиснення відповідальність несе кисень,
адсорбований на срібло у формі Ag(O-)адс., за реакцію
дегідрування - зв' язаний атомарний двухзарядний Ag(O2-)адс.,
а слабо зв' я-заний молекулярний кисень у формі Ag(O-2)адс.,
забезпечує реакції глубокого окиснення метанолу до СО2 і Н2О
(1.5).
Швидкість процессу окислювального дегідрування метанолу у
формальдегід при прийнятих виробничих температурних режимах лімітується
підводом реагентів до поверхні каталізатора, що вказує на протікання процессу у
зовнішньодифузійній області. Швидкість процесу описується рівнянням першого
порядку по концентрації кисня. Температурний коефіцієнт швидкості реакції
відповідає температурному коефіцієнту дифузії кисня[3].
Окиснення метанолу на окисних каталізаторх протікає по
окислювально-відновлювальному механізму, наприклад [3]:
СН3ОН+ 2МоО3→ СН2О
+ Н2О + МоО5 (1.17)
2МоО3 + 0,5О2 → 2МоО
3 (1.18)
або
СН3ОН+0,5О2→ СН2О
+ Н2О+ 147,4кДж (1.20)
Лімітуюча стадія як основної, так і побочної реакції-
взаємодія метанолу із поверхневим киснем, тобто основний хімічний акт.
Утворюющаяся вода оказує гальмуючу дію на обидві реакції. Крім того, метанол
гальмує окиснення формальдегіда до окису вуглецю і води.
Окисні каталізатори менш чутливі до домішок, ніж срібляний і
його аналоги.
Вираз для швидкості реакції (1.4) та (1.5)-(1.7) при постій
ній температурі мають вигляд[3]:
(1.21)
та
,
(1.22)
Де та
- константи швидкості лімітуючої стадії,1, a2, a3,b1,
b2, b3 - кінетичні коеффіцієнти.
Рівняння Аррєніуса для та
у мл/(м2с) та зерен каталізатора
визначеного розміру запропоновані у формі [3]:
1=2,33*108exp(-18500/RT)
(1.23)2=2,05 exp(-3600/RT) (1.24)
Для підтримки активності каталізатора реакцію необхідно проводити у
надлишку кисня, оскільки у протилежному випадку під дією метанолу і
формальдегіду каталізатор швидко руйнується. Із цього, з урахуванням меж взриву
реакційних сумішей, випливає важливіша відмінність отримання формальдегіду на
окисних контактах: реакцію проводять при співвідношенні реагентів і повітря
нижче нижньої межі взриву, тобто при складі метанолу в вихідній суміші не
більше 7-8%. Із порівняння рівнянь k1 та k2 бачимо, що енергії
активації головної реакції більш ніж у п'ять разів перевищує той же показник
побочної реакції і, тому, вихід формальдегіду повинен збільшуватись при
підвищенні температури. Але було доведено, що при температурі вище 400 0С
каталізатор втрачає активність. Крім того, при перевищенні цієї межі,
з'являються значні втрати формальдегіда через термічний розпад. З урахуванням
ціх співвідношень, робоча температура процесу підтримується на рівні 350-390 0С
[3].
Процеси окисного дегідрування мають тепловий ефект, що залежить від
частки реакцій окиснення й властно дегідрування. Оскільки окиснення завжди
протікає з виділенням тепла, введенням тих або інших кількостей кисню можна
широко вар’їрувати тепловий ефект сумарної реакції. Це є одним з переваг
окисного дегідрування - усуваються эндотермічність процесу й необхідність у
постійному підігріві реакційної системи [3].
Дуже важливою особливістю реакцій дегідрування є їхня оборотність.
Очевидно, що для ендотермічних реакцій дегідрування підвищення температури буде
сприяти зсуву рівноваги вправо. Температурні залежності вільної енергії
дегідратації спиртів зображені на мал. 1 [1]. Близькі до нуля або негативні
значення ДG° указують на можливість практичного здійснення й на зсув рівноваги
у відповідності рівнянням:
Як видно з (мал. 1), рівновага більше зміщена вправо у
вторинних спиртів (при утворенні кетонів), а менше - для первинних спиртів
(особливо для метанолу), що дають при дегідруванні альдегіди.
Як видно з (мал. 2), рівновага реакції дегідрування (1.3) і
окислювання (1.4) істотно зрушена у бік утворення продуктів реакції [3].
Значення констант рівноваги для реакцій окисного дегідрування значно вище, ніж
для простого дегідрування. Це означає, що реакція (1.4) може розвиватися до
практично повного вичерпування реагенту, узятого в недоліку, у цьому випадку
кисню, невитрачений метанол може піддаватися лише простому дегідруванню або
побічним перетворенням.
При дегідруванні через відщіплення водню завжди відбувається
збільшення обсягу газів, і, отже, підвищенню ступеня конверсії сприяє низький
тиск, тому ці процеси здійснюють при атмосферному тиску, а в деяких випадках
під вакуумом, або, розбавляючи реакційну масу газом або парою, що веде до
зниження парціальних тисків реагентів і росту рівноважного ступеня конверсії.
Зниження парціального тиску реагентів дозволяє також знизити температуру
процесу й тим самим зменшити утворення побічних продуктів.
Застосування каталізаторів дозволяє досягти високої швидкості процесів при порівнянно
низькій температурі, коли ще не одержують значного розвитку побічні реакції.
Каталізатори реакцій дегідрування й гідрування [1] можна
розділити на наступні групи:
1. метали VIII групи (Fe, Co, Ni, Pd, Pt) і I групи (Cu,
Ag);
2. окисли деяких металів (MgO, Cr2O3,
Fe2O3, ZnO, MoO3, WO3 і ін.);
. сульфіди кобальту,нікелю,
. молібдену й вольфраму;
. складні каталізатори, що складаються із двох і
більше металів (Ni + Cu), з окислів різних металів (особливо хроміти ZnO·Cr2O3
и CuО·Cr2O3) або сульфідів (NiS∙WS3; CoS∙MoS3
и др.)
Всі вони є або провідниками струму (метали) або
напівпровідниками, здатні каталізувати реакції, пов'язані з електронними
переходами. Вони дезактивуються контактними отрутами, до яких належать
галогени, сірчисті з'єднання, деякі метали, що спричиняється необхідність
очищення сировини від цих з'єднань. Сульфіди металів, окисли молібдену й
вольфраму стійкі проти дії каталітичних отрут (активність окисів навіть
підвищується в присутності сірки) [1].
.2.2 Селективність процесу окислювального дегідрування
Для дегідрування, завжди здійснюваного при високій
температурі, щоб уникнути небажаних побічних реакцій використовують [1] менш
активні каталізатори - мідь, срібло, окисли цинку, хрому, заліза й ін.
Дезактивація каталізатора у процесі роботи може бути
обумовлена не тільки домішками в сировину, але й розвитком побічних реакцій, що
викликають відкладення на його поверхні смолистих речовин і коксу. Регенерацію
каталізатора проводять у реакторі або в спеціальному регенераторі окислюванням
відкладень повітрям або водяною парою.
При температурах, характерних для виробництва, швидкість
перетворення метанолу у формальдегід лімітується підведенням реагентів до
поверхні зерен каталізатора, тобто процес протікає у зовнішньодифузійній
області [3].
З переходом у зовнішньодифузійну область різко зростає
активність і селективність каталізатора, що призводить до значного підвищення
продуктивності каталізатора (на 1,5 - 2 порядки). При наявності
внутрідифузійного гальмування в тонких порах відбувається неповне згоряння
метанолу й формальдегіду до диоксида вуглецю й води.
З підвищенням температури конверсія метанолу монотонно
зростає селективність формальдегіду, що утвориться, практично постійна при
збільшенні температури від 400 до °700 С, а з подальшим ростом різко знижується
[3].
Селективність процесів дегідрування залежить від розвитку
послідовних і паралельних реакцій, зв'язаних високою температурою проведення
процесу. Наприклад, відбувається крекінг сировини, гидрогеноліз під дією водню,
що утвориться, а також реакції полімеризації, циклізації й дегідроконденсації,
ведучі, в остаточному підсумку, до виділення смолистих речовин і коксу,
дезактивуючих каталізатор.
На тому самому каталізаторі селективність процесу залежить
від ряду факторів, у тому числі від відносної реакційної здатності органічних
речовин або окремих функціональних груп і від їхньої здатності адсорбуватися на
поверхні каталізатора. Часто обоє фактора впливають одночасно або перший з них
превалює над другим[3].
Незалежно від вибору каталізатора й інших умов на
селективність дегідрування сильно впливає температура. Звичайно чим нижче
температура, тим селективніше можна провести процес по більше реакційно здатних
групах або зупинити його на певній проміжній стадії. Навпаки, підвищення
температури сприяє глибоким перетворенням. Істотно, що небажані побічні реакції
гидрогеноліза, крекінгу, дегідроконденсації й інші мають більше високу енергію
активації, чим дегідрування. Оскільки при зменшенні температури одночасно
зменшуються швидкість процесу й продуктивність реактора, те практично в кожному
випадку можна знайти область оптимальних температур, що відповідає мінімуму
економічних витрат. Додаткові обмеження на вибір цього оптимуму накладає
оборотність реакції дегідрування. Нарешті, за інших рівних умов оборотність
залежить від часу контакту, що визначає фактичний ступінь конверсії вихідної
речовини. Чим ближче вона до рівноважного, тим значніше розвиток послідовних
реакцій крекінгу або конденсації, що ведуть до зниження селективності. При
дегідруванні ступінь конверсії становить іноді 20 - 40 %, а час контакту
перебуває в межах від часток секунди до декількох секунд [3].
.2.3 Вибір методу виробництва формаліну
При співставленні двох методів окислювального дегідрування
метанолу - на металевих (срібляних) та окисних (залізомолібденових)
каталізаторахможна виділити наступні переваги та недоліки :
на срібляному каталізаторі головною перевагою є висока
продуктивність, низька металлоємкість, простота конструкції реактора і що дуже
важливо для данного проекту, немає меж по потужності одиничної установки. Але є
і недоліки: високий витратний коефіцієнт по сировині, домішкі у продукті,
витрата драгоційного металлу;
на окисних каталізаторах перевагою є низький витратний
коефіцієнт по сировині та та практично чистий готовий формалін, але низька
продуктивність(8-10 тис. т/р), підвищена витрата енергії та повітря, підвищенна
металлоємкість та межі по одиниці потужності установки.
Виходячи із цього у данному проекті розрбляєть схема
отримання формальдегіду на срібляному каталізаторі[3].
2.
ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА
.1
Фізико-хімічна характеристика вихідної сировини, матеріалів і продуктів
Таблиця 2.1 - Фізико-хімічна характеристика вихідної сировини
й матеріалів
Найменування речовини
|
Молекулярна формула
|
Молярна маса, г/моль
|
Характеристика деяких фізичних властивостей
|
Стандарт
|
1. Метанол технічний
|
СН3ОН
|
32
|
Щільність при 20 °С с = 0,791ч0,792
|
ДСТУ 3057 - 95
|
2. Конденсат паровий
|
Н2О
|
18
|
Зміст NH3 1 мг/дм3,
хлорид-іонів 2 мг/л, рН = 7,9ч9,2
|
СТП 6 - 52 - 96 з изм. № 1
|
3. Пара
|
Н2О
|
18
|
Тиск Ризб = 0,55 МПа
|
-
|
4. Вода зворотнього циклу
|
Н2О
|
18
|
Тиск не менш 0,25 МПа температура не менш 28 °С
|
-
|
5. Азот газоподібний технологічний
|
N2
|
28
|
Тиск не менш 0,3 МПа частка кисню не більше 3 %
|
-
|
6. Повітря технологічне
|
-
|
29
|
Тиск 0,3ч0,5 МПа
|
-
|
7. Повітря СТОСІВ
|
-
|
29
|
Тиск 0,29ч0,31 МПа
|
СТП 3 - 161 - 2002
|
8. Розсіл
|
-
|
-
|
Тиск не більше 1,4 МПа, температура -10 ч -18 °С
|
-
|
9. Надсмольна вода
|
-
|
-
|
Масова частка СН2Про не більше 12 %,
сухого залишку не більше 0,03, рН не менш 7
|
-
|
10. Масло індустріальне 40А
|
-
|
-
|
-
|
ДЕРЖСТАНДАРТ 20799 - 88
|
Таблиця 1.2 - Фізико-хімічна характеристика продукту
Фізико-хімічна характеристика
|
Значення параметра
|
1. Марка
|
ФМ (стабілізований метанолом)
|
2. Зовнішній вигляд
|
Безбарвна прозора рідина, при зберіганні
допускається утворення каламуті або білого осаду, розчинного при температурі
вище 40 °С (ДЕРЖСТАНДАРТ 1625 - 89)
|
3. Масова частка формальдегіду, %
|
ВР 37,2 ± 0,3 ПС 37,0 ± 0,5
|
4. Масова частка метанолу, %
|
ВР 4 ± 8 ПС 4 ± 8
|
5. Масова частка кислот у перерахуванні на мурашину,
не більше %
|
ВР 0,02 ПС 0,04
|
6. Масова частка заліза, не більше %
|
ВР 0,0001 ПС 0,0005
|
7. Масова частка залишку після прожарювання, не
більше %
|
ВР 0,008 ПС 0,008
|
.2 Опис технологичного процессу та розробка технологічної
схеми
.2.1 Розробка технологічної схеми
Метанол з лінії нагнітання насосів беззупинно подається по
трубопроводу в спиртовипарювач СП з об'ємною витратою не більше 2200 л/г. У
трубопровід подачі метанолу подається конденсат паровиї з об'ємною витратою не
більше 1200 л/г. Масова частка метанолу у метанольно-водній суміші, що
надходить у спиртовипарювач, підтримується автоматично в межах від 60 до 80 % і
регулюється подачею конденсату в спиртовипарювач.
Спиртовипарювач являє собою вертикальний циліндричний апарат
з камерою, що гріє, краплеотбійником і барботером [19].
Температура рідкої фази в спиртовипарювачі підтримується в
межах від 72 до 82 °С шляхом безперервної подачі циркуляційного конденсату в
камеру, що гріє, спиртовипарювач й залежить від температури циркуляційного
конденсату, що повинна бути від 74 до °95 С.
Циркуляційний конденсат, безупинно циркулюючи за схемою:
теплообмінник спиртовипарювача - насос циркуляційного конденсату Н1 -
підконтактний холодильник - теплообмінник циркуляційного конденсату АТ6 -
теплообмінник спиртовипарювача, здійснює охолодження реакційних газів і
нагріває рідку фазу в спиртовипарювачі до заданих температур.
Температура циркуляційного конденсату регулюється шляхом
зміни кількості конденсату, що подається в теплообмінник і в байпас
теплообмінника циркуляційного конденсату. Тому що кількість теплоти, що
віддається реакційними газами, більше необхідного для підтримки робочого
значення температури рідкої фази в спиртовипарювачі, то надлишок тепла
знижується оборотною водою, що подається в теплообмінник циркуляційного
конденсату [19].
Повітря з напірного колектора надходить у спиртовипарювач СП.
Тиск повітря в напірному колекторі підтримується не більше 0,063 МПа. Об'ємна
витрата повітря в спиртовипарювачі підтримується в межах від 1400 до 2000 м3/г.
Барботируючи у спиртовипарювачі через метанольно-водну суміш, повітря
насичується парами метанолу й води. Отримана парогазова суміш надходить у
перегрівач АТ1, де нагрівається пором для попередження конденсації з її рідини
до температури не менш 100°С [19].
Після перегрівача парогазова суміш крізь вогнеприпинувач ОП,
призначений для запобігання проскакування полум'я з контактного апарата у
спиртовипарювач при аварійній ситуації, надходить у контактний апарат РТ.
Контактний апарат являє собою вертикальний циліндричний
апарат, змонтований на підконтактному холодильнику. На трубну дошку
подконтактного холодильника укладається мідна (або нержавіюча) сітка, потім
мідні перфоровані ґрати й мідна (або нержавіюча) сітка. На сітку засипається
каталізатор. Висота шару каталізатора 76 мм, термін служби - не менш 120 доби.
На верхній шар каталізатора укладається мідна (або нержавіюча) сітка.
Температура в зоні реакції підтримується в межах від 650 до
750 °С.
На виході із зони контакту реакційні гази різко охолоджуються
в підконтактному холодильнику до температури не більше 120 °С и надходять у
нижню частину поглинальної колони КЛ [19].
Проходячи знизу нагору по колоні, гази контактують із
рідиною, що рухається протитоком. При цьому формальдегід і метанол поглинаються
рідиною, а непоглинені гази з верхньої частини колони КЛ направляються на
додаткове поглинання в скрубер АР системи вловлювання.
При поглинанні формальдегіду й метанолу водою й при їхній
конденсації виділяється велика кількість тепла. Для відводу тепла передбачені
примусова циркуляція й охолодження формаліну у виносних холодильниках з
наступною його подачею в колону.
Поглинальна колона формаліну КЛ являє собою циліндричний
вертикальний зварений апарат з нержавіючої сталі висотою 16,850м і діаметром
1,812 м. По висоті колона має 37 ковпачкових тарілок і 3 (7, 22, 31) глухих
[19].
Примусова циркуляція формаліну по колоні здійснюється в такий
спосіб:
- формалін з кубової частини колони
поглинання формаліну надходить на всас насосів Н2. З лінії нагнітання насосів
формалін подається в холодильник АТ2, де охолоджується зворотньою водою.
Охолоджений формалін подається на 21-у тарілку, а надлишок як
готовий продукт направляється на склад.
- формалін із середньої (другий) глухої
тарілки надходить на всас насосів Н3, прокачується крізь холодильник АТ3, де
прохолоджується зворотньою водою й подається на 30-у тарілку колони.
- формалін з верхньої (третьої) глухої
тарілки надходить на всас насосів Н4, потім прокачується крізь холодильник АТ4,
де охолоджується зворотньою водою й подається на 37-ю тарілку колони [19].
Надлишок рідини з кожної глухої тарілки крізь переливні
пороги по зовнішніх переливах самопливом перетікає на нижчележащу ковпачковую
тарілку. Рідина, перетікаючи з тарілки на тарілку й насичуючись формальдегідом
і метанолом, попадає у кубову частину поглинальної колони. Рівень у кубі колони
підтримується шляхом відкачки частини формаліну на склад готової продукції.
