На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Рассчитать и спроектировать узел дегидрирования этилбензола производительностью 50000т стирола в год

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 16.08.2012. Сдан: 2011. Страниц: 13. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
ГОУ ВПО  «Российский химико-технологический  университет им. Д.И. Менделеева» 
 
 
 
 
 
 

Кафедра химии и технологии основного
органического и нефтехимического синтеза 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка к курсовому проекту на тему:
«Рассчитать и спроектировать узел дегидрирования этилбензола
производительностью 50000т стирола в год» 
 
 
 
 
 
 

Студент:         Сальников А.С. 

Группа:         О-07-1 

Руководитель:        Маклаков С.А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новомосковск, 2011г.
 


     СОДЕРЖАНИЕ
     ВВЕДЕНИЕ
    ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА ПРОИЗВОДСТА СТИРОЛА
    ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
    ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, ПОЛУПРОДУКТОВ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
      Характеристика сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов
      Характеристика готовой продукции
    ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
    НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА
    МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ СТАДИИ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ЭТИЛБЕНЗОЛА
    ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
 
 
 

     
     ВВЕДИНИЕ
     Стирол  – представляет собой бесцветную жидкость со специфическим запахом; tпл — 30,6 °С, tкип145,2 °С, плотность 0,906 г/см3 (20 °С); практически нерастворим в воде, смешивается с большинством органических растворителей. Стирол легко окисляется, присоединяет галогены, полимеризуется и сополимеризуется с различными мономерами. Полимеризация происходит уже при комнатной температуре (иногда со взрывом), поэтому при хранении С. стабилизируют антиоксидантами (например, треотбутилпирокатехином, гидрохиноном). Основной промышленный способ получения стирла — каталитическое дегидрирование этилбензола в токе водяного пара при 500 — 630 °С. Применяют С. главным образом для производства Полистирол а, а также различных сополимеров, в том числе бутадиен-стирольных каучуков, сополимеры стирола с дивинилбензолом служат ионообменными смолам. Пары стирола раздражают слизистые оболочки; предельно допустимая концентрация их в воздухе 0,005 мг/дм3.
 

     
     1. ОБОСНОВАНИЕ, ВЫБОР МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА  СТИРОЛА 

       По  процессу дегидрирования этилбензола  современному уровню отвечает схема двухступенчатого дегидрирования с проведением процесса под вакуумом и использованием эффективных катализаторов, способных работать с низким разбавлением сырья водяным паром. В мировой практике фирмами Зюд Хеми, Монсанто, Дау, Баджер и другими разработаны и используются катализаторы, работающие при относительно высоких температурах с  разбавлением этилбензольной шихты водяным паром в соотношении до 1:1,5 мас., при пониженном давлении (G-64i, G-84C, Шелл-105, Стиромакс).
       В России на некоторых производствах  стирола (в том числе на ЗАО «Сибур-Химпром», ОАО «Салаватнефтеоргсинтез) используются отечественные катализаторы К-28, КДЭ-1  также способные работать при пониженном давлении с разбавлением до 1:1,5 мас., однако температура процесса при этом ниже.  

       Ректификация  углеводородного конденсата зарубежными  фирмами, также как и в России, осуществляется по двум схемам: с предварительным выделением бентола – трехколонная схема, рис. 2.1. (в России это производства на ЗАО «Сибур-Химпром», ОАО «Ангарская нефтехимическая компания», ОАО «Нижнекамскнефтехим»; за рубежом процесс Badger) и выделением бензол-толуол-этилбензольной фракции на первой колонне – двухколонная схема, рис. 2.2. (в России производство на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», за рубежом процесс Lummus – UOP). Схемы равнозначны по расходу энергосредств, второй вариант схемы предъявляет более жесткие требования по содержанию воды в углеводородном конденсате, но обеспечивает меньшие потери стирола на осмоление при одном и том же ингибиторе.
 

Рис. 2.2. Двухколонная схема выделения стирола
Наименование  потоков: 1 – углеводородный конденсат, 2 – бензол-толуол-этилбензольная фракция, 3 – стирол-сырец, 4 – стирол-ректификат, 5 – КОРС,
6 – бентол, 7 – этилбензол-возвратный.  

