|
p align="left">Определим количество теплоты, уносимое этаном: t=2200С Q (С2H6) = 2775,2081 М (5,75 + 175,11 М 10-3 М 493 - 57,85 М 10-6 М 4932) М (320-220) =17321,48253 кДж/час Определим количества теплоты, уносимо этанолом: Q (C2H5OH) = G М с М t, t=2200С G (C2H5OH) = 16000 кг/час с= (19,07 + 212,7 М 10-3 М 493 - 108,6 М 10-6 М 4932) = 97,536 Дж/мольМК Q (C2H5OH) = G М с М t = 12000 М 97,536 М (300-220) = 93634,53946 кДж/час Количество теплоты, уносимое из реактора с помощью холодильников: Qп =Q (H2O) + Q (эт.фр.) - Q (C2H6)-Q (C2H5OH)=77805,68913+ 106606,1794- -17321,48253- 93634,53946=73455,84654 кДж/час Расход воды в холодильниках: с (Н2О) = 33,61 Дж/моль М К G(воды в холодильниках) = Qп/(с(воды) М (tкон - tнач)) = 73455,84654 М 1000/33,61 М (300-220) = =27319,19315 кг/час Таблица 2. Тепловой баланс |
Приход | кДж | Расход | кДж | | Этиленовая фракция Вода | 106606,1794 77805,68913 | Этанол Этан Вода в холодильниках | 93634,53946 17321,48253 73455,84654 | | Итого | 184411,8685 | Итого | 184411,8685 | | |
4.3 Термодинамический расчётCH2 = CH2(г) + H2O(пар) < = >C2H5OH(г) T=493KЗависимость удельной изобарной теплоёмкости от температуры выражается уравнениями: - для органических веществ - для неорганических веществИзменение удельной изобарной теплоёмкости считается по уравнению:Изменение удельной изобарной теплоёмкости для данной реакции:Да=19,07-4,196=14,874Дb=(212,7-154,59) М 10-3=58,11 М 10-3Дc=(-108,6+81,09) М10-6=-27,51 М10-6Энтальпия реакции при данной температуре рассчитывается по формуле:== - 45,74 кДж/моль= - 45,74 кДж/моль + ?((14,874+58,11 М 10-3Т - 27,51 М10-6Т2) - - (30,00+10,71 М 10-3Т + 0,33 М 105Т-2))dT Дж/моль = - 45,74 кДж/моль +14,874 М (493- -298) + 0,5 М 58,11 М 10-3 М (4932-2982) - 0,33 М 27,51 М10-6(4933-2983) - (30 М (493-298) + 0,5 М 10,71 М 10-3(4932-2982) - 0,33 М 105(493-1-298-1)= -45,74 кДж/моль + 1,785 кДж/моль= - 43,955 кДж/мольЭнтропию реакции при 493 К рассчитаем по уравнению:-126,14 + ((14,874 М Т-1 +58,11 М 10-3 - 27,51 М10-6Т) - (30 МТ-1 + 10,71 М 10-3 + +0,33 М 105Т-3)dT = - 126,14 + 14,874ln(493-298) +58,11 М 10-3(493-298) - 0.5 М 27,51 М10-6 (4932-2982) - 30 М ln(493-298) - 10,71 М 10-3(4932-2982) - 0.5 М 0,33 М 105(493-2-298-2) ==-198,66 Дж/моль М КЭнергия Гиббса для реакции при 493 К вычисляется по уравнению:Так как реакция является обратимой, найдём значение константы равновесия: 5 Отходы и их обезвреживаниеПроцесс производства синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена связан с применением и образованием токсичных, взрывоопасных и пожароопасных веществ. Для уменьшения и предотвращения вредных выбросов в атмосферу газов, содержащих токсичные углеводороды,(этилен, диэтиловый эфир, ацетальдегид и др.) имеются следующие возможности:· строгое соблюдение технологического режима (при этом снижается количество выбросов через предохранительные клапаны и воздушники, уменьшаются частота остановок и связанное с ними сбрасывание газов);· монтаж и эксплуатация оборудования в соответствии с правилами (это предупреждает газовые выбросы через неплотности).Процесс синтеза этилового спирта сопровождается значительным уносом фосфорной кислоты, которая может вызвать коррозию оборудования и трубопроводов. Поэтому одной из стадий процесса является нейтрализация продуктов реакции, выходящих из гидрататора в парогазовой фазе путем взаимодействия с подщелоченным водно-спиртовым конденсатом. Образующиеся при нейтрализации соли фосфорной кислоты (0,4-0,5 кг на 1 т спирта) растворяются в водно-спиртовом конденсате и пройдя вместе с продуктами реакции через теплообменник-рекуператор, котлы-утилизаторы, сепараторы и т.д. поступают на узел ректификации и выводятся из системы вместе с обратной промывной водой в канализацию.В процессе гидратации этилена образуются побочные продукты: диэтиловый эфир, ацетальдегид, полимеры этилена, являющиеся отходами производства. Значительная часть этих соединений удаляется при ректификации и очистке этилового спирта.С целью улучшения качества спирта и снижения содержания углеводородов в сточных водах производства синтетического этанола в настоящее время на стадии переработки спирта-сырца проводится отвод жидкостной фазы (в составе которой отходы производства - полимеры) с содержанием спирта 40 - 80 об. % с последующим ее разбавлением до содержания спирта 10 - 20 об. % и направлением в отстойник. Полимеры, являясь водонерастворимыми органическими продуктами, хорошо растворяются в этиловом спирте и в процессе ректификации накапливаются в колонне, достигая максимальной концентрации (17 - 35 об. %) в той части колонны, где концентрация спирта 40 - 80 об.