Температура в кубі колони повинна бути від 60 до 90 °С [19].
У верхню частину колони подається охолоджена рідина системи
вловлювання або охолоджений паровий конденсат з об'ємною витратою не більше
1200 л/г залежно від концентрації формаліну у кубовій частині колони.
Перехід газу з однієї частини колони в іншу здійснюється по
зовнішніх газових трубопроводах, розташованим у глухих тарілках.
Скрубер АР являє собою вертикальний циліндричний апарат з
десятьма ковпачковими тарілками по висоті. Уловлювання метанолу й формальдегіду
з газу в скрубері здійснюється рідиною, що циркулює за схемою: збірник Е
(-холодильник АТ5 - насос Н5 - скрубер [19].
З нижньої частини скрубера АР рідина по «качці» зливається в
збірник Е. Рідина зі збірника Е подається на холодильник АТ5, де
прохолоджується оборотною водою, і далі надходить на всас насосів Н5.
З лінії нагнітання насосів рідина подається на зрошення
скрубера АР з об'ємною витратою 2 - 5 м3/г, а також на зрошення
поглинальної колони КЛ.
Гази, що відходять, з температурою не більше °40 С надходять
у циклон ВД, де відділяється краплинна волога, що втримується у газах, що
відходять.
Гази, що відходять, після циклона ВД скидаються в атмосферу
або подаються на утилізацію [19].
.2.2 Нове технологічне рішення
В наш час для отримання формальдегіда методом окислювального
дегідрування матанола використовуються каталізатори, які мають в якості
активного компонента срібло. Промислове використання отримали як нанесені
каталізатори, так і масивні каталізатори (крістали срібла, пористе срібло) [3].
Головною перевагою нанесених каталізаторів порівняно з
масивними є мала разова загрузка срібла і простота у виготовленні. Нанесені
каталізатори працюють на метанольно - водній суміші, яка складається з 60-85мас
метанола, при цьому отримують формалін концентрацієй не більше 40%.
Процес окислювального дегідрування метанолу на
сріблоскладаних каталізаторах протікає у зовнішньодифузійній області, тому
внутрішня поверхність порістого каталізатора, де обмін з потоком має
ускладнення, є причиною утворення продуктів утовщєння [4].
Спроби створення трегерних (нанесених) каталізаторів з
низьким складом срібла (нижче 10% мас) призводять до результу тільки спочатку
пробігу каталізатора. Довгий пробіг призводить к значному зниженню активності
та селективності каталізаторів, причиною чого є відкриття поверхні носія
внаслідок агретації часток срібла [4].
Існує спосіб отримання формальдегіда окислювальним
дегідруванням метанолу на каталізаторі, який складається зі срібла або золота
(склад активного компонента 0,5- 10%) на твердому непористому носії. Частки
каталізатора не мають пор і вкриті тонкою плівкою металу.
Внаслідок відсутності пор на каталізаторі знижується
утворення продуктів потовщєння, але в процесі експлуатації каталізатора тонка
плівка металу ушкоджується в результаті агрегірування активного компонента або
розтріскування носія. Загальна площа каталізатора мала, тому мінімальне її
ушкодження погано сказується на роботі каталізатора.
У данному дипломному проекті пропонується каталізатор
окислювального дегідрування метанолу у формальдегід, який має у своєму складі
срібло та алюмосилікатний носій, причому у якості носія він складається з
непористого алюмосилікату з молярним співвідношенням окису кремнію до окису
алюмінія від 1 до 10 і срібло у вигляді іона, зв’язане з алюмосилікатом у
кількості від 0,01 до 1 моль на 1 моль алюмінія, який знаходиться в
алюмосилікаті [4].
Запропонований катлізатор має наступні переваги:
висока диспестність срібла, що дозволяє використовувати
каталізатор зі зниженним його складом;
рівномірне розподілення срібла по об’єму;
стійкість часток срібла до агрегірування, що виключає
відкриття поверхні каталізатора впродовж тривалого строку роботи;
ввідсутність пор, в яких може відбуватись утворення
потовщєння.
Каталізатор наступного складу: SiO2 71,0, Al 2O3
22,75, Ag 6,25, який має молярне співвідношення SiO2/ Al 2O3
5,3, маючий у своєму складі срібло у кількості 0,13моль/моль алюмінія в
промисловому агрегаті синтезу формаліну при температурі 670-750 0С
має наступні результати: конверсія 60,4%, селективність 92,5%. У той час як
каталізатор «срібло на пемзі», який використовується у промисловості має
наступні показники: конверсія 60%, селективність 87%.
Порівняємо матеріальні баланси окислювального дегідрування
метанолу при вищеназваних каталізаторах.
Таблиця 2.1 - Матеріальний баланс з використанням
каталізатора «срібло на пемзі».
Прихід
|
кмоль/г
|
кг/г
|
Витрата
|
кмоль/г
|
кг/г
|
Спиртоповітряна суміш
|
|
|
Котактний газ
|
|
|
СН3ОН
|
3,161
|
101,136
|
СН3ОН
|
1,422
|
45,511
|
О2
|
0,795
|
25,448
|
СН2О
|
1,512
|
48,394
|
N2
|
2,992
|
83,768
|
СО
|
0,035
|
0,973
|
Н2О
|
0,074
|
1,331
|
СО2
|
0,183
|
8,031
|
|
|
|
N2
|
2,992
|
83,768
|
|
|
|
Н2
|
0,539
|
1,078
|
|
|
|
Н2О
|
1,496
|
23,929
|
Разом
|
7,021
|
211,684
|
Разом
|
8,178
|
211,684
|
Таблиця 2.2 - Матеріальний баланс з використанням
запропонованого каталізатора.
Прихід
|
кмоль/г
|
кг/г
|
Витрата
|
кмоль/г
|
кг/г
|
Спиртоповітряна суміш
|
|
|
Котактний газ
|
|
|
СН3ОН
|
2,765
|
88,469
|
СН3ОН
|
1,094
|
34,995
|
О2
|
0,693
|
22,192
|
СН2О
|
1,512
|
48,394
|
N2
|
2,609
|
73,047
|
СО
|
0,033
|
0,936
|
Н2О
|
0,064
|
1,160
|
СО2
|
0,125
|
5,514
|
|
|
|
N2
|
2,609
|
73,047
|
|
|
|
Н2
|
0,568
|
1,136
|
|
|
|
Н2О
|
20,845
|
|
|
|
|
|
|
Разом
|
6,131
|
184,868
|
Разом
|
7,09971
|
184,868
|
Виходячи з наведених даних таблиць, можна зробити висновки,
що при використанні запропонованого каталізатора знижується витрата метанолу на
6%. Це дозволяє значно знизити собівартість продукційного формальдегіду.
У результаті впровадження нового каталізатора, річний
економічний ефект при обсязі виробництва 43000 т/рік становить 2211920 грн.
2.3
Норми технологічного режиму
Таблиця 2.1 - Норми технологічного режиму
Найменування стадії й потоків реагентів
|
Найменування параметра
|
Номінальні значення
|
Граничні значення
|
Стадія спиртовипарення й окисної конверсії
|
1
|
2
|
3
|
4
|
1. Метанольно-водна суміш із трубопроводу на вході у
спиртовипарювач
|
с при 15 °С, г/см3 w СН3ВІН, %
|
|
0,850 - 0,898 60 -80
|
2. Метанол технологічний на вході у спиртовипарювач
|
Об'ємна витрата л/г не більше
|
2154
|
2200
|
3. Конденсат на вході у спиртовипарювач
|
Об'ємна витрата л/г не більше
|
1172
|
1200
|
4. Рідина системи вловлювання на вході у
спиртовипарювач
|
Об'ємна витрата л/г не більше
|
390,63
|
400
|
5. Повітря на вході у спиртовипарювач Тиск, МПа не більше Об'ємна
витрата м3/г не більше Мольне співвідношення 0,059
- 19630,06
- 2000
1,5 - 1,9
|
|
|
|
6. Рідка фаза у спиртовипарювачі
|
Рівень Температура, °С с при 15 °С, г/см3
не більше w СН3ВІН, % не менш
|
135- 175 73 - 81
|
130 - 180 72 - 82 0,9752 15
|
|
7. Парова фаза у спиртовипарювачі
|
Тиск, МПа не більше Температура, °С
|
0,059 71,5 - 78,5
|
0,06 70 - 80
|
|
8. Метанольно-водно-повітряна суміш після
перегрівача
|
Температура, °С не менш
|
101,5
|
100
|
|
9. Циркуляційний конденсат на вході у
спиртовипарювач
|
Температура, °З
|
74,5 ч 93,5
|
74 ч 95
|
10. Циркуляційний конденсат у лінії нагнітання
насосу
|
Тиск, МПа не менш
|
0,17
|
0,16
|
11. Напірний бак циркуляційного конденсату
|
Рівень % шкали приладу не менш
|
32,34
|
30
|
12. Зона контактування
|
Температура, °С
|
655,5 ч 744,5
|
650 ч 750
|
13. Гази на виході з подконтактного холодильника
|
Тиск, МПа не більше
|
0,0595
|
0,06
|
Стадія поглинання
|
|
14. Кубова частина поглинальної колони формаліну
|
Рівень % шкали приладу Тиск, МПа не більше
Температура, °С
|
32,34 - 77,66 0,059 61,5
|
30 ч 80 0,06 60
|
15. Гази на виході з поглинальної колони
|
Температура, °С не більше
|
38,5
|
40
|
16. Конденсат на зрошення поглинальної колони
|
Об'ємна витрата л/г не більше
|
1160
|
1200
|
17. Збірник конденсату
|
Рівень % шкали приладу
|
31,84 ч 78,16
|
30 ч 80
|
18. Формалін з поглинальної колони
|
с при 20 °С, г/см3 w СН2О, % w СН3ОН, %
(кислот у перерахуванні на мурашину, %
|
|
1,063 ч 1,13 30 ч 42 3 ч 14 0,02
|
19. Гази, що відходять, на виході з поглинальної
колони
|
Об'ємна частка, % С не більше С2 не
більше Н2 О2 не більше
|
|
7,0 3,0 12 ч 26 1,0
|
|
|
|
|
|
|
3.
РОЗРАХУНКИ
.1
Матеріальні розрахунки стадій свиробництва формальдегіду
.1.1 Матеріальний розрахунок окислювального дегідрування
метанолу у формальдегід
Вихідні
дані:
- річна продуктивність агрегату по
формаліну 43000 т;
- річний фонд робочого часу 8400 год;
- масова частка формальдегіду в
товарному формаліні 0,370;
- масова частка формальдегіду у формаліні-сирці 0,290;
- втрати формаліну на всіх стадіях
виробництва 3 %;
- параметри подаваємого повітря:
температура 25 °С, тиск 0,17 МПа;
- ступінь конверсії метанолу 0,604;
- частка перетвореного метанолу, що
витрачається за реакцією(1.3) - 0,3, за реакцією(1.4) - 0,605, за реакцією(1.5)
- 0,075, за реакцією(1.6) - 0,02;
- масова частка води в технічному
метанолі 0,1;
Визначаєм загальну витрату метанолу на процес. Розраховуєм
витрату повітря на отримання формальдегіда, склад у ньому водної пари.
Годинна продуктивність агрегату по формальдегіду:
.
Або 1894,048/30=63,135
З урахуванням втрат необхідно одержати в контактному апараті формальдегіду:
.
Витрата метанолу за реакціями 3-4:
Витрата метанолу за реакцїями 3-6:
,
Де 0,605 та 0,3 - частка метанолу, перетвореного у формальдегід за реакціями
1.3 і 1.4.
,
Кількість метанола з урахуванням ступені конверсії: ,
Кількість води у технічном метанолі: .
Залишок метанола у контактному газі:
,88-71,86=47,03
За реакцією 3 витрачається метанола:
,86*0,3=21,56.
Утворюється:
Формальдегіда:21,56*30=646,697.
Водня: 21,56.
За реакцією 4 витрачається:
Метанола:71,86*0,605=43,472.
Кисня: 43,472*0,5=21,736.
Утворюється:
Формальдегіда:43,472.
Водяної пари: 43,472.
За реакцією 5 витрачається:
Метанола:71,86*0,075=5,389.
Кисня: 5,389*1,5=8,084.
Утворюється:
Діокису вуглецю:5,389.
Водяної пари: 5,389*2=1078.
За реакцією 6 витрачається:
Метанола:71,86*0,02=1,437.
Утворюється:
Окису вуглецю:1,437.
Водня: 1,437*2=2,874.
Вссього утворюється:
Водня: 21,56+2,874=24,431.
Водяної пари: 43,472+10,78=54,25.
Загальна витрата кисня: 21,736+8,084=29,820
Молярне співвідношення 02: CH 3OH дорівнює:
.
Кількість сухого повітря :
,
Де 0,21 - об'ємна частка кисня у сухому повітрі.
Кількість азота у повітрі:
,
Об’ємна частка водяної пари у повітрі:
,
Де 3230- парціальний тиск водяних парів у повітрі при Т 25°, Па.
,17*106 - загальний тиск повітря, Па.
Кількість водяної пари у повітрі:
.
Сумарна кількість водяних парів:
У спиртоповітряній суміші:
.
У контактному газі:
.
Складаємо таблицю матеріального балансу.
Таблиця 3.1 - Матеріальний баланс стадії синтезу формальдегіду
Прихід
|
Витрата
|
компоненти
|
кг/год
|
кмоль/г
|
компоненти
|
кг/г
|
кмоль/г
|
1. Метанол технічний
|
|
Формальдегідний газ
|
|
СН3ОН
|
3804,17
|
118,88
|
СН2О
|
2080,93
|
65,029
|
Н2О
|
49,89
|
2,77
|
СН3ОН
|
1504,8
|
47,03
|
О2
|
954,24
|
29,82
|
СО
|
40,24
|
1,44
|
N2
|
3141,03
|
112,18
|
СО2
|
237,12
|
5,39
|
|
|
|
N2
|
3141,03
|
112,18
|
|
|
|
Н2
|
48,86
|
24,43
|
|
|
|
Н2О
|
896,34
|
49,80
|
Разом
|
7949,32
|
263,651
|
Разом
|
7949,32
|
305,287
|
3.1.2
Розрахунок основних видаткових коефіцієнтів на одиницю продукції, що випускається
Видатковий коефіцієнт по метанолу становить:
,
де 71,86 -витрата метенолу за реакціями 3-6, ,
,05- годинна продуктивність агрегату за формаліном, кг,
,999- масова частка метанолу в технічному метанолі.
Видатковий коефіцієнт по повітрю:
;
де 1,29-густина повітря при нормальних умовах,.
Видатковийкоєфіцієнт по воді:
,
де 2405- витрата води на зрошення, кг/г.
3.2
Теплоенергетичні розрахунки основних технологічних стадій процесу
Вихідні дані:
· витрата парогазової суміші на вході в
контактний апарат 263,651 кмоль/г;
· температура парогазової суміші на
вході у контактний апарат 100-120°С;
· витрата формальдегідного газу 305,287
кмоль/г;
· температура формальдегідного газу на
виході з апарата 700 - 750 °С.
Загальне рівняння теплового балансу безперервного процесу має
такий вигляд:
Q1 + Q2 + Q3 = Q4
+ Q5 + Q6 + Q7,
|
(3.1)
|
де Q1 - тепловий потік вступник сировини;2
- тепловий ефект екзотермічних реакцій і фазових переходів;3 -
тепловий потік, що надходить в апарат з теплоносієм;4 - фізична
теплота продуктів реакцій;5 - тепловий ефект ендотермічних реакцій і
фазових переходів;6 - теплота, що відводиться від апарата
холодоагентом;7 - теплові втрати поверхнею апарата.
де Зм,i - молярна теплоємність, ;i - молярний потік, кмоль/з;-
температура речовин, °С.
де нi - стехіометричний коефіцієнт;
ДHi - энтальпія утворення, ;
Т - термодинамічна температура реакції, К.
Приймаємо Q3,6 = 0, тому що апарат є адіабатичним.
Втрати тепла Q7 приймаємо 3 % від приходу тепла (Q1
+ Q2).
З довідника [5] визначаємо коефіцієнти а, b, з і с', на підставі яких
визначаємо теплоємності за рівняннями:
· для неорганічних речовин (3.5)
|
|
· для органічних речовин (3.6)
|
|
Таблиця 3.2 - Значення коефіцієнтів а, b, з, с' і
теплоємкостей продуктів і реагентів
|
|
O2
|
CO
|
H2O
|
H2
|
CO2
|
N2
|
СН2О(г)
|
СН3ОН(г)
|
|
а
|
31,46
|
28,41
|
30
|
27,28
|
44,14
|
27,87
|
18,82
|
15,28
|
|
в*103
|
3,39
|
4,1
|
10,71
|
3,26
|
9,04
|
4,27
|
58,38
|
105,2
|
|
с*106
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
-15,61
|
-31,04
|
T, K
|
с' *10-5
|
3,77
|
-0,46
|
0,33
|
0,5
|
-8,54
|
0
|
0
|
0
|
110+273
|
Cp T, K
|
35,33
|
29,67
|
34,33
|
28,87
|
41,78
|
29,51
|
38,89
|
51,02
|
700+273
|
Cp T, K
|
35,16
|
32,35
|
40,46
|
30,50
|
52,03
|
32,02
|
60,85
|
88,25
|
Таким чином, тепло принесене з реагентами буде:
На підставі довідкових даних энтальпії утворення [5] і середньої
теплоємності [5] визначаємо теплоти реакцій:
Таблиця 3.3 - Визначення теплоти реакції (1.3)
|
СН3ОН(г)
|
= СН2О(г)
|
+ H2
|
D
|
niмоль
|
1
|
1
|
1
|
1
|
|
-201,2
|
-115,9
|
0
|
85,3
|
Cp 298-1000 K
|
69,22
|
49,5
|
28,77
|
9,05
|
.
Таблиця 3.4 - Визначення теплоти реакції (1.4)
|
СН3ОН(г)
|
+ 0,5O2
|
= СН2О(г)
|
+ H2O
|
D
|
niмоль
|
1
|
1
|
1
|
0,5
|
|
-201,2
|
0
|
-115,9
|
241,81
|
156,51
|
Cp 298-1000 K
|
69,22
|
32,43
|
49,5
|
37,07
|
1,135
|
.