     В обеих схемах современному уровню отвечает одноколонная схема разделения этилбензола  и стирола с использованием эффективных контактных устройств с низким перепадом давления – специальных тарелок или регулярных насадок. Использование таких контактных устройств позволяет уменьшить флегмовое число и тем самым сократить расход энергосредств, уменьшить размеры колонн и теплообменного оборудования, уменьшить потери стирола на осмоление за счет понижения температуры куба и времени пребывания продукта в кубах колонн.
     В зарубежных производствах стирола  с 1979 г. эксплуатируются колонны с регулярной насадкой, разработанной фирмой «Зульцер», а позднее и фирмой «Кох-Глич». Использование этой насадки позволяет сократить расход энергосредств на разделение этилбензола и стирола на 20-30%, понизить температуру в кубе колонны, снизить перепад давления по высоте колонны до уровня, обеспечивающего экономическую целесообразность использования «теплового насоса» [1]. Применение  «теплового насоса» исключает потребление водяного пара на обогрев кипятильников колонн, однако расход электроэнергии увеличивается, поэтому целесообразность использования «теплового насоса» должна определяться в каждом конкретном случае.
     Лучшим  отечественным аналогом процесса дегидрирования этилбензола в стирол является процесс, осуществляемый на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» (рис. 2.3.), проектная мощность 200 тыс. т/год по стиролу, реализованный по технологии ОАО НИИ «Ярсинтез» (пущен в эксплуатацию в 2003 г.).
 

Рис. 2.3. Принципиальная технологическая  схема производства стирола на ОАО  «Салаватнефтеоргсинтез». 

1- печь, 2- реактора, 3-рекуператор тепла контактного  газа (котел-утилизатор), 4-узел конденсации, 5-узел разделения углеводородной и водной фазы, 6- колонна выделение стирола-сырца, 7- колонна выделения стирола- ректификата, 8- колонна выделения возвратного этилбензола. 
 

     Процесс дегидрирования этилбензола на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» осуществляется по двухступенчатой схеме, под вакуумом в адиабатическом реакторе радиального типа, с регулированием температуры в каждой ступени реактора.  

     Применяемый в настоящее время катализатор  КДЭ-1 (Россия).   

     Разделение углеводородного конденсата осуществляется с выделением бензол-толуол-этилбензольной фракции на первой колонне и выделением стирола-ректификата на второй колонне, использованием регулярных насадок в качестве контактных устройств. Возвратный этилбензол отделяется от бентола на отдельной колонне при атмосферном давлении. Проектная мощность обеспечивается одним агрегатом дегидрирования и одной ниткой  ректификации.  

     Был проведен детальный анализ действующего вакуумного производства стирола на ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» – все гарантированные показатели полностью подтвердились – процесс по техническому уровню, технико-экономическим показателям, технологической и экологической безопасности соответствует мировому уровню.  

     Лучшим  отечественным процессом при  давлении близком к атмосферному является производство стирола на ЗАО «Сибур-Химпром», г. Пермь, мощностью 100 тыс.тонн/год реализованный также по технологии ОАО НИИ «Ярсинтез» (пущен в эксплуатацию в 2005 г.). Дегидрирование этилбензола на ЗАО «Сибур-Химпром» осуществляется в двухступенчатом радиальном адиабатическом реакторе специальной конструкции. 

     По  имеющимся информационным и рекламным  данным за рубежом передовому мировому уровню соответствуют процессы фирм Lummus – UOP (рис. 2.4.) и Badger (рис 2.5.).
     Процессы вышеназванных фирм [2,3] осуществляются при пониженном давлении (вакууме) в присутствии водяного пара в адиабатических реакторах.  Основными побочными продуктами являются бензол, толуол, а также некоторые легкие соединения. Тепло для эндотермической реакции дегидрирования этилбензола в стирол подводится через пароперегреватель. Тепло реакционного потока используется для генерации пара. Несконденсированный газ компримируется и используется в качестве топлива в пароперегревателе. Углеводородный конденсат подвергается дистилляции в присутствии ингибиторов полимеризации с выделением стирола-мономера, возвратного этилбензола, а также бензола и толуола в качестве побочных продуктов.  Как уже отмечалось, по процессу Lummus – UOP дистилляция углеводородного конденсата осуществляется по так называемой «двухколонной схеме» - на первой колонне дистиллятом выделяется бензол, толуол и этилбензол; кубом – стирол-сырец; на второй колонне выделяется стирол-ректификат и смола. Обе колонны вакуумные. Дистиллят первой колонны разделяется при атмосферном давлении на смесь бензола и толуола (дистиллят) и возвратный этилбензол, направляемый в рецикл на дегидрирование (кубовая жидкость).
     Имеются сведения о требованиях к исходному  сырью (этилбензолу), используемому  в процессе Lummus – UOP, а также характеристика получаемого стирола. 
 