%.Выделившиеся при разбавлении полимеры отделяют от водноспиртового слоя во флорентийском сосуде, выводят в сборник и далее в канализацию, а водноспиртовой слой направляют обратно в колонну на тарелку питания. Способ позволяет улучшить качество стоков по химическому поглощению кислорода на 60 - 65 %, что облегчает очистку сточных вод на биоочистных сооружениях. Для поддержания высокой концентрации этилена (98,5 %)в процессе гидратации проводят отдувку циркулирующего газа, который после отмывки паров спирта в скруббере, поступает в цех газоразделения для переработки совместно с газом пиролиза. Для вывода с установки инертных газов (метан, этан и др.) часть газа из верхней части кольцевого коллектора при 40 - 45 кгс/см2 передают через подогреватель в цех газоразделения для переработки. 6 Мероприятия по технике безопасности, промсанитарии, пожарной безопасности и охране труда
Производство синтетического этилового спирта относится к пожаро- и взрывоопасным производствам. Кроме того, в цехе используются токсичные и едкие вещества. Основными моментами, определяющими опасность в цехе, являются: наличие жидких и газообразных продуктов, образующих с воздухом взрывоопасные смеси с низким пределом взрываемости; ведение процесса при высоких давлениях (до 100 кгс/см2) и высоких температурах (до 450 °С); наличие тока высокого напряжения для электродвигателей; токсичность сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции; образование зарядов статического электричества при движении газов и жидкостей по трубопроводам и аппаратам; ведение сварочных работ внутри реакторов. 6.1 Характеристика производства по взрыво- и пожароопасностиПроцессы гидратации этилена, ректификации и очистки спирта являются закрытыми и осуществляются по непрерывной схеме. Появление газа или паров в производственном помещении возможно только вследствие неисправности оборудования или при авариях. Помещения цеха по взрываемости относятся к классу В-1а, наружные установки к классу В-1г, катализаторное отделение -- невзрывоопасное. По пожаро- и взрывоопасности цех относится к категории «А», так как во всех отделениях имеются вещества с нижним пределом взрываемости 10% и менее, а также легковоспламеняющиеся жидкости (т. всп. 28 °С и ниже) в количествах, достаточных для образования взрывоопасных смесей. В компрессорном зале и отделении ректификации имеется этилен; в насосных и на установке удаления ацетилена из спирта имеются этиловый спирт и диэтиловый эфир; в катализаторном отделении применяют метано-водородную фракцию в качестве топлива. Если концентрация этих продуктов в воздухе находится между верхним и нижним пределами взрываемости и имеется источник воспламенения, возможен взрыв; при концентрации этих продуктов выше верхнего предела взрываемости и при наличии источника воспламенения возможен пожар. При монтировании электрооборудования следует учитывать, что технологическая среда производственных помещений установки по взрываемости имеет такую характеристику согласно ПИВРЭ (Правила изготовления взрывобезопасного и рудничного электрооборудования): по этилену ЗТ1, по этанолу 2Т2, по диэтиловому эфиру 2Т4 (где первая цифра -- категория взрывоопасной смеси, Т1, Т2, Т4 -- группы взрывоопасности смеси). По санитарным условиям производство этанола относится к производствам П-д, для которых в бытовых помещениях предусмотрены гардеробная, умывальная и душ. По количеству выделяющегося от оборудования тепла помещения реактора и паровых коллекторов относятся к горячим отделениям; для таких производственных помещений предусмотрен 8-кратный обмен воздуха в час. 6.2 Свойства сырья и вспомогательных материалов