Таблиця 3.5 - Визначення теплоти реакції (1.5)
|
СН3ОН(г)
|
+ 1,5O2
|
= СO2
|
+ 2H2O
|
D
|
моль
|
1
|
1,5
|
1
|
2
|
0,5
|
|
-201,2
|
0
|
-393,51
|
-241,81
|
-675,93
|
Cp 298-1000 K
|
69,22
|
32,43
|
47,15
|
37,07
|
3,425
|
.
Таблиця 3.6 - Визначення теплоти реакції (1.6)
|
СН3ОН(г)
|
= CO
|
+ 2H2
|
D
|
ni , моль
|
1
|
1
|
2
|
2
|
|
-201,2
|
-110,53
|
0
|
90,67
|
Cp 298-1000 K
|
69,22
|
30,92
|
28,77
|
19,24
|
.
Таким чином, теплота реакції буде
Разом з реагентами з реактора вийде тепла:
Прихід тепла:1 + Q2 = 416,688 + 2744,678 =
3161,366 кВт.
Втрати тепла в навколишнє середовище складуть:7 = 0,03∙
3161,366 = 94,841 кВт.
Витрата тепла:
4
+ Q7 = 4,11·tx + 94,841.
Звідки температура формальдегідного газу на виході з реактора складе:
,
що відповідає прийнятому інтервалу температур.
3.3
Технологічний розрахунок основного устаткування
.3.1
Технологічний розрахунок контактного апарата
Реактор (контактний апарат) призначений для окисного
дегідрування метанолу у формальдегід у газовій фазі на срібляному каталізаторі.
Для розрахунку обраний вертикальний циліндричний апарат з конусоподібним
ковпаком, змонтований безпосередньо над верхньою трубною дошкою підконтактного
холодильника. На трубну дошку укладаються перфоровані трубні ґрати із двома
нержавіючими або мідними сітками, на який засипається шар каталізатора.
Розігрів каталізатора проводять трьома ніхромовими
электроспіралями (d = 0,4 мм, U = 220 У).
Технічна характеристика контактного апарата:
Продуктивність по формаліну т/рік (апарат№5 за
даними технологічного регламенту)
|
22176
|
Діаметр внутрішній, мм
|
1400
|
Висота шару каталізатора, мм
|
127
|
Апарат має штуцер входа спиртоповітряної суміші Dy
= 350, py = 0,6.
Необхідне кількість реакторів:
.
Таким чином, для забезпечення заданої продуктивності необхідно
встановити два апарата.
3.3.2
Розрахунок реактора
Об'ємна витрата спиртоповітряної суміші:
.
При об'ємній швидкості Vоб = 30000 год-1
необхідний обсяг каталізатора дорівнює:
.
У прийнятому стандартному апарату обсяг каталізатора дорівнює:
,
отже, запас продуктивності по каталізаторі становить:
.
Об'ємна витрата формальдегідного газу при температурі 973 К и тиску
0,06 МПа складе:
.
Лінійна швидкість газу в перетині апарата:
,
що відповідає оптимальному технологічному режиму [8].
3.3.3
Технологічний розрахунок спиртовипарювача
3.3.3.1
Призначення, пристрій і основні розміри. Визначення кількості апаратів
Спиртовипарювач призначений для випару 60 - 70 %-ного
метанолу й одержання метанольно-водно-повітряної суміші. Спиртовипарювач являє
собою вертикальний сталевий циліндричний апарат із циркуляційною трубою
трависною камерою, що гріє, виконаної у вигляді кожухотрубчатого
теплообмінника. Гріюча камера, являє собою пучок труб, верхні й нижні кінці
яких завальцовані в трубні решітки, приварені до обечайки. Гріюча камера
з’єднується з циркуляційною трубою перехідною (зверху) та нижньою камерою.
Перехідна камера тангенціально з’єднана із барботером - целіндричною посудиною
із конічним дном, який з’єднан з нижньою камерою циркуляційною трубою і має
отвори діаметром 10 мм.. У верхній частині сепаратора розташован секційний
об’ємно-сітчастий краплеотбійник.
Циркуляція розчину в апараті здійснюється за замкнутим
контуром: барботер - циркуляційна труба - нижня камера - гріюча камера -
перехідна камера - барботер. Метанол, піднімаючись по трубам гріючої камери,
нагрівається і закіпає. У перехідній камері парорідинна суміш насичується
повітрям та направляється у барботер, де відбувається розподіл рідинної та
парової фаз.Спиртоповітряна суміш, прходячи краплеотбійник, звільняється від
крапель і виходить із апарата, а метанол повертається по циркуляційній трубі у
гріючу камеру, де відбувається його випаровування.
Технічна характеристика спиртовипарювача:
Апарат постачений штуцером введення метанольно-водної суміші
Dy = 450, py = 1, штуцером входу повітря Dy =
350, py = 1, штуцерами входу й виходу конденсату Dy =
100, py = 1, штуцером виходу метанольно-водно-воздушної суміші Dy
= 350, py = 0,6.
Приймаємо агрегатну схему компонування встаткування, по якій
на один контактний апарат доводиться один спиртовипарювач.
3.3.3.2
Тепловий розрахунок
Вихідні дані:
· теплоносій - циркуляційний конденсат,
що утвориться при конденсації пари, отриманого при охолодженні контактного газу
в підконтактному холодильнику, тиск у лінії нагнітання насоса 0,16 МПа,
температура 75 ч 95 °С;
· температура метанольно-водної суміші
й повітря, що надходить у спиртовипарювач 25 °С;
· температура
метанольно-водно-воздушної суміші на виході зі спиртовипарювача70 ч 80 °С, витрата
- 3951,828 кг/г;
· у спиртовипарювач подають 3804,17
кг/г технічного метанолу, 49,89 кг/г води, сухого повітря - 4095,27 кг/г.
· Тепловий баланс спиртовипарювача в
загальному виді описується рівнянням:
Q1 + Q2 + Q3 = Q4
+ Q5 + Qпот,
|
(3.7)
|
де Q1, Q2, Q3, Q4
- теплові потоки метанольно-водної суміші, конденсату, повітря й
метанольно-водно-воздушної суміші відповідно, кВт;5 - теплота, що
витрачається на випар метанолу й води, кВт;пот - втрати в навколишнє
середовище, кВт.
Відомості про теплоємність компонентів
метанольно-водно-повітряної суміші зведені в табл. 3.7 [5].
Таблиця 3.7 - Теплоємність деяких речовин газоподібному стані
|
|
O2
|
H2O
|
N2
|
СН3ОН(г)
|
|
|
31,46
|
30
|
27,87
|
15,28
|
|
в*103
|
3,39
|
10,71
|
4,27
|
105,2
|
|
с*106
|
0
|
0
|
0
|
-31,04
|
T, K
|
с' *10-5
|
3,77
|
0,33
|
0
|
0
|
298
|
Cp T, K
|
36,72
|
-
|
29,14
|
-
|
348
|
Cp T, K
|
35,75
|
34,00
|
29,36
|
48,13
|
Таблиця 3.8- Деякі фізичні властивості метанолу й води [6]
|
H2O
|
СН3ОН(г)
|
Теплоємність ІЗ, Дж/(моль·К)
|
75,366
|
81,60
|
Теплота пароутворення r, кДж/кг
|
2297,0
|
1050,1
|
Тепловий потік метанольно-водної суміші:
.
Тепловий потік повітря:
.
Тепловий потік парогазової суміші:
Витрата тепла на випар води й метанолу:
.
Приймаємо Qпот = 1% витрати (приходу) тепла:
.
Таким чином, кількість тепла, підводима з теплоносієм, буде:
.
Витрата теплоносія:
,
де 85 і 80 - початкова й кінцева температури теплоносія відповідно,
°С;
,9 - КПД теплообмінника.
Таблиця 3.9 - Тепловий баланс спиртовипарювача
Прихід
|
кВт
|
%
|
Витрата
|
кВт
|
%
|
1. Тепловий потік метанольно-водної суміші
|
68,37
|
2,83
|
1. Тепловий потік парогазової суміші
|
209,119
|
8,66
|
2. Тепловий потік теплоносія
|
2317,15
|
95,92
|
2. Тепловтрати на випар
|
2182,787
|
90,35
|
3. Тепловий потік повітря
|
30,305
|
1,25
|
3. Тепловтрати в навколишнє середовище
|
23,919
|
0,99
|
Разом
|
2415,825
|
100
|
Разом
|
2415,825
|
100
|
3.3.3.3
Розрахунок спиртовипарювача
Необхідну площу поверхні теплообміну визначають із рівняння
теплопередачі [7, (4.72), с. 168]:
де Q - тепловий потік через поверхню теплообміну, Вт;
К - коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2·К);
Дtср - середня різниця температур гарячого й
холодного теплоносія,0С;- поверхня теплообміну, м2.
Метанольно-водна суміш нагрівається від 25 до 75 °С, а
теплоносій охолоджується з 85 до 80 °С:
°С 80 °С
°С 25 °С
Дtб = 80 - 25 = 55 °С,
Дtм = 85 - 75 = 10 °С.
.
Коефіцієнт теплопередачі визначається за формулою [7]:
(3.9)
|
|
де - коефіцієнти тепловіддачі для гарячого й холодного
теплоносія, Вт/(м2·ДО);
-
сума термічних опорів всіх шарів, з яких складається стінка, (м2·К)/Вт.
Коефіцієнт теплопередачі від конденсату до стінки труби
визначається по формулі [6]:
(3.10)
|
|
Таблиця 3.10 - Деякі фізичні властивості метанолу, парового
конденсату й метанольно-водної суміші [7]
Речовина
|
t, °З
|
с, кг/м3
|
м·106, Па·с
|
н·106, м2/с
|
с, кДж/(кг·К)
|
л·102, Вт/(м·К)
|
в·104, К-1
|
Конденсат паровий
|
55
|
985,5
|
509,5
|
0,517
|
4,18
|
65,35
|
4,8
|
|
82,5
|
|
365,5
|
|
|
|
|
|
85
|
970,25
|
344,5
|
0,345
|
4,19
|
67,75
|
6,64
|
Метанол
|
55
|
760,5
|
373,5
|
0,491
|
2,68
|
20,59
|
1,29
|
Метанольно-водна суміш
|
77,5
|
-
|
320,33
|
-
|
3,42
|
34,44
|
-
|
|
55
|
828
|
414,3
|
0,499
|
3,13
|
34,02
|
2,34
|
Швидкість руху конденсату у міжтрубному просторі:
.
При такій швидкості руху конденсату у міжтрубному просторі критерій
Рейнольдса:
,
Де .
Визначимо критерії Прандтля й Грасгофа [7]:
;
;
,
режим руху ламінарний; критерій Нуссельта розраховують по формулі [7]:
,(3.11)
|
|
Де
Ре = Re*Pr
.
Таким чином, коефіцієнт тепловіддачі від конденсату трубі:
.
Приймаємо швидкість руху метанольно-водної суміші в трубному просторі
0,1 м/с, тоді критерій Рейнольдса:
.
.
Критерій Прандтля при температурі стінки:
.
;
,
режим руху перехідний; критерій Нуссельта визначаємо по графічній
залежності [7]:
.
Таким чином, коефіцієнт тепловіддачі від труби метанольно-водної
суміші:
.
Сума термічних опорів стінки труби з урахуванням шарів забруднень:
Уrст = r1 + д/л + r2,
|
(3.12)
|
де r1, r2 - опір шарів забруднень
по обидва боки стінки труби [7], м2·ДО/Вт;
д - товщина стінки труби, м;
л - теплопровідність нержавіючої сталі [7], Вт/(м·К).
Уrст = 0.0004 + 0,002/17,5 + 0,00017 = 0,00166 м2·К/Вт.
Таким чином, коефіцієнт теплопередачі буде:
.
Поверхню нагрівання визначаємо за рівнянням:
.
Запас поверхні теплообміну складе:
.
3.3.4 Технологічний розрахунок підконтактного холодильника
3.3.4.1
Призначення, пристрій і основні розміри
Підконтактний холодильник призначений для швидкого
охолодження контактного газу до 140 - 160 °С щоб уникнути формальдегіду, що
розклався.
Для установки обраний вертикальний сталевий кожухотрубчатий
теплообмінник із протиточним рухом теплоносія у міжтрубному просторі і
контактному газі у трубному просторі. Теплоносій - циркуляційний конденсат (р
= 0,3 МПа, t = 80 °С).
У холодильнику передбачене шахове розташування труб (по
вершинах правильних шестикутників). Температурні напруги, викликувані різницею
температур між кожухом і трубами, можуть привести до руйнування апарата; щоб
уникнути цього на корпусі встановлений лінзовий компенсатор.
Технічна характеристика холодильника:
Висота, мм
|
2500
|
Діаметр внутрішній, мм
|
1400
|
Число труб камери, що гріє (dтр = 2122 мм)
|
2800
|
Поверхня теплообміну, м2
|
460
|
Апарат постачений штуцером виходу контактного газу Dy
350, ру 0,6, двома штуцерами входу й двома штуцерами виходу
конденсату Dy 200, ру 0,6.
3.3.4.2
Тепловий розрахунок
Вихідні дані:
· у холодильник подають 305,287 кмоль/г
формальдегідного газу;
· температура: на вході у холодильник
706 °С; на виході з холодильника 150 °С;
· витрата холодного конденсату 442713,6
кг/г.
Тепловий баланс спиртовипарювача в загальному виді описується
рівнянням:
Q1 = Q2 + Q3 + Qпот,
|
(3.13)
|
де Q1, Q2, - теплові потоки
формальдегідного газу на вході й на виході з холодильника, кВт;3 -
теплота, що відводиться конденсатом, кВт;пот - втрати в навколишнє
середовище, кВт.
Відомості про теплоємність компонентів формальдегідного газу
зведені в табл. 3.11 [5].
Таблиця 3.11- Значення коефіцієнтів а, b, з, с' і
теплоємкостей продуктів і реагентів
Тепловий потік формальдегідного газу на вході у холодильник
3067,929 кВт (визначений при розрахунку контактного апарата).
Тепловий потік формальдегідного газу на виході з холодильника
буде:
Приймаємо, що втрати тепла в навколишнє середовище рівняються 5% від
приходу тепла:
Кількість тепла, що відводиться циркуляційним конденсатом:
Кількість тепла, що відводиться конденсатом, описується рівнянням:
(3.14)
|
|
Таким чином, температура конденсату на виході з холодильника
буде:
Складаєм тепловий баланс підконтактного холодильника (табл. 3.12).
Таблиця 3.12- Тепловий баланс підконтактного холодильника
кВт
|
%
|
Витрата
|
кВт
|
%
|
Тепловий потік контактного газу на вході
|
3161,366
|
100,00
|
1. Тепловий потік контактного газу на виході
|
465,84
|
14,74
|
|
|
|
2. Тепловий потік конденсату
|
2537,458
|
80,26
|
|
|
|
3. Тепловитрати в навколишнє середовище
|
158,068
|
5,00
|
Разом
|
3161,366
|
100,00
|
Разом
|
3161,366
|
100,00
|
3.3.4.3
Розрахунок підконтактного холодильника
Виконуємо перевірюючий розрахунок площі поверхні теплообміну.
°С 150 °С
,9 °С 80 °С
; .
Таким чином, середня різниця температур:
.
Визначаємо середній коефіцієнт тепловіддачі від контактного газу до
стінки труби [9, (V-40)]:
,(3.15)
|
|
де Атр
- коефіцієнт, що враховує фізичні властивості контактного газу при середній
температурі;- масова швидкість контактного газу в трубному просторі, кг/(м2·с);-
внутрішній діаметр труби, м.
Теплофізичний
параметр контактного газу знаходять при середній температурі:ср =
(747 + 150)/2 = 448,5 °С.
Теплоємкість і
динамічну в'язкість формальдегідного газу розраховуємо у табл. 3.13 [5].
Таблиця 3.13 -
Розрахунок теплоємності й динамічної в'язкості
|
O2
|
CO
|
H2O
|
H2
|
CO2
|
N2
|
СН2О(г)
|
СН3ОН(г)
|
У
|
Cp T, K
|
34,60
|
31,19
|
37,57
|
29,67
|
48,74
|
30,86
|
52,07
|
73,77
|
-
|
xi,
|
0,0004
|
0,0040
|
0,3524
|
0,0521
|
0,0160
|
0,3540
|
0,1802
|
0,0410
|
1,0000
|
Cp∙ xi
|
0,0144
|
0,1249
|
13,2404
|
1,5443
|
0,7807
|
10,9243
|
9,3826
|
3,0243
|
39,0359
|
Mr
|
32
|
28
|
18
|
2
|
44
|
28
|
30
|
32
|
-
|
Mr∙ xi
|
0,0134
|
0,1121
|
6,3427
|
0,1041
|
0,7048
|
9,9108
|
5,4054
|
1,3118
|
23,9052
|
мi∙ 107
|
390
|
360
|
237
|
156
|
304
|
315
|
218
|
231
|
-
|
(Mr∙ xi/мi)∙ 10-4
|
0.0343
|
0,311
|
2,6763
|
0,667
|
2,318
|
31,463
|
24,795
|
5,679
|
92,0
|
;
.
Приймаємо, що критерій Прандтля для двохатомних газів Pr = 0,72 [7],
тоді теплопровідність контактного газу:
.
Площа поперечного перетину трубного простору підконтактного
холодильника:
.
Масова швидкість контактного газу у трубному просторі:
,
де - витрата контактного газу, кг/ч.
Коефіцієнт, що враховує властивості контактного газу, визначається по
формулі [9, V-29]:
. (3.16)
.
Таким чином, середній коефіцієнт тепловіддачі:
.
Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до циркуляційного
конденсату. Фізичні властивості конденсату визначаємо при середній температурі
86,1 °С [7].
Швидкість руху конденсату у міжтрубному просторі:
.
При такій швидкості руху конденсату у міжтрубному просторі критерій
Рейнольдса:
,
Де
.
Визначимо критерії Прандтля й Грасгофа [7]:
;
;
;
критерій Нуссельта розраховують по формулі [7]:
, (3.17)
.
Таким чином, коефіцієнт тепловіддачі від конденсату трубі:
.
По формулі (3.12) сума термічних опорів стінки труби з урахуванням
шарів забруднень по обидва боки [7]:
Уrст = 0.00009 + 0,002/17,5 + 0,00017 = 0,000374 м2·К/Вт.
Коефіцієнт теплопередачі:
.
Поверхню нагрівання визначаємо з рівняння:
.
Запас поверхні теплопередачі складе: .