       Характеристика  исходного сырья (этилбензола).
Этилбензол Ксилолы
Диэтилбензол
не менее 99,85 % мас не более 50 ррм,  мас
не более 8 ррм мас
 
       Характеристика  получаемого стирола-мономера.
Стирол Этилбензол
Альфа-метилстирол
не менее 99,85 % мас не более 300 ррм,  мас
не более 300 ррм мас
 
     Следует отметить, что для российского  процесса ОАО НИИ «Ярсинтез» требования по содержанию ксилолов в исходном этилбензоле значительно мягче (не более 500 ррм), что является очень существенным при использовании этилбензола, получаемого по цеолитной технологии. При этом по процессу ОАО НИИ «Ярсинтез» стирол получается с содержанием этилбензола не более 100 ррм, что также является принципиальным для поставки стирола на экспорт 


Рис. 2.4. Схема производства стирола по технологии ABB Lummus Global/UOP (“Classic” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Рис. 2.5.  Схема производства стирола по технологии Badger 

     По  процессу Badger реакционный узел принципиально похож на  аналогичный по процессу Lummus – UOP. Дистилляция осуществляется по трехколонной схеме. На первой колонне дистиллятом выделяется смесь бензола и толуола; кубовая жидкость направляется на питание второй колонны, где дистиллятом выделяется возвратный этилбензол, а кубовая жидкость – стирол-сырец направляется на питание третьей колонны, где выделяется стирол-ректификат и смола. Все три колонны вакуумные. Дистиллят первой колонны может направляться на выделение бензола, возвращаемого в производство этилбензола. 

     Имеются также сведения по процессу фирмы  «Литвин» (процесс СДФ Шеми, Франция), реализованный на Шевченковском заводе пластмасс: проектная мощность 300 тыс. т/год освоена на 90%; процесс дегидрирования осуществляется в двух параллельно работающих реакторах аксиального типа; катализатор по проекту - G-64C; разделение этилбензола и стирола производится в одной колонне с ситчатыми тарелками без предварительного выделения бентола. 

     Имеются сведения по изотермическому процессу дегидрирования этилбензола (рис. 2.6.) [4]. Изотермические процессы широкого промышленного применения не имеют в связи с малой производительностью и довольно высокой стоимостью, хотя работы по совершенствованию этого процесса велись довольно интенсивно до недавнего времени [4,5]. Так, например, немецкими фирмами «Lurgi GmbH» и «Deggendorfer Werft & Eisenbau» и итальянской фирмой «Montedison», предложен одностадийный изотермический процесс получения стирола.  

       

     Рис. 2.6. Принципиальная схема реакционного узла изотермического процесса дегидрирования этилбензола [4]. 

     Процесс испытан на полупромышленной установке  мощностью 1,2 тыс.т/год в г. Мантуя (Италия). Реакция дегидрирования этилбензола проводится в трубчатом реакторе с циркуляцией расплава солей в межтрубном пространстве при атмосферном давлении или под вакуумом. Процесс характеризуется относительно высокими показателями конверсии этилбензола и селективности, а также пониженным расходом водяного пара. Срок службы катализатора – 1,5-2 года. Промышленного внедрения нет [4,5].
     В качестве теплоносителя, вводимого в межтрубное пространство, кроме расплава солей, может использоваться водяной пар  [6], а также  в ряде ранних патентов предлагается производить обогрев трубок электрическим током [7-9].
     Как уже отмечалось, изотермические реактора, как и указанные способы подвода тепла дорогостоящие, при небольшой единичной мощности реакторов. 
 

     Таким образом, проведенный анализ научной, технической и рекламной информации, показывает, что технологии промышленного производства стирола, реакционные узлы и схемы и разделения углеводородного конденсата в России и за рубежом довольно близки по характеристикам и отличаются конструкцией аппаратов и применяемыми катализаторами. 