Этиленовая фракция, содержащая 98--99% (об.) С2Н4. Горючий газ. Смесь этилена с воздухом взрывоопасна, ядовита, действует на центральную нервную систему. Предельно допустимая концентрация этилена в помещении 500 мг/м3. Метано-водородная фракция, содержащая 89--90% СН4 и 5--10% Н2. Указанные вещества не ядовиты, но при большом содержании их в воздухе затрудняется дыхание из-за недостатка кислорода. С воздухом образует взрывоопасные смеси. Этиловый спирт ядовит, действует на центральную нервную систему, при попадании в организм в небольших количествах вызывает опьянение, в больших -- состояние, близкое к наркозу, иногда заканчивающееся смертью. Предельно допустимая концентрация паров спирта в помещении 1000 мг/м3. Диэтиловый эфир обладает наркотическими свойствами, действуя на центральную нервную систему. Пары эфира с воздухом образуют взрывоопасные смеси. Предельно допустимая концентрация паров диэтилового эфира в помещении 300 мг/м3. Инертный газ состоит из азота (до 86%), двуокиси углерода (до t2%) и кислорода (до 2%); СО быть не должно. При большом скоплении инертного газа в помещении снижается содержание кислорода, что может привести к кислородному голоданию организма. Иногда в инертном газе содержится окись углерода; она вызывает головные боли при вдыхании небольших количеств, обморочное состояние и смерть при вдыхании больших количеств. Азот не ядовит, но при большом скоплении в помещении снижает содержание кислорода. Технический азот, подаваемый в цех, содержит до 0,1% кислорода. Фосфорнокислотный катализатор, содержащий не менее 48% Н3Р04 и до 52% силикагеля. Катализаторная пыль вызывает раздражение дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация катализаторной пыли в помещении 2 мг/м3. Ортофосфорная кислота (60--80%-ная) при попадании на кожу вызывает ожоги. Едкий натр (40%-ный раствор) -- едкая жидкость. При попадании на кожу вызывает ожоги с образованием язвочек. Особенно опасно попадание щелочи в глаза. 6.3 Основные правила работы с токсичными газами и едкими веществамиОбщими средствами защиты от углеводородных газов и паров, применяемыми в производственных помещениях, являются проветривание помещений (естественная вентиляция), приточная, вытяжная и аварийная вентиляция. В качестве индивидуальных средств защиты органов дыхания и зрения работающих используются промышленные фильтрующие противогазы. Применение фильтрующих противогазов возможно только в атмосфере, содержащей не менее 16% (об.) свободного кислорода и не более 0,5°/о (об.) вредных веществ.. Общими средствами защиты от пыли катализатора и силикагеля служат вытяжные вентиляционные и аспирационные установки, а также воздухозаборники, устанавливаемые в местах пылевыделения. Индивидуальными средствами защиты от пыли являются респираторы типа «лепесток» одноразового пользования. Защитными средствами от едких жидкостей (кислот, щелочей) являются наголовные щитки, очки, шлем-маски от противогазов, прорезиненные фартуки и перчатки, резиновые сапоги. При работе со щелочью необходимо быть в хлопчатобумажной спецодежде, при работе с кислотой -- в суконной. При проведении работ в слабо вентилируемых помещениях, емкостях, колодцах, траншеях и т. д. применяют шланговые противогазы. В тех случаях, когда нельзя работать в шланговом противогазе, применяют газоизолирующий аппарат. При загазованности помещения первый, кто это заметил, должен сообщить в газоспасательный отряд по телефону и начальнику смены, а сам до прибытия дежурного по отделению должен принять меры по устранению причины загазованности, усилению вентиляции и предупреждению обслуживающего персонала. 6.4 Основные правила пожарной безопасностиВзрыв или пожар могут произойти при концентрациях углеводородов, спирта, диэтилового эфира в интервале от нижнего до верхнего пределов взрываемости. Возбудителями взрыва или воспламенения являются: открытое пламя (курение или ведение огневых работ в цехе); самовоспламенение продуктов (сернистого железа, образующегося в аппаратах при наличии сероводорода в перерабатываемом газе, а также углеводородных полимеров, образующихся в процессе переработки непредельных углеводородов); искра при ударе металла о металл или камень; образование искры при работе на неисправном электрооборудовании; статическое или атмосферное электричество. В целях соблюдения мер пожарной безопасности в цехе и недопущения пожаров и загораний необходимо весь цех (территорию, технологические установки, резервуарные парки, склады, мастерские, служебно-бытовые помещения и прочие объекты) содержать в чистоте и порядке. Кроме того, не допускается загромождение проезжих дорог, подъездов, подступов к зданиям и сооружениям, путей эвакуации, проходов и выходов из