.4
Характеристика основного технологічного устаткування
Таблиця 3.14 - Характеристика основного технологічного
устаткування
Буквено-цифрове позначення апарата (пристрою)
|
Найменування устаткування (пристрою)
|
Призначення й коротка характеристика
|
Матеріал
|
Кількість
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
АТ5
|
Холодильник системи вловлювання
|
Горизонтальний кожухотрубний теплообмінник.
Призначений для охолодження рідини, що зрошує, системи вловлювання. L = 3,0
м, D = 0,8 м, F = 110 м2; трубки: d = 25х2 мм, l = 2,5 м, до-в 471
шт.; Ризб тр = 0,5 МПа, Ризб м/тр = 0,5 МПа.
Середовище: трубний простір - оборотна вода, міжтрубне - рідина, що зрошує
|
Нержавіюча сталь
|
1
|
Е
|
Збірник системи вловлювання
|
Вертикальна циліндрична ємність із плоскими кришкою
й днищем. Служить видатковою ємністю для рідини, що подається на зрошення
скрубера системи вловлювання; H = 2,2 м, D = 1,8 м, V = 3 м3; Ризб
- під налив. Середовище: зрошувана рідина
|
Нержавіюча сталь
|
1
|
Н5
|
Насос системи вловлювання
|
Призначений для подачі рідини, що зрошує, на скрубер
системи вловлювання. Тип 1,5ХГ - 6Х2Н - 2,8 - 2 Q = 8 м3/год, H =
0,34 МПа (35 м. в. ст.), електронасос у викоренення виконанні, N = 2,8 кВт, U
= 380 У, n = 48 з-1 (2900 про/хв)
|
Вуглеводиста сталь
|
1
|
ВД
|
Циклон-краплевідділювач
|
Призначений для видалення уносимих з газом крапель
формаліну. Являє собою вертикальний циліндричний апарат з конічними кришкою й
днищем. H = 3,455 м, D = 1,12 м
|
Нержавіюча сталь
|
1
|
АР
|
Скрубер системи вловлювання
|
Призначений для вловлювання метанолу й формальдегіду
з газів, що відходять. Зварений вертикальний циліндричний апарат. По висоті
має 10 ковпачкових тарілок, на кожній з який по 83 ковпачка. H = 6,0 м, D =
1,8 м
|
Нержавіюча сталь
|
1
|
Н2 - 4
|
Насос формаліну
|
Призначений для циркуляції формаліну на поглинальній
колоні його відкачки на склад готової продукції. Електронасос відцентровий
герметичний горизонтальний з вбудованим трифазним асинхронним
короткозамкненим електродвигуном у викоренення виконанні. Температура
перекачування рідини, до плюс 100 °С. Середовище: формалін Тип 2ХГ - 5ДО -
4,5 - 2 (ЦНГ - 68), Q = 20 м3/год, H = 0,43 МПа (44 м. в. ст.), N
= 4,5 кВт, U = 380 У, n = 48 з-1 (2900 про/хв)
|
Нержавіюча сталь
|
3
|
|
АТ2 - 4
|
Холодильник формаліну
|
Горизонтальний двухходовий кожухотрубний
теплообмінник. Призначений для охолодження формаліну нижнього, середнього й
верхнього контурів поглинальної колони. L = 3,8 м, D = 1,0 м, F = 169 м2;трубки:
d = 25х2 мм, l = 3,0 м, до-в 776 шт.;Ризб тр = 0,6 МПа, Ризб
м/тр = 0,6 МПа.Середовище: трубний простір - оборотна вода, міжтрубне -
формалін
|
Нержавіюча сталь
|
3
|
|
КЛ
|
Поглинальна колона
|
Вертикальний суцільнозварний циліндричний апарат. По
висоті має 37 тарілок з консольними ковпачками й три «глухих». L = 16,85 м, D
= 1,812 м; Ризб = 0,06 МПа. Середовище: формалін
|
Нержавіюча сталь
|
1
|
|
Н1
|
Насос циркуляційного конденсату
|
Призначений для циркуляції конденсату по системі:
подконтактний холодильник - теплообмінник спиртовипарювача. Тип 6ДО - 12В, Q
= 162 м3/год, H = 0,19 МПа (20 м. в. ст.), електродвигун
нормального виконання N = 4,5 кВт, U = 380 У, n = 24 з-1 (1450
про/хв)
|
Вуглеводиста сталь, чавун
|
1
|
АТ5
|
Теплообмінник циркуляційного конденсату
|
Циліндричний вертикальний кожухотрубний
теплообмінник, призначений для охолодження циркуляційного конденсату. L = 2,7
м, D = 0,8 м, F = 65 м2; трубки: d = 25х2,5 мм, l = 2,0 м, до-в
173 шт.; Ризб тр = 0,4 МПа, Ризб м/тр = 0,3 МПа.
Середовище: трубний простір - оборотна вода, межтрубне - циркуляційний
конденсат
|
Вуглеводиста сталь
|
1
|
РТ
|
Контактний апарат з подконтактним холодильником
|
Вертикальний циліндричний апарат з конусоподібним
ковпаком. На верхню трубну дошку подконтактного холодильника, що служить
днищем контактного апарата, укладаються перфоровані мідні ґрати із двома
нержавіючими або мідними сітками, на який засипається шар каталізатора
висотою 76 мм. Н = 0,4 м, D = 1,4 м. Подконтактний холодильник -
кожухотрубний теплообмінник, призначений для охолодження контактного газу. Н
= 2,5 м, D = 1,4 м, F = 460 м2; трубки: d = 25х2,5 мм, l = 2,5 м,
до-в 2800 шт.; Ризб тр = 0,06 МПа, Ризб м/тр = 0,3 МПа.
Середовище: трубний простір - формальдегідний газ, міжтрубне - циркуляційний
конденсат
|
Кожух - вуглеводиста сталь, трубні дошки й трубки -
|
1
|
ОП
|
Вогнеприпинув
|
Призначений для запобігання поширення полум'я з
контактного апарата в спиртовипарювач при аварійних ситуаціях. Вертикальний
циліндричний апарат, постачений двома мідними ґратами, між якими укладається
мідний дріт. Н = 0,62 м, D = 0,55 м; Ризб = 0,06 МПа, Середовище:
метанольно-водно-воздушна суміш
|
Нержавіюча сталь
|
1
|
АТ1
|
Перегрівник
|
Вертикальний кожухотрубний теплообмінник.
Призначений для перегрівання метанольно-водно-воздушної суміші. Н = 2,5 м, D
= 0,9 м, F = 100 м2; трубки: d = 30х2,5 мм, l = 1,8 м, до-в 471
шт.; Ризб тр = 0,06 МПа, Ризб м/тр = 0,4 МПа.
Середовище: трубний простір - метанольно-водно-воздушна суміш, межтрубне -
пара
|
Нержавіюча сталь
|
1
|
СП
|
Спиртовипарювач
|
Вертикальний циліндричний апарат з теплообмінником,
краплеотбійником і барботером. Призначений для підігріву й змішування
водно-метанольної суміші з повітрям. Н = 5,12 м, D = 2,2 м, F = 225 м2;
трубки: d = 21х2,0 мм, l = 1,0 м, до-в 3400 шт.; Ризб тр = 0,06
МПа, Ризб м/тр = 0,3 МПа; барботер:D = 1,388 м, dотв =
10 мм.
|
Корпус - Ст. 3, футерований нержавіючою сталлю.
нержавіюча сталь
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.5
Розміщення технологічного обладнання
Між промисловою зоною і житловим масивом передбачається
санітарно-захисна зона, розміри якої вибираються відповідно до «Санітарних норм
проектування промислових підприємств».
Основою для компоновки установки служать: технологічна схема,
специфікація технологічного устаткування і технологічного завдання на розробку
всіх суміжних частин проекту.
На відкритих майданчиках апаратура встановлюється або на
етажерках залізобетонних або металевих або самостійно на індивідуальних або
групових фундаментах. Апарати малого діаметру і великої висоти встановлюються
на етажерках. При цьому [12]:
1. все важке і громіздке устаткування при можливості
встановлюється на відмітці землі з таким розрахунком, щоб не обважнювати
конструкцію етажерок, на яких встановлюється устаткування;
. опорні пристрої застосовуються типові із збірного
залізобетону;
. максимально використовується здатність стінок
великомасштабних апаратів - пристрій майданчиків для обслуговування кришок,
люків, штуцерів для завантаження і вивантаження насадки, арматури, приладів і
т.п., закріплених на самих апаратах.
Таке розташування апаратів безпосередньо і на інших спорудах
або над технологічним устаткуванням значно скорочує площу забудови. При цьому
скорочується протяжність забудови.
4.КОНТРОЛЬ ТА КЕРУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМ ПРОЦЕСОМ
У хімічній промисловості комплексної механізації й
автоматизації приділяється велика увага. Це пояснюється складністю й високою
швидкістю протікання технологічних процесів, а так само чутливістю їх до
порушення режиму, шкідливістю умов роботи, вибухо- і пожежонебезпекою переданих
речовин й т.д.
Обмежені можливості людського організму (стомлюваність,
недостатня швидкість реакції на зміну навколишнього оточення на велику
кількість одночасно надходячої інформації, суб'єктивність в оціненні
сформованої ситуації й т.д.) є перешкодою для подальшої інтенсифікації
виробництва. Наступає новий етап машинного виробництва автоматизація, коли
людина звільняється від особистої участі у виробництві, а функції керування
технологічними процесами, механізмами, машинами передаються автоматичним
пристроєм.
Автоматизація приводить до поліпшення основних показників
ефективності виробництва: збільшенню кількості, поліпшенню якості й зниженню
собівартості виробляємої продукції, підвищенню продуктивності праці.
Впровадження автоматичних пристроїв забезпечує високу якість продукції,
скорочення браку й відходів, зменшення витрат сировини й енергії, зменшення
чисельності основних робіт, зниження капітальних витрат на будівництво будинків
(виробництво організується під відкритим небом), подовження строків
міжремонтного пробігу встаткування.
Впровадження спеціальних автоматичних пристроїв сприяє
безаварійній роботі встаткування, виключає випадки травматизму, попереджає
забруднення атмосферного повітря й водоймищ промисловими відходами.
Комплексна автоматизація процесів (апаратів) хімічної
технології припускає не тільки автоматичне забезпечення нормального ходу цих
процесів з використанням різних автоматичних пристроїв (контролю, регулювання,
сигналізації й ін.), але й автоматичне керування пуском й зупиненням апаратів
для ремонтних робіт й у критичних ситуаціях [16].
4.1 Контроль основних технологічних параметрів процесу
Для забезпечення стабільної роботи стадії окислювального
дегідрування у виробництві формальдегіду на щит КІПіА в ЦПК необхідно виводити
наступну вимірювальну інформацію[19]:
1. витрата на вході у спиртовипарювач: метанолу (FIR-1),
конденсату (FIR-2), повітря (FIR- 3);
. тиск повітря на вході у спиртовипарювач (PIR -4);
. рівень рідинної фази у спиртовипарювачі (LIR -5);
. температура: парової фази спиртовипарювача (TIRA-6),
циркуляційного конденсату на вході у спиртовипарювача (TIRA-8), циркуляційного
конденсату на вході у підконтактний холодильник (TIRA-9), спиртоповітряної
суміші на виході із перегрівача (TIRA-10), спиртоповітряної суміші на вході у
перегрівач (TIRA-11), у зоні реакції контактного апарату (TIRA-13),
формальдегідного газу на виході із підконтактного холодильника (TIRA-14),
циркуляційного конденсату на виході із спиртовипарювача (TIRA-15);
. тиск парової фази у спиртовипарювачі (PIR-7), парогазової
суміші у контактному апараті (PIR-12).
Для виміру витрати використається метод змінного перепаду
тиску. У трубопровід установлюється звужений пристрій (діафрагма камерна). При
протіканні потоку через діафрагму на неї утвориться перепад тиску, що
виміряється дифманометром «Сапфір-22ДД». Далі сигнал надходить на обробку в
мікропроцесор (МП) і крім цього вимірювальна інформація дублюється вторинним
приладом А 542.
Розглянемо принцип роботи МП на прикладі одноконтурної
цифрової АСР температури газу після теплообмінника АТ1 ( поз.10-а -10-г).
Сигнал, що формується за допомогою первинного вимірювального
перетворювача температури (термометр опору ТСП-6097 поз. 10-а) за допомогою
перетворювача ПТ-ТП-61 (поз. 10-б) перетвориться в безпосередній електричний
сигнал 4-20мА й надходить на вхідну гальванічну розв'язку МП РГ1.
Сигнал дублюється вторинним приладом А 565 (поз. 10-в), розташованому на щиті в
ЦПУ.
Тому що мікропроцесор обробляє інформацію тільки в цифровій
формі, то сигнал після РГ1 надходить на аналого-цифровий
перетворювач (АЦП) і далі вже в цифровій формі обробляється мікропроцесором по
заданому алгоритмі в блоці АЛГО.
Результат обробки направляється в цифро-аналоговий
перетворювач (ЦАП), де він перетвориться на відповідний аналоговий електричний
сигнал, що є керуючим. Далі через вихідну гальванічну розв'язку РГ2
він надходить на пульт оператора (ПО) у блок - пристрій контролю, а у випадку
регулювання в блок ручного керування (РУ), а з нього на
електропневмоперетворювач ЭПП-63 (поз. 10-б). Останній видає нормований
пневматичний сигнал, що надходить на регулювальний клапан (поз. 10-г).
Для виміру тиску використається датчик тиску «Сапфір -22ДІ»,
що видає уніфікований струмовий сигнал, що надходить на обробку в
мікропроцесор. Сигнал дублюється вторинним перетворювачем А 542. Перепад тиску
фіксується за допомогою дифманометра «Сапфір-22ДД».
Для виміру рівня використається буйковий рівнемір
«Сапфір-22ДУ». В основу роботи приладу покладений принцип Архімеда. В апарат
встановлюється чутливий елемент - буй. При зміні рівня в апарату змінюється
сила, що виштовхує, діюча на буй, а отже міняється вага буя. Зміна ваги буя
прямо пропорційна зміні рівня в апараті. Чутлива схема приладу перетворить
зміну ваги буя в уніфікований струмовий сигнал, що відправляється на обробку в
мікропроцесор. Вторинним перетворювачем служить А 542 [16].
Крім вище зазначених термометрів опору ТСП-6097 (межа виміру
до 250) використаються ТСМ-5071 (межа виміру до 150) і термопари ТХА-0515 (межа
виміру до 400). Термопара працює в комплекті з перетворювачем, що нормує, Ш-78.
В основу роботи термопар покладений термоелектричний ефект. Якщо два
різнорідних провідники перебувають в одній крапці, що опускають в апарат, то на
вільних кінцях термопари утвориться різниця потенціалів, що прямо пропорційна
вимірюваній температурі. Тому що виробництво формальдегіду є
пожежо-вибухонебезпечним, то необхідно використати ЭПП-63, а виконавчі
механізми повинні бути пневматичними [16].
4.2 Регулювання технологічних параметрів
Щоб забезпечувати оптимальні умови процесу окислювального
дегідрування формальдегіду необхідно регулювати наступні технологічні параметри
[19].
Тиск повітря на вході у спиртовипарювач (PIR -4) регулюється
за допомогою одноконтурної цифрової АСР(поз.4а-4г), регулювальний клапан
PCV-2-4 розташований на лінії подачі повітря у спиртовипарювач СП.
Рівень спиртоповітряної суміші у спиртовипарювачі СП реагує
за допомогою одноконтурної цифрової АСР (поз.5а-5г), регулювальний клапан
LCV-30-4 розташований на лінії подачі метанолу у спиртовипарювач.
Тиск у спиртовипарювачі (PIR -7) регулюється за допомогою
одноконтурної цифрової АСР(поз.7а-7г), регулювальний клапан PCV-2-4
розташований на лінії виходу слабого розчину метанолу із спиртовипарювача СП.
Витрата конденсату на вході у спиртовипарювач регулюється за
допомогою одноконтурної цифрової АСР(поз.2а-2г), регулювальний клапан НО
розташований на лінії входу конденсату у спиртовипарювач.
Тиск у конатктному апараті (PIR -12) регулюється за допомогою
одноконтурної цифрової АСР(поз.12а-12г), регулювальний клапан PCV-2-4
розташований на лінії виходу формальдегідного газу із конатктного апарата.
4.3 Сигналізація й блокування
Для запобігання аварійних ситуацій на виробництві формаліну
необхідно сигналізувати наступні технологічні параметри:
1. температуру у спиртовипарювачі;
2. температуру циркуляційного конденсату на вході у
спиртовипарювач;
. температуру парогазової суміші, яка надходить у
контактний апарат;
. температуру спиртоводо повітряної суміші у
контактному апараті;
. температуру циркуляційного конденсату на вході у
контактний апарат.
Блокування передбачене при відхиленнях від заданих температур
у контактному апараті та спиртовипарювачі.