 

     
     2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА 

      Стирол  производится катализаторным дегидрированием этилбензола с последующей ректификацией продукта для выделения стирола-ректификата со степенью частоты 99,8%. Процесс дегидрирования осуществляется в присутствии водного пара  на катализаторе, основу которого составляет оксид железа (III) с добавками соединений калия, рубидия и циркония.
     Для предотвращения полимеризации стирола  в процессе его получения используется также ингибитор ИПОН.
     Технологический процесс осуществляется непрерывно, по одному потоку.
      Водяной пар способствует снижению парциального давления компонентов, что способствует сдвигу эндотермической реакции дегидрирования в сторону образования стирола, сокращению побочных реакций на поверхности.
     Реакция дегидрирования проводится в двухступенчатом  адиабатическом реакторе, с промежуточным подводом тепла через межступенчатый подогреватель. Температура процесса 550-640°С соотношение этилбензол : пар равно   1 : 2?3,5
     Основная  реакция дегидрирования:
   (2.1)
     Реакция дегидрирования является обратимой  и эндотермической.
     Кроме основной реакции протекает ряд  побочных реакций с образованием бензола, толуола, метана, этилена, окиси  углерода, двуокиси углерода, кокса.
             (2.2)
              (2.3)
     CH4-C+2H2          (2.4)
     C2H4-2C+2H2
     Изопропилбензол, содержащийся в этилбензоле, в процессе дегидрирования превращается в альфа-метилстирол  по реакции:
        (2.5)
     Диэтилбензол  в процессе превращается частично в  дивинилбензол: 

     С6H4-(CH2-CH3)2- С6H4-(CH=CH2)2+H2     (2.6) 

     Дивинилбензол полимеризуется с образованием нерастворимых  полимеров в колоннах ректификации. 

     Наличие бензола приводит к образованию  дифенила:
          (2.7)
     Одновременно  идут реакции дегидроконденсации с получением полициклических соединений – двухзамещенных стильбенов, фенантренов, нафталинов. 

     Углерод, образуется при разложении углеводородов, удаляется с катализатора водяным  паром:
     С+H2O-CO+H2         (2.8)
     CO+H2O-CO2+H2        (2.9)
     C+2H2O- CO2+H2        (2.10)
     Температура начала контакта около 590 °С. За счет эндотермической  реакции температура контакта газа на выходе из реактора 1-й ступени  снижается на 35 °С. Перед поступлением на 2-ю ступень реактора контактный газ подогревается в межступенчатом подогревателе до 600-620 °С. На выходе из реактора 2-ой ступени температура снижается на 35 °С. 

     Процесс дегидрирования протекает с увеличением  объема.
     Парциальное давление компонента в смеси –  это давление одного только этого  компонента, как если бы он один занимал данный объем.
     Общее давление в системе – равно  сумме парциальных давлений всех компонентов смеси.
     По  принципу Ле-Шателье, снижение парциального давления сдвигает равновесие в сторону  образования конечного продукта и сокращает образование побочных реакций.
     Поэтому в процессе дегидрирования для снижения парциального давления вместе с этилбензолом подается водяной пар.
     Водяной пар является также теплоносителем для эндотермической реакции  дегидрирования. Кроме того, пар  непрерывно удаляется с катализатора углерод, образующийся в процессе реакции, реагируя с ним, с образованием водяного газа. 

 

     
     3. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, ПОЛУПРОДУКТОВ  И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ 