Таблиця 4.1 Відомість приладів [19]
Поз. позначення
|
Технологічний параметр
|
Найменування, тип приладів
|
Технологічні характеристики
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
1-а
|
Витрата метанолу на установку
|
Діафрагма камерна ДКН-150
|
Клас точності 1,0
|
|
2-а
|
Витрата конденсату у спиртовипарювач
|
Діафрагма камерна ДКН-150
|
Клас точності 1,0
|
|
3-а
|
Витрата повітря успиртовипарювач
|
Діафрагма камерна ДКН-150
|
Клас точності 1,0
|
|
1-б, 2-б, 3-б
|
|
Дифманометр «Сапфір-22ДД»
|
Вихіднийсигнал 4-20 мА, клас точності 0,5
|
|
1-в, 2-в, 3-в
|
|
Вторинний прилад А-542
|
Клас точності 0,25
|
|
2-г, 3-г
|
|
Електропневмоперетворювач ЭПП-63
|
Вихіднийсигнал 0,2-1 кгс/см2
|
|
2-г, 3-г
|
|
Регулювальний клапан
|
Тип НО
|
|
7-а
|
Тиск у спиртовипарювачі
|
Датчик тиску«Сапфір-22ДИ»
|
Клас точності 0,5
|
|
7-б
|
|
Вторинний прилад А-542
|
Клас точності 0,25
|
|
7-в
|
|
Електропневмоперетворювач ЭПП-63
|
Вихідний сигнал 0,2-1 кгс/см2
|
|
7-г
|
|
Регулювальний клапан
|
Тип НО
|
4-а
|
Тиску повітря на вході у спирто-випарювач
|
Датчик тиску «Сапфір-22ДИ»
|
Клас точності 0,5
|
12-а
|
перепад тиску в реакторі РТ
|
Дифманометр «Сапфір-22ДД»
|
Шкала 0-25 кПа Клас точності 0,5
|
4-б,12-б
|
|
Вторинний прилад -542
|
Клас точності 0,25 Шкала 0-25 кПа
|
7-в, 12-в
|
|
Електропневмоперетворювач ЭПП-63
|
Вихідний сигнал 0,2-1 кгс/см2
|
7-г, 12-г
|
|
Регулювальний клапан
|
Тип НО
|
6-а
|
Температура у спиртовипарюва-чі
|
Термопара ТХА-0515
|
Шкала(50+400)°С, Клас точності 2,5
|
8-а
|
Температура конденсату після теплообмінника АТ6
|
Термометр опору мідний ТСМ-5071
|
Шкала (0-150)°С Клас точності 3
|
9-а
|
Температура конденсату на взоді у теплообмінник АТ6
|
Термометр опору мідний ТСМ-5071
|
Шкала (0-150)°С Клас точності 3
|
10-а
|
Термометр опору мідний ТСМ-5071
|
Шкала (0-150)°С, Клас точності 3
|
|
13-а
|
Температура парогазової суміші контакт-ному апараті
|
Термопара ТХА-0515
|
Шкала(50+400)°С, Клас точності 2,5
|
|
15-а
|
Температура ци-ркуляційного конденсату на вході у
підкон-тактний холодильник
|
Термометр опору мідний ТСМ-5071
|
Шкала (0-150)°С, Клас точності 3
|
|
8-а,9-а, 10-а, 15-а,
|
|
Перетворювач ПТ-ТП-61
|
Вихідний сигнал 4-20 мА
|
|
13-а, 6-а
|
|
перетворювач, що нормує Ш-78
|
Вихідний сигнал 4-20 мА Клас точності 0,5
|
|
8-б, 9-б,10-б, 6-б,13-б, 15-б
|
|
Вторинний прилад А-542
|
Клас точності 0,25 Шкала (0-400)°С,
|
|
8-г, 9-г,10-г, 6-г,13-г, 15-г
|
|
Електропневмоперетворювач ЭПП-63
|
Вихідний сигнал 0,2-1 кгс/см2 Клас
точності 1
|
|
8-г, 9-г,10-г, 15-г
|
|
Регулювальний клапан
|
Тип НО
|
|
6-г,13-г
|
|
Електроконтактне реле блокування
|
Інерційність не більше 0,5 с
|
|
18-5
|
|
Відсікувач ЭВ-1
|
Тип АЛЕ
|
|
5-а
|
Рівень у спирто-випарювачі
|
Датчик рівня «Сапфір-22ДУ»
|
Шкала (0 - 100)% Клас точності 0,5
|
|
5-б
|
|
Вторинний прилад А-542
|
Клас точності 0,25 Шкала (0 - 100)%
|
|
5-в
|
|
Електроконтактне реле блокування
|
Інерційність не більше 0,5 з
|
|
5-г
|
|
Відсікувач ЭВ-1
|
Тип НО
|
|
5-г
|
|
ЕлектропневмоперетворювачЭПП-63
|
Вихідний сигнал 0,2-1 кгс/см2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.
ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ, ПРОМСАНІТАРІЯ Й ПРОТИПОЖЕЖНИЙ ЗАХИСТ
Охорона праці - це система правових, соціально-економічних,
організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних і лікувально-профілактичних
заходів і засобів, направлених на збереження здоров'я і працездатності людини в
процесі праці.
Головним об'єктом її дослідження є людина в процесі праці,
виробниче середовище і організація праці на виробництві.
На підставі цих досліджень розроблені методи збільшення рівня
охорони праці на виробництві.
Хімічне виробництво окислювального дегідрування формальдегіду
має цілий ряд відмінних особливостей, які вимагають підвищеної уваги. У процесі
цієї галузі застосовують і одержують сировину, напівпродукти, цільові і побічні
продукти, які є токсичними і небезпечними у пожежному відношенні. Більшість з
них - вибухові речовини [14].
5.1
Основні фізико-хімічні властивості, токсичність, пожежо- та
вибухонебезпезпечність речовин, що застосовано та добуто на виробництві
Як сировину на виробництві застосовують метанол. Разом із тим
у побічних реакціях протікання процессу утворюються речовини, які являються
токсичними, вибухо- і пожежонебезпечними, тому їх характеристики приведені в
таблицях 5.1.1, 5.1.2, 5.1.3.
Таблиця 5.1.1 Основні фізико-хімічні
властивості речовин [11]
Назва сполуки
|
Емпірична формула
|
Структурна формула
|
Агрегатний стан за н.у.
|
Температура плавління 8С
|
Температура кипіння8С
|
Примітка
|
Раціонал номенклат
|
Систематичноменклат
|
|
|
|
|
|
|
Метанол
|
Метиловий спирт
|
СН3ОН
|
Рідина-97.864.9
|
|
|
|
|
Формальдегід
|
Метаналь
|
СН2О
|
Газ-99
|
|
|
|
|
Кисень
|
Кисень
|
О2
|
|
Газ
|
-218.4
|
-183
|
|
Діоксид вуглецю
|
Двоокис вуглецю
|
СО2
|
O=C=O
|
Газ
|
-
|
-
|
|
Оцтова кислота
|
Етанова кислота
|
СН3СООН
|
Рідина16,6118
|
|
|
|
|
Оксид вуглецю
|
Окис вуглецю
|
CO
|
C=O
|
Газ
|
-205
|
-191.5
|
|
Водень
|
Водень
|
H2
|
H-H
|
Газ
|
-259.2
|
-252.8
|
|
Метан
|
Метан
|
СН4
|
Газ-182.49-218.4
|
|
|
|
|
Таблиця 5.1.2 Характеристики
токсичності [20]
Сполука
|
Клас шкідливості
|
Характер дії на організм людини
|
Гранично допустима концентрація
|
Засоби індивідуального захисту
|
|
|
|
У повітрі, мг/м3
|
У воді, мг/л
|
|
|
|
|
Робочої зони
|
Населеного пункту
|
ГДК
|
|
|
|
|
|
Максимально- разова
|
Середньо-добова
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
Метанол
|
3
|
Отруйна рідина з різко-виразною кумулятив-ною дією.
Смертельна доза - 30 мл., важке отруєння - 5-10 мл.
|
5,0
|
1
|
0,5
|
30
|
Протигази марки «М», шлангові протигази
|
Формальдегід
|
2
|
Безкольровий газ з різким запахом, який викликає
задуху.Діє на центральну нервову систему, подразнює слизові оболонки очей та
дихальних шляхів. Викликає кашель, бронхіт, інколи із кровяною рвотою,
запалення легенів. Дія на шкіру проявляється у почервонінні і появі висипу по
всьоьму тілу.
|
0,5
|
|
|
|
Протигази марки «М», шлангові протигази
|
Метан
|
4
|
У великих концентраціях проводить наркотичну дію.
При високій концентрації може викликати задушення через нестачу кисню
|
300
|
-
|
-
|
-
|
Фільтруючий протигаз, Шлангові протигази ПШ-1, ПШ-2
|
Діоксид вуглецю
|
4
|
Володіє наркотичною і задушливою дією. При великих
концентраціях спостерігається головний біль, шум у вухах, прискорене
серцебиття, збільшення кров'яного тиску, запаморочення, непритомність.
|
30000
|
|
|
|
Ізолюючі, шлангові протигази ПШ1 або ПШ2
|
Оксид вуглецю
|
4
|
Надає отруйливу дію. Перешкоджає з'єднанню кисню з
гемоглобіном крові
|
20
|
3
|
10
|
-
|
Фільтруючий протигаз марки «М». Шлангові протигази
ПШ-1, ПШ-2
|
Водень
|
-
|
Токсичної дії на організм не надає, але при високих
концентраціях викликає задуху в слідстві витіснення кисню
|
|
|
|
|
Фільтруючий протигаз марки «М». Шлангові протигази
ПШ-1, ПШ-2
|
Кисень
|
-
|
Вдихання повітря з великим змістом кисню може
викликати порушення діяльності легенів, серця і центральної нервової системи.
Пониження концентрації кисню в повітрі до 16% приводить до порушення
нормальної діяльності організму людини. При зменшенні кисню до 10% і нижче
наступають судоми з можливим смертельним результатом.
|
|
|
|
|
Шлангові протигази ПШ1, ПШ-2
|
Оцтова кислота
|
3
|
Подразнююча рідина, пари якої викликають подразнення
слизових оболонок верхніх дихальних шляхів. Довготривала дія парів викликає
захворювання носової порожнини та кон’юктівіт. Дія на шкіру викликає
утворення струп’їв, які характерні для хімічних ожогів, утворюються язви.
|
5
|
|
|
|
Фільтруючі протигази марки «В» або «БКФ»
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 5.1.3 Показники вибухо- і
пожежонебезпечності [11]
Сполука
|
Температура самозаймання 8С
|
Межі розповсюдження полум'я концентраційні
|
|
|
г/м3
|
% об.
|
|
|
нижній
|
верхній
|
нижній
|
верхній
|
Метанол
|
410
|
46,5
|
512
|
6,98
|
35,5
|
Метан
|
537
|
95
|
500
|
5,28
|
14,1
|
Формальдегід
|
430
|
-
|
-
|
7
|
73
|
Оксид вуглецю
|
651
|
-
|
-
|
12,5
|
80
|
Оцтова кислота
|
454
|
-
|
-
|
3,3
|
22
|
Водень
|
510
|
3,4
|
66,4
|
4
|
7,5
|
.2
Небезпечні і шкідливі виробничі фактори на виробництві
Основними шкідливими факторами на виробництві формаліну є:
- наявність силового устаткування
напругою 6000 В, 500 В, 380 В;
- загазованість окисом вуглецю (СО), парами спирту метилового
(СН3ОН), формальдегідом (СН2О);
наявність каталізаторного пилу (в організм людини шкідливі
речовини можуть проникати через шкірний покрив і дихальні шляхи);
шум (ГДР 80 ДБА);
вібрація (ГДР 92 ДБА);
підвищений вміст кисню (більше 23% об.) або зменшений вміст
кисню (менше 20% про.) в робочій зоні виробничих приміщень [20].
Основними небезпеками для персоналу в цеху є:
отруєння шкідливими хімічними речовинами, які можуть
потрапити усередину організму людини через легені, шлунково-кишковий тракт і
шкіру (метанол, формальдегід);
можливість утворення вибухонебезпечних концентрацій пар метанолу,
формальдегіду;
хімічні опіки тіла й очей можуть бути при влученні формаліну,
метанолу;
термічні опіки при зіткненні до гарячих трубопроводів пари,
гарячої води;
обмороження при влученні вуглекислоти на тіло;
поразка електричним струмом при порушенні інструкцій з
обслуговування електроустаткування й зіткнення з оголеними проводами;
небезпека влучення під залізничний і автотранспорт як на
території цеху, так і на території підприємства;
механічні травмування: порізи, переломикісток, ушиби можуть
виникнути при порушенні правил охорони праці, обслуговуванні механізмів,
станків, та інших приладів, що рухаються;
можливість утворення статичної єлектрики при русі сировини та
продукції по трубопроводам та апаратам;
- отримання травмувань при попаданні у траншеї, колодязі,
приямки;
5.3
Класифікація і категорійнїсть виробництва і його приміщень
Таблиця 5.3.1 Класифікація і категорійність проектованого або
досліджуваного виробництва і його приміщень
№ п/п
|
Найменування відділення, установки
|
Категорія вибухопожарної небезпеки по НАПБ
Б.07.005-86
|
Класифікація приміщень і зовнішніх установок по ПУЭ
(ДНАОП 0.00-1.32-01)
|
Категорія й група вибухонебезпечної суміші за ДСТ
12.1.011-78*
|
Група виробничого процесу (СНиП 2.09.04-87)
|
1.
|
Спиртовипар відділення
|
А
|
В-Iа (2)
|
IIA-T2
|
3б
|
2.
|
Контактне відділення
|
А
|
В-Iа (2)
|
IIA-T2
|
3б
|
3.
|
Склад формаліну
|
Б
|
В-Iа (2)
|
IIВ-T2
|
1а
|
4.
|
Вакуум-насосне відділення
|
Д
|
В-Iа (2)
|
IIВ-T2
|
1а
|
5.
|
Виробництво формаліну (відкрита площадка)
|
А
|
В-Iа (2)
|
IIС-T2
|
3б
|
6.
|
Склад метанолу, насосна
|
А
|
В-Iа (2)
|
IIA-T2
|
3б
|
7.
|
Відділення нагнітачів
|
А
|
В-Iа (2)
|
IIС-T2
|
3б
|
8.
|
Газгольдер
|
А
|
В-Iа (2)
|
IIС-T2
|
3б
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Клас за санітарною характеристикою - II.
Ширина санітарної зони - 500м.
5.4
Заходи запобігання шкідливих і небезпечних виробничих факторів
.4.1
Вентиляція і опалювання
Оскільки установка окислювального дегідрування формаліну
знаходиться на відкритому майданчику, то розрахунок вентиляції проводимо для
приміщення ЦПК. У приміщенні передбачена припливна вентиляція. Об'єм приміщення
830 м3, кратність повітрообміну приймаємо 7 ч-1 .
Кількість повітря, яку необхідно подати в приміщення ЦПК, визначаємо за
формулою [14]:
,
(5.1)
де K - кратність повітрообміну, ч-1 , К=7ч-1
V - об'єм приміщення ЦПК, м3 , V=830 м3
Приймаємо для установки тип вентилятора В-Ц4-70
Продуктивність, м3/ч
|
Номер вентилятора
|
Напір, мм. вод. ст.
|
Частота обертання, об/мин
|
Електродвигун
|
|
|
|
|
Тип
|
Потужність, кВт
|
Частота обертання, об/мин
|
7500
|
6,3
|
50
|
1000
|
4A100S6
|
2.20
|
|
У приміщенні ЦПК передбачена система, повітряного опалювання,
суміщена з приточною вентиляцією. Як опалювальні прилади використовують
калорифери. Витрату теплоти на вентиляцію в зимовий час можна визначити за
формулою [14]:
(5.2)
де W - об'єм приточного повітря, м3/чв - об'ємна
теплоємність повітря, дорівнює 1,257 кДж/м3.град;вп - температура
нагрітого (t=228C) повітря, що подається у приміщення ,8C;н - температура зовнішнього
повітря 8C. Приймається, що в осінньо-зимовий період середня
температура зовнішнього повітря дорівнює мінус 78C.
Площа поверхні опалювальних приладів визначається за формулою
[14]:
(5.3)
де Экм - еквівалентний квадратний метр - площа поверхні
нагріву приладу, що віддає 506 Вт теплоти при різниці середньої температури
теплоносія і температури повітря в приміщенні рівної 64,58C. 1Экм=0,82м2
Тип калорифера КП312-СК-01. Площа поверхні калорифера -
125,27 м2
.4.2 Аварійна вентиляція
Для аварійної вентиляції слід використовувати [20]:
1. основні і резервні системи загальнообмінної вентиляції і
системи місцевих відсмоктувань, що забезпечує витрату повітря необхідного для
аварійної вентиляції;
2. тільки системи аварійної вентиляції, якщо
використання основних резервних систем неможливе і недоцільне.
Приймальні отвори для виділення загальнообмінної вентиляції з
нижньої зони слід розташовувати на рівні 0,3 м від підлоги до низу отвору.
Витрата повітря крізь місцеві отвори, розташовані в межах
робочої зони під час вступу газів і пари з питомою вагою більш питомої ваги
повітря в ній, слід враховувати як виділення з цієї зони.
Для відшкодування витрати повітря, що виділяється аварійною
вентиляцією, спеціальних припливних сумішей передбачати не слід.
Аварійну вентиляцію в приміщеннях категорії А, Б слід
проектувати з механічною спонукою. Якщо температура, категорія і група
вибухонебезпечних сумішей горючих газів, пари і аерозолів з повітрям не
відповідні даним технічних умов на вибухозахищені вентилятори, то системи
аварійної вентиляції слід передбачати ежекторами для будівель будь-якої
поверховості або припливну вентиляцію зі штучною спонукою для витиснення газів
і пари крізь аераційні ліхтарі, шахти або дефлектори - для одноповерхових
будівель, в які при аварії поступають горючі гази або пари щільність яких менше
щільності повітря. [20] .
5.5 Заходи боротьби із пилом
Джерелом пилу у виробництві формальдегіду є каталізатор.
Основним напрямом в комплексі заходів щодо боротьби з пилом
на виробництві є попередження її утворення і виключення викидів в атмосферу
газів, що відходять, пари, для цього передбачено:
- герметизація апаратів;
- заміна порошків пігулками.
Оскільки пиловиделенню повністю запобігти неможливо,
передбачена витяжна вентиляція.
Індивідуальними засобами захисту від пилу каталізатора є
протизапорошений респіратор типу «Пелюстка» (або інші, дозволені до
застосування на підприємствах хімічної промисловості), захисні окуляри,
рукавички, спецодяг [19].
.5.1 Освітлення приміщень
У ЦПК є природне і штучне освітлення. Передбачається робоче і
аварійне освітлення приміщення ЦПК. Природне освітлення, здійснюється крізь
світлові отвори в стінах будівель (бічне світло) і розраховується виходячи зі
співвідношення площі світлових отворів до площі підлоги (світловий коефіцієнт).
Площа віконних отворів [24]:
(5.4)
де Sп - площа підлоги, м2
(1/5 ¸ 1/6) - світловий коефіцієнт.
Площа одного вікна 1,5х2,5 м, тоді кількість віконних отворів - 8.
Кількість світильників, необхідна для освітлення приміщення
визначається методом світлового потоку за формулою [14]:
(5.5)
де E - мінімально допустима освітленість робочих поверхонь,
лк;
К - коефіцієнт запасу, приймаємо для люмінесцентних ламп, у
приміщеннях з малим виділенням забруднень дорівнює К=1,5[14];
Z - поправочний коефіцієнт, що залежить від конструкції
світильника, тип світильника люмінесцентний Z=1,0[14];
U - коефіцієнт використання освітлювальної установки, що
залежить від конструкції світильника, коефіцієнта відображення стелі та стін,
приймемо для люмінесцентних ламп , U=1,0[14].
Норми мінімальної освітленості на робочих поверхнях у
виробничих приміщеннях [14]:
Характеристика роботи - точна
Розмір об'єкту відмінності - 0,6 мм
Розряд роботи - III
Підрозряд - б
Контраст об'єкту відмінності
з фоном робочої поверхні - малий
Фон робочої поверхні - світлий
Мінімальна норма освітленості
при люмінесцентних лампах
одне загальне освітлення - 300 лк. [14]
Значення світлового потоку люмінесцентних ламп залежно від
потужності лами, напруги в мережі і розмірів трубки [14]:
Потужність лампи - 40 Вт
Напруга - 220 В
Діаметр трубки - 38-39,5 мм
Довжина трубки - 1198 мм
Світловий потік лампи БС - 1720 лм
Групуємо світильники по 3 лампи.
Потужність електроосвітлювальної установки з урахуванням місцевого
освітлення визначається по формулі [14]:
(5.6)
де n - розрахункова кількість ламп для даного приміщення;
W - потужність однієї лампи, Вт
(0,10,2)*¸n*W - додаткова потужність для ламп
місцевого освітлення, Вт
Встановлювані стельові світильники з люмінесцентними лампами
кріпляться по стінах і в лінію по балці під стелею.
Малюнок 5.1 Схема для загального освітлення приміщення
.5.2 Заходи щодо боротьби із шумом та вібрацією
Для усунення або зменшення вібрації машин і устаткування і
вироблюваного ними шуму передбачені наступні методи [20]:
- Установка проектованих вентиляторів на
вібропідвалинах;
- З'єднання вентиляторів з повітреводами за допомогою
гнучких вставок;
Обмеження швидкості повітря у повітреводі;
- Для зниження аеродинамічного опору створюваного
вентилятором передбачена установка трубчастих глушників на повітреводі у межах
венткамери.
Засобами індивідуального захисту від шуму є: заглушки
(антифони), протигаласливі (шумозахістні) навушники і шоломи. Для захисту від
вібрації передбачені віброізолююче взуття і рукавиці [19].
5.5.3 Заходи захисту від статичної електрики
Джерела, які можуть мати місце в лабораторіях і виробництвах
, а саме:
1. Наведення статичної електрики на екранах і корпусах
відеомоніторів персональних комп'ютерах;
2. Поява електростатичних зарядів на платах і приладах
мікроелектронної техніки в процесі їхнього взаємного переміщення при монтажі
схем, ремонті й настроювання апаратур;
. Виникнення електричного потенціалу на незаземленому
устаткуванні за рахунок електричної індукції при сильних грозових розрядах і
недостатнього грозозахисту.
До заходів захисту від статичної електрики відносять:
- запобігання накопиченню зарядів на
металевому устаткуванні (досягається заземленням всіх металевих частин, на яких
можуть з'являтися заряди);
- ослаблення генерування зарядів на твердих тілах і в
рідинах (за рахунок збільшення їх поверхневої провідності шляхом підвищення
відносної вологості повітря, хімічної обробки поверхні, зменшення швидкості
переміщення заряджаючих матеріалів і т.д.);
усунення вибухонебезпечної суміші горючих речовин з
повітрям в місцях освіти і накопичення зарядів (за допомогою вентиляції або
використання інертних газів);
запобігання накопиченню зарядів на твердих і рідких
діелектриках (шляхом збільшення їх електропровідності за допомогою
антистатичних присадок і т.п.);
нейтралізація зарядів на поверхні твердих і рідких
діелектриків в процесах їх виникнення або накопичення (шляхом іонізації
навколишнього повітря або шляхом виконання поверхонь зіткнення матеріалів
зрізними діелектричними проникностями) [20].
Для відведення статичної електрики,
що накопичується на людині, передбачають:
- облаштування електропровідної підлоги або
заземлених зон, помостів і робочих майданчиків, заземлення ручок дверей,
поручнів драбин або рукояток приладів, машин і апаратів;
- забезпечення працюючих струмопровідним взуттям;
заборона носіння одягу з синтетичних матеріалів і
шовку, а також кілець і металевих браслетів та ін.[20]
.5.4 Заходи електробезпеки
До таких заходів відносяться: забезпечення недоступності
струмоведучих частин, що знаходяться під напругою; електричне розділення
мережі; усунення небезпеки поразки при появі напруги на корпусах, кожухах і
інших частинах електроустаткування, що досягається застосуванням малих напруг,
використанням подвійної ізоляції, вирівнюванням потенціалу, захисним
заземленням, зануленням, захисним відключенням; застосування спеціальних
електрозахисних засобів - переносних приладів і пристроїв; організація
безпечної експлуатації електроустановок і т.д.
Для усунення переходу напруги на корпус і неструмоведучі
частини електричного і технологічного обладнання при замиканні на них одної з
фаз застосовують захисне заземлення або занулення.
Розрахунок заземлюючого контура здійснюють за умови, що
загальний опір заземлюючого контура Rззп повинен бути менше 4 Ом [14]
Опір заземлювача визначається за формулою [14]:
(5.7)
де r - питомий опір грунту, Ом (для піску r=600 Ом);
l - довжина
заземлювача для стержнів, м (l=4,5м); - діаметр заземлювача для стержнів, м
(d=0,02м)- відстань від середини забитого в грунт заземлювача до рівня
землі, м (t=2,75м);
Опір шваби, яка з’єднує заземлювачі, визначається за формулою [14]:
(5.8)
де, r - питомий опір грунту, Ом (для піску r=600 Ом);
L - довжина шваби, що з’єднує заземлювачі, для контурного
заземлення приблизно рівна периметру допоміжного блоку, в якому розташована
електроустановка ЦПК, м (L=160м); -ширина шваби, м (b=0,03м)’ - глибина
заземлення від рівня землі, м (t’=0,5м);
Кількість заземлювачів захисного заземлюючого пристрою визначається за
формулою [14]:
(5.9)
де 4 - допустимий загальний опір, Ом;
- коефіцієнт сезонності;
Загальний опір захисного заземлюючого пристрою визначається за формулою
[14]:
(5.10)
де Rз - опір заземлювача, яким застосовуються смуги, Омш -
опір шваби, що з’єднує заземлювачі, Ом- кількість заземлювачів
зз - коефіцієнт екранування заземлювача, приймаємо
0,66
зш - коефіцієнт екранування з’єднуючої шваби,
приймаємо 0,4
Оскільки розраховане значення Rззп < 4 Ом, цей захисний заземлюючий пристрій
забезпечує ефективний захист від поразки електричним струмом.[10]
.5.5 Пожежобезпека
Процес окисного дегідрування метанолу проводиться під надлишковим
тиском і температурі вище температури самозапалювання метанолу й формальдегіду,
тому при виході цих продуктів з контактного апарата й зіткненні з повітрям може
відбутися їхнє загоряння.
Вибухонебезпечність процесу окисного дегідрування метанолу
забезпечується подачею спирто-повітряної суміші в контактний апарат зі змістом
метанолу в ній вище верхньої межі вибухівності. Це зміст, у свою чергу,
підтримується при дотриманні наступних норм:
· рівня спирто-водної суміші у
спиртовипарювачі;
· температури в рідкій фазі
спиртовипарювача;
· температуру циркуляційного
конденсату;
· витрати повітря у спиртовипарювачі;
· змісту метанолу в
спиртоводній суміші;
· змісту метанолу в рідкій фазі
спиртовипарювача;
· безперебійної роботи насосів
циркуляційного конденсату.
Збільшення змісту кисню в газах після контактного апарата
вище норм робить їх вибухонебезпечними при подальшій переробці, аж до котельні
цеху ПіОК.
Пари метанолу в суміші з повітрям за наявності іскри
вибухають. Кращим засобом гасіння метанолу і його фракцій є вода. Метанол можна
гасити так само вогнегасником, піском, азбестовим полотном, інертними газами.
Для гасіння електромоторів і струмоведучих систем користуватися тільки
вуглекислотними вогнегасниками і сухим азбестовим полотном.
При виникненні пожежі необхідно діяти згідно плану
локалізації аварій в цеху.
У зимовий час пожежні гідранти і під'їзди до них необхідно
очищати від снігу, а кришки гідрантів від льоду. Гідранти повинні бути
утеплені.
Забороняється зберігати матеріальні цінності на рамках
складів, у вентиляційних камерах.
При роботі насоса не допускається витік рідини крізь сальник.
У разі пропуску сальника, насос необхідно зупинити, скинути тиск до
атмосферного, підтягти або замінити набивання сальникового ущільнення.
Не допускається проводити підтяжку набивання сальників і
фланцевих з'єднань у працюючих насосах під тиском, а так само без зняття
напруги з електродвигуна насоса.
Насосне відділення повинне постійно міститися в чистоті.
Лотки приймання, фундаменти необхідно постійно очищати від продукту, що
розлився, і масла. Застосування легкозаймистих рідин (ЛЗР) для миття підлог і
устаткування забороняється.
Слюсарні матеріали дозволяється зберігати (у розмірі добової
потреби) в спеціальному посуді із кришкою, що щільно закривається.
Апаратник повинен знати розташування трубопроводів, засувок і
їх призначення, а також вміти чітко і швидко перекривати засувки при аваріях і
пожежах.
Не допускається застосування заглушок для відключення
трубопроводу, що зупиняється на тривалий термін, від іншого трубопроводу того,
що знаходиться під тиском. У таких випадках необхідно передбачати знімаєму
ділянку трубопроводу і на кінцях діючих трубопроводів встановлювати заглушки.
Слід постійно контролювати справність теплоізоляції на
гарячих трубопроводах. Не можна допускати експлуатацію гарячих трубопроводів із
пошкодженою теплоізоляцією.
Розтин люків, кришок апаратів, злив і наливання продуктів
крізь відкриті люки, а так само проведення інших операцій сприяючих утворенню
концентрацій вибухонебезпечних газів в період проведення вогняних робіт на
даному робочому місці забороняється. [19]
Використання засобів пожежогасіння не по прямому призначенню
забороняється. Для організації ефективного захисту виробництва формаліну слід
використовувати вогнеприпинувачі.
Вогнеприпинувачами називають захисні пристрої, які вільно
пропускають паро-, пило- або газоповітряну суміш, але не пропускають
полум'я. Вони встановлюються на дихальних лініях резервуарів,
мірників і
апаратів з ЛЗР і горючими газами. Вогнеприпинувачі є
корпусами з металевою насадкою у вигляді гофрованих пластин, пакету металевих
сіток, фольгових касет, гравію, мінеральної вати або кілець Рашига.
Принцип дії вогнеприпинувачів полягає в тому, що горюча
суміш, яка проходить крізь них, розбивається у насадці на тонкі струмені. При
окисленні горючої суміші в каналах малого діаметру можливість тепловтрат
перевищує тепловиділення і горіння припиняється. Діаметр гасильного каналу
насадки вогнеприпинувача приймають, виходячи з практичного досвіду або
визначають розрахунком. Критичний (гасильний або тушильний) діаметр отвору
полум’ягасильної сітки або струменю газу в вогнеперетворювачі визначається по
формулі [14]:
(5.11)
де л - теплопровідність горючої суміші, Дж /(м*с*град.); сс
- температура самоспалахування пари або пилу °С; n - початкова
температура суміші °С;
щ - швидкість горіння суміші, м/с; н -кількість
тепла, що виділяється при згоранні 1м3 суміші, Дж/м3;
Ср - теплоємкість продуктів горіння, Дж/(м3*град.);
r - температура горіння °С.
Для підвищення надійності гасіння полум'я діаметр отвору
приймається на 20-25% менше обчисленого критичного діаметру. На особливо
відповідальних ділянках газопроводів, газоходів, пилопроводів в поєднанні з
вогнеприпинувачами встановлюють розривні мембрани. Рекомендується також
застосовувати автоматичні системи відсікання полум'я механічної або гідравлічної
дії (перекриття заслінками газопроводу, подача води для охолоджування) [14].
6. ЕКОЛОГІзація хімічного
виробництва
6.1 Фізико-географічна та кліматична характеристика
майданчика
Територія Сєвєродонецького ЗАТ «Азот» належить до східної
степової зони України. Площа м. Сєвєродонецька складає 2770 га.
В регіоні знаходяться високоякісне вугілля, вапняк, крейда,
глина та інші природні будівельні матеріали.
Грунти - чорнозем, що привозиться з інших місць. Такий грунт
має високу вологу, високий вміст гумінових кислот, невелику родючість.
Забруднення грунтів відбувається через атмосферне повітря, очисні споруди ЗАТ
«Азот» та інших підприємств. Промисловопобутові звалища також наносять
шкідливий вплив.
До поверхневих водоймищ відносять річки: Сєвєрській Донець і
Борова, куди скидують шкідливі відходи підприємства та комунальне господарство
міста. Тому весь час слідкують за вмістом води.
Підземні води також забруднені шляхом фільтрації з
відстійників і очисних споруд, змиву пестицидів і мінеральних добрив.
Рослинність міста також пошкоджена через низький рівень
грунтових вод та високий вміст диоксида сірки.
Середньорічна швидкість вітру 3-4 м/с. Зафіксована
максимальна швидкість вітру - 28 м/с.
Середньорічна кількість опадів 490-500 мм (максимальна кількість
- 550 мм). Відносна вологість повітря складає 71-73 %.
6.2 Характеристика навколишнього природного середовища і
оцінка впливу на нього
6.2.1 Характеристика джерел утворення відходів, їх склад і
властивості
У виробництві фрмальдегіду утворюються газоподібні відходи,
стічні води, рідкі та тверді відходи.Перелік і кількість відходів вказані в
таблиці 6.1
Таблиця 6.1 - Вдходи виробництва формальдегіду [19].
Найменування відходів
|
Кіл-сть
|
Засіб утилізації
|
1. Параформ, кг
|
0,049
|
Вивозиться в хімнакопичувач
|
2. Стічні води СН2О не більше 100 мг/л
|
0,086
|
|
3. Газовий конденсат, кг
|
19
|
Термічне знешкодження
|
У т.ч. (СН3ОН + СН2О)
|
5,7
|
|
інше Н2О
|
|
|
4. Газоподібні відходи, м3
|
580 ч 300
|
Термічне знешкодження в цеху ПіОК
|
Склад % об’єм.: З 0,2 ? 3 З2 2 ч 7 Н2
12 ч 26 О2 0,1 ч 1,0 СН3ВІН до 4,22 СН2О
до 0,05 СН2О до 0,05 Н2О 2 ч 5 N2 50
ч 70
|
|
|
6.3 Методи і засоби контролю за станом повітряного басейну і
дотримання нормативів ГДВ
Контроль за якістю навколишнього природного середовища забезпечує
сприятливе екологічне оточення для всієї біосфери.
Нормування гранично допустимих концентрацій (ГДК) є складовою
частиною основ забезпечення санітарно-епідеміологічного благополуччя населення.
Нормативи ГДК речовин дають екологічну і соціально-гігієнічну оцінку стану
навколишнього природного середовища, але не вказують на джерело шкідливої дії і
не регулюють його поведінку. Цю функцію виконують нормативи гранично допустимих
викидів (ГДВ) шкідливих речовин.
Нормативи ГДВ забруднюючих речовин у атмосферне повітря
встановлюються за джерелами викидів для кожного проектованого і діючого
об'єкту, що є стаціонарним джерелом забруднення повітряного басейну.
ГДВ - маса речовини, що викидається в атмосферу в одиницю
часу. ГДВ встановлюють з умови, що викиди шкідливих речовин від даного джерела
в сукупності з іншими джерелами не створюють приземну концентрацію, що
перевищує ГДК за межами санітарно-захисної зони об'єкту [19].
6.3.1 Розрахунок ГДВ
Величина ГДВ для викиду СН3ОН з одиночного джерела
з круглим горлом у разі, коли фонова концентрація даної домішки встановлена
незалежно від швидкості і напрямку вітру, і є постійною на території міста,
розраховується за формулою [18]:
, (6.1)
де ГДК - гранично допустима концентрація забруднюючої
речовини в атмосферному повітрі населених місць, ГДК(СН3ОН) =
0,085 мг/м3;
Сф - фонова концентрація домішки, яка встановлена незалежно від
швидкості і напрямку вітру і є постійною на території міста, приймаємо Сф
(СН3ОН) = 0,017 мг/м3;
А - коефіцієнт, що залежить від температури стратифікації атмосфери, на
території України А = 160;
F - безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання забруднюючих
речовин у атмосфері, для газоподібних речовин F = 1;
Н - висота джерела викиду, Н = 150 м;
∆Т - різниця між температурою газу і температурою повітря;
∆Т = 458 - 293=165 К;
m, n - безрозмірні коефіцієнти, що враховують умови виходу
газоповітряної суміші з гирла джерела викиду;
-
коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу на розсіювання домішок, ;
V1 - об'єм газоповітряної суміші, визначається
по формулі:
,
(6.2)
де D - діаметр гирла джерела викиду, D = 2,4 м;
-
середня швидкість виходу суміші з джерела:
,
(6.3)
де - об'ємна витрата викиду, м3/с;
-
площа перетину гирла джерела викиду, м2:
м2
м/с
м3/с
(6.4)
(6.5)
(6.6)
Оскільки Vm > 2, то n = 1;
мг/м3
Максимальна приземна концентрація забруднюючої речовини визначається по
формулі:
(6.7)
мг/м3
Необхідно виконувати умову: Сm < ГДК
Оскільки 0,068 мг/м3 < 0,085 мг/м3,
то умова виконується.
6.4 Методи боротьби проти забруднення навколишнього
середовища
Можна виділити наступні основні напрямки в здійсненні
екологічно чистих технологічних процесів, у тому числі нафтохімічних і
хімічних.
) комплексне використання і глибока переробка
сировини. Виробництво повинне бути як можна менш ресурсномістким
(ресурсозберігаючі технології), здійснюватися з мінімумом витрат сировини і
реагентів на одиницю продукції. Напівфабрикати, що утворються, повинні
передаватися як сировину іншим виробництвам і цілком перероблятися.
) оптимальне використання енергії і палива.