     3.1. Характеристика сырья, материалов, полупродуктов 

Таблица 2.1
п/п
Наименование  сырья, материалов, полупродуктов Тип Государственный или отраслевой стандарт, СТП, ТУ, ТР или методика Показатели  по стандарту, обязательные для проверки Прочие  показатели Показатели  пожароопасности  и токсичности
1 2 3 4 5 6 7
1 Этилбензол
сырье ГОСТ 9385-77, высший сорт
    внешний вид – бесцветная прозрачная жидкость
    массовая доля э/б – не менее 99,9%
    массовая доля изопропилбензола – не более 0,01%
    плотность (при 20°С) 0,866-0,870 г/см3
    массовая доля хлора – не более 0,005%
    реакция водной вытяжки – нейтральная.
    фракционный состав (при 760 мм.рт.ст):
а) температура  конца перегонки – не выше 136,3°С б) в пределах температур начала и конца перегонки  должно отгоняться по объему не менее 95%
в) температура  начала перегонки – не ниже 135,8°С.
1) предел взрываемости  – 0,92-3,9% об. 2) температура  вспышки – 20°С
3) температура  воспламенения – 18-45°С
4) температура  самовоспламенения - 533°С
5) ПДК – 50 мг/м3
6) действует  на организм – как наркотик
2 Катализатор марки  «Стиромакс» Материал        
3 ИПОН ингибитор        
4 Вода оборотная  энергоресурс ТР №8-21 Цеха №21
    Температура – не более 25 °С
    Давление – не менее 2 кгс/см2
   
5 Пар водяной энергоресурс ТР цеха №22
    содержание хлоридов – отсутствуют
    рН конденсата (при 25 °С) – 6-8,5
    температура – 160-180°С
    давление – 6-12 кгс/см2
    расход – не менее 19,5 тн/ч
   
 
 
Продолжение таблицы 3.1
п/п
Наименование  сырья, материалов, полупродуктов Тип Государственный или отраслевой стандарт, СТП, ТУ, ТР или методика Показатели  по стандарту, обязательные для проверки Прочие  показатели Показатели  пожароопасности  и токсичности
1 2 3 4 5 6 7
6 Азот газообразный технический N2 энергоресурс ТР цеха №23, высший сорт
    чистота азота – не менее 99,9%
    содержание кислорода – не более 0,0002%
    давление – не менее 2,0 кгс/см2
   
7 Вода обесоленная энергоресурс ТР цеха №21
    общее солесодержание – не более 5,0 мг/л
    рН – 5,5-7,0
   
8 Воздух осушенный энергоресурс ТР цеха №23
    Точка росы =     -40°С
    давление= 2,9-6,0 кгс/см2
   
9 Холод (раствор  этиленгликоля) энергоресурс ТР цеха №23
    Состав:
- этиленгликоль - вода
- фосфорно-кислый  натрий двухзамещенный Na2HPO4
- декстрин картофельный
    внешний вид – слабомутнная желтоватая жидкость
    рН – не более 8,5
    удельный вес – 1,0675-2,0725 г/см3
    коэффициент преломления – не менее 1,390
    Разгонка:
- фракция, выкипающая при температуре выше 150°С, не более 47 %вес - остаток кипящий  выше 150 °С, не менее 52% вес
- потери –  не более 1 %
    содержание золы – не более 0,4%
    содержание Na2HPO4 – 2,5-3,5 г/л
    температура замерзания – не выше -40°С
    содержание хлоридов – не более 0,0007 %
    ПДК=100мг/м3
    действует на организм как нервный яд
 
 
Продолжение таблицы 3.1
п/п
Наименование  сырья, материалов, полупродуктов Тип Государственный или отраслевой стандарт, СТП, ТУ, ТР или методика Показатели  по стандарту, обязательные для проверки Прочие  показатели Показатели  пожароопасности  и токсичности
1 2 3 4 5 6 7
10 Бензол –  толуольная фракция (бентол) Жидкий отход ТУ
    внешний вид – бесцветная или слабо желтая жидкость
    плотность – 0,867-0,873 г/см3
    содержание бензола – не более 65%
    содержание толуола – не менее 35%
    содержание этилбензола, стирола – не более 6%
 
    температура вспышки - 4°С
    температура самовоспламенения - 615°С
    температура воспламенения – 24-25°С
    нижний предел взрываемости – 1,2% об.
    верхний предел взрываемости – 1,2%об
    ПДК – 20 мг/м3
11 КОРС Жидкий отход        
 
 
 

     
         3.2. Характеристика производимой продукции 

     Готовым продуктом является стирол – ректификат марки СДЭБ, получаемый методом каталитического дегидрирования этилбензола с последующей ректификацией продуктов дегидрирования для выделения стирола с содержанием основного вещества не менее 99,80%.
     Стирол  марки СДЭБ выпускается в соответствии с ГОСТ 10003-90 «Стирол» и должен удовлетворять  требованиям и нормам, приведенным  в таблице №2 

       Таблица №3.2