Виробництво повинне здійснюватися при мінімальних витратах енергії і палива на
одиницю продукції (енергозберігаючі технології) і, отже, теплові забруднення
навколишнього середовища також мінімальні. Енергозбереженню сприяють:
укрупнення і енерготехнологічне комбінування процесів; перехід на безперервні
технології; удосконалювання процесів поділу; застосування активних і
селективних каталізаторів, що дозволяють проводити процеси при знижених
температурах і тисках; раціональна організація й оптимізація теплових схем
рекуперації енергетичного потенціалу потоків, що відходять; зниження
гідравлічного опору в системах і втрат тепла в навколишнє середовище і т.п.
Нафтопереробні і нафтохімічні підприємства є великими споживачами палива й
енергії. У їхньому енергетичному балансі на долю прямого палива приходиться -
43-45%, теплової енергії - 40-42% і електричної - 13-15%. Корисне використання
енергетичних ресурсів не перевищує 40-42% , що приводить до перевитрати палива
й утворенню теплових викидів у навколишнє середовище;
) створення принципове нових маловідхідних
технологічних процесів. Цього можна домогтися удосконалюванням каталізаторів,
техніки і технології виробництв. Маловідхідні процеси більш ефективні, чим
процеси з дорогими очисними спорудженнями. Економічніше одержувати невелику
кількість сильно концентрованих відходів, які можна переробляти або ліквідувати
за спеціальною технологією, чим великий обсяг сильно розведених відходів, що
скидаються в біосферу.
) створення і впровадження замкнутих систем
водокористування, що включають (або зводять до мінімуму) споживання свіжої води
і скидання стічних вод у водойми;
) забезпечення високої експлуатаційної надійності,
герметичності і довговічності функціонування устаткування і всіх систем
виробництв. Зведення до мінімуму або виключення імовірності аварій, вибухів,
пожеж і викидів отруйних речовин у навколишнє середовище. Розробка
автоматизованих систем забезпечення екологічної безпеки виробництв і
комплексів;
)забезпечення високої якості цільових продуктів,
використовуваних у народному господарстві. Екологічно чистими повинні бути не
тільки самі технологічні процеси, але і товарні продукти, що випускаються в
них.
Заходи,
що забезпечують охорону водних ресурсів і повітряного басейну
· Складські ємності для зберігання
формаліну й метанолу герметичні. Вони оснащені засобами автоматичного контролю
рівня й примусової сигналізації по максимальному рівні, що виключають перелив.
· Сховища формаліну й метанолу
розміщені в піддонах з отбортовкой, які облицьовані кислототривкою плиткою.
· У випадку протоки метанолу через
розгерметизацію сховища, останній відкачується заглибним насосом у збірник з
наступною відкачкою на базисний склад ректифікації метанолу.
· У випадку протоки формаліну через
розгерметизацію сховища, останній відкачується в порожнє сховище.
· Для зменшення забруднень повітряного
середовища парами метанолу й формальдегіду при «подиху» сховищ і при затоці ЖДЦ
і автоцистерн, що витісняються з них пари перед викидом проходять очищення в
промивній колоні.
· Відкриті площадки з технологічним
устаткуванням розміщені в піддонах з відбортовкою, які облицьовані
кислототривкою плиткою.
· Для зменшення забруднень повітряного
середовища шкідливими речовинами гази, що відходять, виробництва формаліну
направляються на спалювання в котельню цеху ПіОК.
· Стічні води, що утворяться у
виробництві формаліну, збираються в збірник промгрязних стічних вод, звідки
насосом після усереднення відкачуються в цех НОПС на нейтралізацію.
· Рівні в збірниках і дренажних
ємностях формаліну, метанолу й промгрязних стоків контролюються рівнемірами зі
світловою й звуковою сигналізацією по верхній межі [19].
7. ЦИВІЛЬНА ОБОРОНА
Цивільна оборона (ЦО) - складова частина системи
загальнодержавних суспільних заходів, які здійснюються в мирний і військовий
час з метою захисту населення і народного господарства від зброї масового
ураження, для проведення рятувальних робіт в районах поразки або стихійного
лиха.
березня 1993 р. набув чинності закон про цивільну оборону
України, згідно з яким кожен має право на захист свого життя і здоров‘я від
надзвичайних ситуацій і може вимагати дотримання цього права від міністерств,
відомств, підприємств, установ, організацій.
Систему ЦО складають органи
виконавчої влади всіх рівнів, органи щоденного управління процесами захисту
населення у складі центральних і місцевих органів виконавчої влади і
адміністрації підприємств, системи для виконання завдань ЦО, фонди фінансових,
матеріальних і технічних резервів, які передбачені на випадок надзвичайної
ситуації (НС), системи зв'язку, сповіщення і інформаційного забезпечення [13].
7.1 Організаційна структура ЦО
промислового об'єкту
Організаційна структура ЦО визначається характером
використовуваної сировини, технологічним процесом, виглядом, чисельністю
населення. Організаційна структура ЦО приведена на малюнку 7.1.
Малюнок 7.1 Організаційна структура ЦО промислового об'єкту.
7.2 Основні
техногенні небезпеки на виробництві
Основними небезпечними чинниками на виробництві
окислювального дегідрування формальдегіду є [19]:
· Отруєння формальдегідом. Формальдегід
є отруйною речовиною, ГДК 0,5 мг/м3.; впливає на центральну нервову
систему, подразнює слизові оболонки очей та дихальних шляхів. Дія формальдегіда
на шкіру виявляється у почервонінні і виникненні дерматиту.
· Вибухи, пожежі при порушенні норм
технологічного режиму на стадії синтезу формальдегіду. Енергетичний потенціал
взривонебезпеки загальний 1,18х105 кДж; відносний 2,968; приведена
маса 2,569кг.;
У виробництві окислювального дегідрування формальдегіду
використовується наступне устаткування: спиртовипарювач, теплообмінники,
контактний апарат, абсорбер, холодильники.
7.3 Розрахунки
основних небезпек виробництва
7.3.1 Прогнозування
масштабів зони можливого зараження СДОР під час аварій (руйнувань) на хімічно
небезпечних об‘єктах
Формальдегід зберігається на складі, об’єм якого складає:
100м3, висота обвалування ємності - 0,5 м.
Метеоумови: температура повітря 20С°, швидкість вітру 1 м/с,
інверсія.
.3.1.1 Прогнозування глибин зон
забруднення СДОР
Кількісні характеристики викиду
знаходяться за їх еквівалентними значеннями.
Розрахунок еквівалентної кількості
речовини за первинною хмарою проводиться за формулою:
,
(7.1)
де, К1 - коефіцієнт, залежний від умов зберігання СДОР
;
К3 - коефіцієнт, рівний відношенню порогової токсодози хлору до
порогової токсодози даної СДОР ;
К5 - коефіцієнт, що враховує вертикальну стійкість повітря, в умовах
інверсії ;
К7 - коефіцієнт, що враховує вплив температури повітря, .
Q0 - кількість розлитого
при аварії СДОР, т.0 можна розрахувати наступним чином:
,
(7.2)
де, d - питома вага формальдегіду,
т/м3;- об’єм посудини, м3.
0,815*100=81,5
т.
Знаходимо еквівалентну кількість аміаку і глибину зони
зараження по первинній хмарі [15]:
0,19*1*1*1*81,5=15,5
т.
км
Знаходимо еквівалентну кількість формальдегіду і глибину зони
забруднення по вторинній хмарі [15]:
(7.3)
де К2 - коефіцієнт, залежний від фізико-хімічних
властивостей СДОР, ;
К4 - коефіцієнт, що враховує швидкість вітру, ;
К6 - коефіцієнт, що залежить від часу N, котрий минув від
початку аварії,
Знаходимо тривалість вражаючого дії формальдегіду [15]:
,
(7.4)
де, h - товщина шару формальдегіду
Н - висота піддону,
м- питома вага формальдегіду
Оскільки розрахована
величина Т>4 годин, то для розрахунків приймаємо .
Повна глибина зони зараження r (км), яка обумовлена дією
первинної і вторинної хмари СДОР обчислюється таким чином [15]:
,
(7.5)
де r’ - більше, а r” - менше з двох величин
Гранично можливе значення глибини перенесення повітряних мас [15]:
,
(7.6)
Оцінюєм кількість населення, що потрапляє в зону забруднення:
М=Sж*p,
де Sж - площа заселення, км2; Sж=
8,72*10-3*20*180 =31,39 км2густота населення , 500осіб/
км2
М= 31,39*5000=156960 осіб
Порівнюючи r з rгр, остаточно визначаємо глибину зони
можливого зараження:, отже місто потрапляє в зону забруднення, тривалість
вражаючої дії СДОР - 7,19 години. Всі житлові квартали міста потрапляють в
забруднену зону, отже, за умови відсутності засобів захисту, як мінімум 157
тисяч чоловік буде уражене СДОР, об’єкт відноситься до 1ступені хімічної
небезпеки.[ 15]
7.3.2 Оцінка
стійкості об‘єкту до вражаючих факторів вибуху
При окислювальному дегідруванні формальдегіду основною
небезпекою є можливість вибуху спиртовипарювача, в якому знаходиться 8 тонн
спиртоводоповітряної суміші (до складу якої входять CН3OН, кисень
повітря та вода ) під тиском 0,06 МПа і температурі 78° С. Відстань від
спиртовипарювача до адміністративного корпусу 300 м.
При вибуху утворюється три кругові зони:
1. Зона детонаційної хвилі
2. Зона дії продуктів вибуху
. Зона повітряної ударної хвилі
Зона детонаційної хвилі в межах хмари вибуху [15]:
,
(7.7)
де R1 - радіус зони детонаційної хвилі, м-
кількість конвертованого газу, т
В межах детонаційної зони діє
надмірний тиск, що може вважатися постійним ДС=60 кПа.
Зона дії продуктів вибуху охоплює всю
площу розльоту продуктів газо-повітряної суміші в результаті її детонації,
радіус цієї зони [15]:
(7.8)
Надмірний тиск в межах зони дії продуктів вибуху змінюється
від 1650 кПа до 300 кПа і може бути обчислен за формулою [15]:
,
(7.9)
де R1 - радіус зони детонаційної хвилі, м-
відстань від центру вибуху до розглянутої крапки на місцевості, м
Оскільки R1 і R2, менше відстані від
ємності до цеху, то припускаємо, що цех потрапляє в зону повітряної ударної
хвилі рівної 300 м.
,
(7.10)
де R1 - радіус зони детонаційної хвилі, м3
- радіус зони повітряної ударної хвилі, м
Надмірний тиск зони повітряної ударної хвилі розраховується за
формулою:
(7.11)
При тиску, у зоні повітряної ударної хвилі, рівному 15,66 кПа
відбувається слабке руйнування будівлі: руйнуються віконні та дверні
заповнення, легкі перегородки, частково дах, можливі тріщини у стінах верхніх
поверхів. Будівля може експлуаттуватися після поточного ремонту.
Ступінь вогнестійкості будівель і споруд залежить від споруд,
матеріалів будівель і від вогню. Величина теплового потоку від вогненної кулі
характеризується його радіусом . Для будівлі з другим ступенем вогнестійкості
час вогнестійкості складає близько 2 годин. Категорія пожежонебезпечності
будівлі - А. Ступінь забудови - не більше 30 %. Швидкість вітру - 142 м/с.
,
(7.12)
де R0 - радіус вогненної кулі, м, [15]
М - половина маси конвертованого газу, т
де, t - час існування вогнянної кулі, сек, [15]
М - половина маси конвертованого газу, т
Визначається величина потоку теплового випромінювання [15]:
,
(7.13)
де, E - потужність поверхневої емісії, E=270 кВт/м2коефіцієнт,
який враховує кут падіння, [15]
Т - провідність повітря, [15]
,
(7.14)
де R0 - радіус вогняної кулі, м
R - відстань від центру вибуху до розглянутої крапки на
місцевості, м
,
(7.15)
За формулою (7.13) знаходимо:
Визначається імпульс теплового потоку випромінювання [15]:
(7.16)
Оскільки допустима величина імпульсу теплового потоку для шкіри людини
складає 42 кДж/м2, визначений імпульс в межах норми.
Визначається радіус зони ураження
[15]:
(7.17)
Можна зробити висновок, що адміністративна будівля розташована на
достатній відстані від спиртовипарювача.
7.4 Засоби
та заходи щодо забезпечення підвищення стійкості об'єкту у надзвичайних
ситуаціях
Хімічне зараження є наслідком аварій на хімічно-небезпечному
об‘єкті (ХНО) і транспортних засобах, що перевозять СДОР (сильнодіючі отруйні
речовини).
Вирішальне значення при аваріях на ХНО має швидкість
виконання заходів щодо захисту населення.
При загрозі чи виникненні аварії негайно, відповідно до
діючих планів, здійснюється оповіщення працюючого персоналу і населення, що
проживає поблизу. Населенню даються вказівки про порядок поводження.
Про аварію керівник об‘єкта або черговий диспетчер доповідає
начальнику ЦО міста, області.
Обслуговуючий персонал відповідно до діючих на об’єкті
інструкцій вживає заходи захисту з ліквідації чи локалізації аварії. По міру
прибуття, до цих робіт беруться підрозділи рятувальних служб і спеціалізовані
невоєнізовані формування.
Головним і невід’ємним елементом всієї системи захисту
населення і територій від надзвичайних ситуацій є інформація та оповіщення.
Зміст інформації мають становити відомості про надзвичайні
ситуації, що прогнозуються або вже виникли, з визначенням їхньої класифікації,
меж поширення і наслідків, а також заходи реагування на них.
Система оповіщення та інформативного забезпечення створюється
завчасно в усіх ланках пунктів управління.
Основу системи оповіщення утворюють автоматизована система
централізованого оповіщення мережі зв‘язку та радіомовлення, а також спеціальні
засоби.
Автоматизована система оповіщення створюється завчасно на
базі загальнодержавної мережі зв‘язку та радіомовлення і поділяється на
державну та територіальну. Вона може забезпечити оповіщення населення,
поєднавши місцеву телефонну мережу для подачі сигналу «Аварія на хімічно
небезпечному об‘єкті» та повну інформацію за допомогою засобів радіомовлення й
телебачення. Повідомляються місце, час, масштаби аварії, інформація про можливе
хімічне зараження території, напрямок та швидкість можливого руху зараженого
повітря, райони, яким загрожує небезпека. Дається інформація про поведінку
населення. Залежно від обставин: залишатися на місці, у закритих житлових
приміщеннях, на робочих місцях чи залишати їх і, застосувавши засоби
індивідуального захисту, вирушити на місця збору для евакуації або в захисні споруди.
Надалі діяти відповідно до вказівок штабу органів управління цивільного захисту
[20].
Аварійна зупинка агрегату виробництва формальдегіду може
відбутися від чинників, в результаті яких припиняється подача початкового газу
в агрегат.
При аварійному стані агрегату, в результаті утворення
проривів на газових і метанольних комунікаціях, відключення електроенергії,
припинення подачі оборотної води, повітря КВПіА аварійна зупинка блоку
проводиться в наступному порядку [19]:
1. знизити витрату повітря у спиртовипарювач до 1000
нм3/ч;
2. Відкрити електрозасув на байпасі кантактного апарата;
. Зчинити електрозасув на вході у контактний апарат та
електрозасув на виході із нього;
. Закрити запорну арматуру на лінії подачі повітря у
спиртовипарювач;
5. Закрити запорну арматуру и припинити подачу води у
теплообмінник циркуляційного конденсату, подати у нього пару.
6. Закрити запорну арматуру и припинити подачу
метанолу і конденсату у спиртовипарювач .
На випадок пожежі на складах метанолу і формаліну змонтована
дренчерна установка. Для попередження можливих розливів, сховища обкладені
цеглиною стіною висотою в один метр. Для зменшення забруднення повітряного
середовища парами метанолу і формаліну при «диханні» сховищ і затоці цистерн,
гази з них перед викидами в атмосферу проходять очищення в поглинювальній
колоні. Сховища оснащені засобами автоматичного контролю рівня і сигналізацією
по максимальному рівню. [19]
7.5
Індивідуальні та колективні засоби захисту
Індивідуальні засоби захисту:
1. Як індивідуальні засоби захисту органів дихання і
зору від дії шкідливих газів, пари, рідин присутніх в повітрі застосовується
протигаз марки «М».
2. Для захисту від механічних травм голови
застосовуються захисні каски типу «Праця» з підшоломником.
. Для оберігання очей від пошкодження хімічними,
термічними, механічними діями використовуються захисні окуляри.
. Для захисту органів дихання від пилу
використовуються респіратори.
. Для захисту органів слуху від підвищеного рівня шуму
використовуються протигаласливі навушники або «Бервуші».
. Всі працівники забезпечуються спецодягом,
спецвзуттям і іншими засобами індивідуального захисту [20].
Засоби колективного захисту:
1. Теплоізоляції апаратів та трубопроводів.
2. Система опалення.
. Штучне освітлення.
. Захисне заземлення та занурення від поразки
електричним струменем.
5. Стаціонарні або пересувні майданчики для
обслуговування арматури, що знаходиться на висоті більше 1,3м від підлоги.
6. Загальнообмінні приточно-витяжні системи, вентиляції
виробничих приміщень.
. Аварійні системи вентиляції виробничих приміщєнь.
. Системи блискавкозахисту.
. Сховища.
8.
ЕКОНОМІКА, ОРГАНІЗАЦІЯ І ПЛАНУВАННЯ ВИРОБНИЦТВА
8.1 Вихідні дані
При проведенні техніко-єкономічних розрахунків, за базу
приймається діючий на ЗАТ «Об’єднання АЗОТ» цех виробництва формаліна, вихідні
дані на 2008 р. для якого наведено нижче:
Плановий річний об'єм випуску продукції - 43000 т/рік;
Годинна продуктивність устаткування - 2,56 т/год;
Фонд календарного часу - 8760 год;
Сумарна тривалість ремонтних простоїв протягом року - 360
годин;
Чисельність персоналу цеху складає 164 осіб,
у т.ч. основні робочі 137 осіб;
Вартість основних виробничих фондів цеху складає
17426448,5грн;
Відпускна ціна формаліну - 1250грн/т
Дані калькуляції діючого виробництва формальдегіду наведені у
таблиці 8.1
Найменування статті витрат
|
Одиниця вимірюва-ння
|
Витрата на одиницю
|
|
|
Кількість
|
ціна
|
сума
|
Напівфабрикати
|
|
|
|
|
Вода глибокообезсілена
|
м3
|
0,3600
|
10,58
|
3,81
|
Азотна кислота 20%
|
кг
|
0,0150
|
0,33
|
0,01
|
Надсмольна вода
|
Тн
|
0,0400
|
58,20
|
2,32
|
Оцтова кислота синтетична
|
кг
|
0,0006
|
2,14
|
|
Метанол-сирець очищений
|
кг
|
528,00
|
1,60
|
843,10
|
Разом напівфабрикати
|
|
|
|
849,24
|
Допоміжні матеріали
|
|
|
|
|
Пемза кускова
|
кг
|
0,0500
|
|
|
Срібло азотнокисле
|
гр
|
0,13400
|
1,29
|
0,17
|
Мішки поліпропіленові
|
шт
|
0,0040
|
1,43
|
0,01
|
Разом допоміжні матеріали
|
|
|
|
0,18
|
Разом з відрахуванням поворотніх відходів
|
|
|
|
849,42
|
Енерговитрати
|
|
|
|
|
Очистка пром-грязного стоку
|
м3
|
0,4000
|
2,77
|
1,11
|
Повітря техннологічне середн.
|
м3
|
0,5000
|
0,08
|
0,04
|
Пар технологічний
|
ГКал
|
0,1200
|
160,60
|
19,27
|
Електроенергія
|
Квтч
|
43,0000
|
0,43
|
18,53
|
Пріродний газ (паливо)
|
м3
|
3,0000
|
1,24
|
3,71
|
Холод
|
ГКал
|
0,0370
|
434,65
|
16,08
|
Азот чистий
|
м3
|
13,0000
|
0,25
|
3,2
|
Вода оборотна ВОЦ -4
|
м3
|
58,0000
|
0,25
|
14,52
|
Разом енерговитрати
|
|
|
|
76,56
|
Заробітна плата основна
|
|
|
|
9,35
|
Нарахування на зарплату
|
|
|
|
3,54
|
Загальновироб.витрати(ВУЕУ)
|
|
|
|
18,34
|
Ам. устаткування и ТС
|
|
|
|
2,86
|
Загальновироб. витрати (цех)
|
|
|
|
17,36
|
Ам.основних засобів ОХН
|
|
|
|
2,60
|
Виробнича собівартість
|
|
|
|
974,57
|
8.2
Проектовані організаційно-технічні заходи
У данному дипломному проекті пропонується використовувати
новий каталізатор окислювального дегідрування метанолу у формальдегід, який має
у своєму складі срібло та алюмосилікатний носій. Запропонований катлізатор має
наступні переваги:
на діючому виробництві витрата срібла 35%-го каталізатора -
0,134грам на 1тону формальдегіда;
у запропонованому 6% каталізаторі, витрата срібла знижена до
0,02297 грам на 1тону формальдегіда;
введення нового каталізатору дозволяє зменшити витрату
метанолу для отримання 1000кг фромальдегиду з 528 кг до 496 кг.
8.3 Проектна потужність і об’єм випуску продукції
Для безперервних хімічних процесів розрахунок річної
виробничої потужності визначається за формулою :
,
т/рік (8.1)
де Мр - величина річної виробничої потужності;- кількість
паралельно працюючих однойменних одиниць устаткування;г - годинна
продуктивність устаткування;
Теф - ефективний фонд робочого часу устаткування
[17].
,
год (8.2)
де Тк - фонд календарного часу: для безперервних виробництв
8760год;
Трем - планова сумарна тривалість ремонтних
простоїв в перебігу року;
Ттехн - тривалість технологічних простоїв, що
регламентується, за рік:
Теф=8760-360=8400 год
Річна виробнича потужність:
Мр =2*2,56*8400=43008 т/рік
Приймаємо річну виробничу потужність 43000 т/рік
Річний об’єм проектованого виробництва (Q1) приймаємо
на рівні розрахованоїрічної річної виробничої потужності (Мр):
Мр= Q1
(8.3)
При цьому відбувається зростання випуску продукції (∆Q)
в порівнянні з діючим вирбництвом (Q1).
Індекс потужності підприємства визначається за формулою:
Q=
43000/43000= 1
Визначаємо величину ∆Q:
∆Q = Q1 - Q0 , (8.4)
∆Q = 0
8.4
Розрахунок зміни собівартості продукції
.4.1
Розрахунок індексів зміни витрат
У даному розділі, з урахуванням упроваджуваних заходів,
розраховуються індекси зміни витрат і затрат в послідовності їх використання в
аналізі зниження собівартості по калькуляційних статтях.
Індекси зміни питомої витрати окремих видів
матеріально-сировинних і енергетичних ресурсів розраховуються як відношення
показників питомої витрати після впровадження заходу (q1) до їх
базових (q0) значень [17]:
(8.5)
де НР0, НР1-норми витрат окремих видів
матеріально-сировинних ресурсів енергетичних ресурсів на виробництво одиниці
продукції до і після впровадження заходів проекту.Аналогічно визначаються
індекси зміни цін на окремі види матеріально-сировинних і енергетичних ресурсів
[17]:
(8.6)
При зміні витрат по окремих елементах кошторису «Витрати на утримання
та експлуатацію устаткування » в результаті впровадження проектованих заходів
індекс зміни річних витрат по статті (ІВУЕУ) визначаються за
формулою [17] :
(8.7)
де СОБ0,СОБ1-вартість устаткування
підприемства до і після впровадження заходів проекту відповідно.
Оскільки впровадження проектованих заходів не приводить ні до зміни
чисельності основного виробничого персоналу (IN), ні до зміни його
середньої заробітної платні (Iз), та річних витрат по статті (ІВУЕУ),
а також не приводить до зміни річних загальновиробничих витрат (Iзаг),
відповідні індекси зміни рівні 1 (IN=Iз=Iзаг=
ІВУЕУ=1). Також впровадження проектованих заходів не
приводить до зміни питомих витрат і цін на всі види енергетичних ресурсі,
індекси зміни їх питомих витрат і цін рівні 1 (==1).
8.4.2
Аналіз зміни собівартості
Розрахунок проводиться по калькуляційних статтях з
урахуванням зміни їх окремих елементів:
По умовно - змінних статтях калькуляції «Напівфабрикати» та
«Допоміжні матеріали», залежно від проектованої зміни питомої витрати на окремі
види ресурсів розрахунок зниження повної собівартості продукції проводиться
відповідно до залежності [17]:
, (8.8)
де - зниження повної собівартості за рахунок зміни
питомої витрати i-го виду матеріально-сировинного або енергетичного ресурсу, %
-
питома вага статті витрат в повній собівартості продукції на діючому
виробництві;
-
питома вага витрат на i-й вид ресурсів в статті витрат.
Зниження повної собівартості у вартісному еквіваленті розраховується
відповідно до залежності [17]:
,
(8.9)
Де С0 - повна собівартість одиниці продукції на
діючому
виробництві, грн./т.
Оскільки індекси зміни чисельності основного виробничого персоналу,
середньої заробітної платні, загальновиробничих витрат рівні 1 (IN=Iз=Iзаг=1),
а також індекси зміни витрат і цін на всі види енергетичних ресурсів рівні
1 (==1), то зміна повної собівартості продукції, по
статтях калькуляції: «Зарплата основних робочих з відрахуваннями»,
«Загальновиробничі витрати», «Енерговитрати», дорівнюють нулю.
Результати розрахунків зводяться в таблицю 8.2.
Таблиця 8.2 - Зміна повної собівартості продукції
Статті витрат
|
Витрати в діючому виробництві
|
Зміна витрат
|
Витрати в проектованому виробництві грн./т
|
|
грн./т
|
пит.вага
|
%
|
грн./т
|
|
Основні матеріали та напівфабрикати
|
849,24
|
0,8714
|
-5,244
|
-51,10
|
798,14
|
у т.ч. метанол
|
843.10
|
0.8651
|
-5,244
|
-51,10
|
792
|
Допоміжні матеріали
|
0,18
|
0,00018
|
-0,0144
|
-0,140
|
0,04
|
у т.ч. срібло
|
0,17
|
0,00017
|
-0,0144
|
-0,140
|
0,03
|
Енерговитрати
|
76,56
|
0,07856
|
|
|
76,56
|
Заробітна плата основна
|
9,35
|
0,00959
|
|
|
9,35
|
Начислення на заробітну плату
|
3,54
|
0,00363
|
|
|
3,54
|
Загальновиробничі витрати(ВУЕУ)
|
18,34
|
0,01881
|
|
|
18,34
|
Загальновиробничі витрати(цех)
|
17,36
|
0,01781
|
|
|
17,36
|
Виробнича собівартість
|
974,57
|
1
|
-5,258
|
-51,24
|
923,13
|
У результаті впровадження проектованих заходів собівартість
формальдегіду зменшиться на 5,258% або на 51,44 грн/т
8.5
Розрахунок техніко-економічних показників
1. Річний об'єм виробництва метанолу-сирцю:
- у натуральному виразі:
у діючому виробництві Q0=43000т
у проектованому виробництві Q1=43000т
- у вартісному виразі:
у діючому виробництві Q0=1250*43000=53750 тис
грн
у проектованому виробництві Q1=1250*43000=53750
тис грн
2. Чисельність працюючих:
у діючому виробництві N0=164 особа
у проектованому виробництві N1=164 особа
у т.ч. основних робочих:
у діючому виробництві N0=137 осіб
у проектованому виробництві N1=137 осіб
3. Вартість основних виробничих фондів цеху складає:
у діючому виробництві Ф0=17426448,5 грн
у проектованому виробництві Ф1= 17426448,5
грн
4. Продуктивність праці працюючих, розраховується по
формулі [17]:
,
(8.9)
де - річний об'єм виробництва продукції, в натуральному
виразі.- чисельність працюючих осіб.
у діючому виробництві Пт0=43000/164=262 т/люд;
у проектованому виробництві Пт1=43000/164=262 т/люд.
5. Фондовіддача, розраховується по формулі [17]:
, (8.10)
де - річний об'єм виробництва продукції, у вартісному
виразі.
у діючому виробництві :0=(43000*1250)/17426448,5 =3,085
грн/грн;
у проектованому виробництві:1=(43000*1250)/17426448,5=3,085
грн/грн.
6. Собівартість виробництва продукції:
у діючому виробництві С0= 974,57грн/т;
у проектованому виробництві С1= 923,13грн/т.
7. Прибуток на одиницю виробленої продукції, що
розраховується по формулі [17]:
ПОД=Ц-С (8.11)
де Ц - ціна одиниці виробленої продукції, грн./т.
у діючому виробництві:
ПОД0=1250-974,57=275,43грн/т;
у проектованому виробництві: ПОД1=
1250-923,13=326,87грн/т.
8. Річний прибуток від виробленої продукції, що
розраховується по формулі [17]:
П=ПОД-Q (8.12)
де Q-річний обсяг виробленої продукції підприємства у
натуральному виразі, фіз.од.
у діючому виробництві:
П0=275,43*43000=11843490 грн;
у проектованому виробництві: П1=
326,87*43000=14055410 грн.
9. Рентабельність витрат виробництва продукції, що
розраховується по формулі [17]:
,
(8.13)
у діючому виробництві:
Р0=(275,43/974,57)*100=28,26%;
у проектованому виробництві:
Р1=(326,87/923,13)*100=35,41% .
10. Рентабельність основних виробничих фондів , що
розраховується по формулі [17]:
,
(8.14)
у діючому виробництві:РФ0=(11843490/17426448,5)*100= 67,96%;
у проектованому виробництві:
РФ1=(14055410/17426448,5)*100=80,66%.
11. Річний економічний ефект від:
- зниження собівартості [17]:
Ер(DС)= DС*Q1 (8.15)
Ер(DС)= (923,13-974,57)*43000= -2211920 грн
Зміна показників: [17]:
%
(8.16)
Розраховані техніко-економічні показники зведені в таблицю
8.3
Таблиця 8.3 - Техніко-економічні показники
Показники
|
Одиниці вимірюван
|
Діюче виробн
|
Проектов виробн
|
Зміна показн,%
|
Річний об'єм виробництва продукції
|
т
|
43000
|
43000
|
-
|
Чисельність робітників цеху
|
осіб
|
164
|
164
|
-
|
Продуктивність праці робітників цеху
|
262
|
262
|
-
|
Собівартість продукції
|
грн/т
|
974,57
|
923,13
|
-5,57
|
Прибуток на одиницю продукції
|
грн/т
|
275,43
|
326,87
|
15,74
|
Основні фонди
|
грн
|
17426448,5
|
17426448,5
|
-
|
Фондовіддача
|
грн/грн
|
3,085
|
3,085
|
-
|
Рентабільність витрат на виробництво
|
%
|
28,26
|
35,41
|
7,15
|
Річний економічний ефект від зниження собівартості:
|
тис грн
|
|
2211,92
|
|
У результаті впровадження нового каталізатора, річний
економічний ефект при обсязі виробництва 43000 т/рік становить 2211920 грн.
ВИСНОВКИ
У даному дипломному проекті проведений аналіз усіх існуючих
способів отримання формальдегіду, на підставі якого був вибраний найбільш
ефективний і економічний - отримання формальдегіду методом окислювального
дегідрування метанолу на срібляном каталізаторі при тиску не більше 0,06 МПа.
Описані теоретичні розрахунки даного методу, приведена характеристика сировини,
реагентів, цільового продукту.
Розрахункова частина представлена розрахунками матеріального
і теплового балансів, розрахунком витратних коефіцієнтів. На підставі цих
розрахунків проведений розрахунок основного технологічного устаткування
(контактного апарата) і допоміжного устаткування (теплообмінник контактного
апарата, спиртовипарювач), виконаний економічний розрахунок і розрахунки по
охороні праці і цивільній оборони.
Графічна частина представлена кресленням технологічної схеми
і кресленнями: «Контактний апарат», «Спиртовипарювач», «Вузли і деталі»,
«Компоновка устаткування», «Техніко-економічні показники».
У розділі «Охорона праці, навколишнього середовища,
протипожежний захист» перераховані вимоги і заходи щодо охорони праці і пожежної
безпеки, охорони навколишнього середовища. Виконані розрахунки електробезпеки і
освітлення приміщення. У розділі «Цивільна оборона», перераховані основні
техногенні небезпеки на виробництві, способи і заходи щодо забезпечення
підвищення стійкості об'єкту у надзвичайних ситуаціях, перераховані
індивідуальні і колективні засоби захисту. Виконаний розрахунок можливої
величини руйнувань при вибуху спиртовипарювача. У економічному розділі
виконаний розрахунок виробничої потужності виробництва, техніко-економічних
показників і річної економічної ефективності.
ЛІТЕРАТУРА
1. Лебедєв Н.Н. Хімія й технологія основного
органічного й нафтохімічного синтезу. - М.: видавництво «Хімія», 1975. - 736 с.
2. Уокер Дж. Формальдегід. - М.: Госхимиздат,
1957.
. Огородників С.К. Формальдегід. - Л.:
видавництво «Хімія», 1984. - 280 с.
. Патент Росийской Федерации. Катализатор
окислительного дегидрирования метанола в формальдегид. № 2102140, класси
патента: B01J29/068, B01J37/30, C07C47/052 Заявитель: Акционерное общество открытого
типа "Акрон".
. Короткий довідник фізико-хімічних величин /
Під ред. Мищенко К. П., Равдель А. А. - СП.: видавництво «Хімія», 1967. - 184
с.
. Гутник С.П., Сосонко В.Е., Гутман В.Д.
Розрахунки за технологією органічного синтезу: Навчальний посібник для
технікумів. - М.: Хімія, 1988. - 272 с.
. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носків А.А.
Приклади й завдання за курсом процесів і апаратів хімічної технології.-Л.:
видавництво «Хімія», 1987.- 576 с.
. Довідник нефтехимика / Під. ред. С.К.
Городників в 2-х т. Л.: Хімія, 1978, т. 2 - 592 с.
. Довідник азотчика/ Під. ред. Е.Я. Мельникова
в 2-х т. М.: Хімія, 1987, т. 1 - 464 с.
10. Методические указания к выполнению
дипломной работы для студентов спеціальностей 7.091601-«Химическая технология
органических веществ» и 7.091604-«Химическая технологиятоплива и углеродистых
материалов»/Сост.Понаморев В.Н.,Бродская И.И.,Шовкопляс Д.И . - Северодонецк:
СТИ, 2003. - 86 с.
11. Рябова Е.В. Пожарная опасность веществ и
материалов, применяемых в химической промышленности.
12. Долин П.А. Справочник по технике безопасности.
- М: Энергоатомиздат, 1984г.
13. Щоботов В.М. Цивільна оборона. Навчальний
посібник. - К.: Центр навчальної літератури, 2006. - 438 с.
14. Мякухина В.Т., Попенко Г.В., Єрешко В.П.
Методичні вказівки до виконання розділу з охорони праці в дипломних проектах
(роботах) для студентів V-VI курсів хімічного та механічного факультетів денної
та заочної форма навчання. - Сєвєродонецьк.: СТІ, 2002. - 41 с.
. Римар Т.Е., Методичні вказівки до виконання
розділу з цивільної оборони в дипломних проектах (роботах) для студентів всіх
спеціальностей денної і заочної форм навчання. - Сєвєродонецьк.: СТІ, 2005. -
27 с.
16. Целіщев О.Б., Лорія М.Г. Методичні вказівки до
виконання розділу «Контроль та керування хіміко-технологічними процесами» для
студентів-дипломників денної та заочної форм навчання хімічного факультета. -
Сєверодонецьк.: СТІ, 2004. - 22 с.
17. Методичні вказівки до виконання економічної
частини дипломних проектів (для студентів, які навчаються за спеціальностями
які навчаються за спеціальностями 7.091601 "Хімічна технологія органічних
речовин", 7.091604 "Хімічна технологія палива та вуглецевих
матеріалів", 7.091612 "Технологія переробки полімерів", 7.091602
"Химическая технология неорганических веществ") / Укл. О.В.Маслош,
Д.О. Попов - Сєвєродонецьк, 2007. - 40 с.
18. Методические указания к выполнению раздел
“Экологическая часть” в дипломных проектах для студентов 5,6 курсов всех
специальностей дневной и заочной формы обучения Быкова С.П.-Северодонецк:СТИ,
2001г.-10с.
19. Регламентная документация производства
формальдегида предприятия ЗАО «Азот», г. Северодонецк.
. Инструкция МРиФ-01по охране труда цеха метанола-ректификата и
формалина производства «Оргсинтез».- Северодонецк, 2009. - 78 с.