зданий, площадок вокруг производственного оборудования, подступов к противопожарному инвентарю и средствам связи посторонними предметами. Условия проведения огневых работ в цехе такие: в компрессорном отделении цеха разрешаются временные огневые работы по пайке электродвигателей, компрессоров. Двигатель, ремонтируемый с применением временных огневых работ, отключают от коммуникаций заглушками и продувают инертным газом до отсутствия в цилиндрах двигателя непредельных углеводородов; систему гидратации, на которой проводятся временные огневые работы, нужно остановить. Давление из системы сбрасывают, а участок, на котором проводятся временные огневые работы, отключают заглушками от аппаратов и коммуникаций и пропаривают до полного отсутствия углеводородов; анализ воздуха в месте сварки должен показывать отсутствие углеводородов; при проведении огневых работ внутри реактора требуются следующие дополнительные условия: во время проведения огневых работ с помощью вытяжной вентиляции отсасывают воздух из реактора; решетки под реактором закрывают асбестовым одеялом с целью избежать попадания искр на этот этаж отделения. Все средства пожаротушения, пожарное оборудование и инвентарь должны содержаться на установленных местах в полной исправности и готовности к немедленному использованию. Не допускается розлив жидких углеводородов и нефтепродуктов, а также утечка газов через фланцевые соединения, сальники насосов и запорную арматуру. В случае возникновения пожара или аварии необходимо немедленно сообщить в пожарную команду по телефону 01 или по извещателю и одновременно принять меры по ликвидации аварии и тушению пожара имеющимися средствами пожаротушения: водой, песком, паром, асбестовыми одеялами, огнетушителями. При тушении электрооборудования можно применять воду и пар; пенный огнетушитель разрешается использовать только после снятия напряжения. ЗаключениеПроизводство этилового спирта в нашей стране играет важную роль в народном хозяйстве.Гидратация этилена - наиболее эффективный способ производства этилового спирта, позволяющий экономить по сравнению с его получением из пищевого сырья на 1т этилового спирта около 4 т зерна или до 12 т картофеля.На получение 1 т этилового спирта из пищевого сырья затрачивается от 160 чел.-час (из зерна) до 280 чел.-час. (из картофеля), из нефтехимического сырья - 10 чел.-час.; значительно меньше капитальных затрат потребуется на строительство заводов синтетического этилового спирта по сравнению с заводами пищевого этилового спирта. Метод получения этилового спирта сернокислотной гидратацией этилена в настоящее время несколько устарел, кроме того он является небезопасным. Опасность данного метода обуславливается прежде всего использованием концентрированной серной кислоты и жёсткими технологическими параметрами процесса. Использование того или иного способа производства во многом обуславливается качеством сырья, а именно - содержанием этилена в исходной фракции. Прямая гидратация этилена имеет ряд преимуществ перед сернокислотным методом: исключение расхода серной кислоты и минимальные потребности в других реагентах, кроме этилена и водяного пара. Кроме того, процесс прямой гидратации этилена протекает в одну стадию, что обуславливает более высокий выход спирта. Этиловый спирт применяется в пищевой, химической промышленности, в парфюмерии и медицине, поэтому необходимо следить за соответствием получаемого спирта ГОСТам нашей страны. Сейчас в России довольно сложная ситуация с потреблением алкоголя населением. Нашей пищевой промышленности нужен контроль за качеством спирта, за подпольным производством и незаконной продажей спиртных напитков. Таким образом, возможно, уменьшить смертность населения, и употребление алкоголя станет более безопасным. Список использованных источников1. Валакин В.П. Получение синтетического этилового спирта. М., Химия, 1976.2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 3-е, перераб. М., Химия, 1981 г. 3. Справочник. Расчёты химико-технологических процессов. Под общей редакцией проф. И. П. Мухлёнова. Л., «Химия», 1976 г. 4. Справочник. Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8-е, пер./Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономарёвой. Л., Химия, 1983 г. 232с. 5. Юкельсон И.Ю.Технология основного органического синтеза. М.,Химия, 1968 г. 6. Паушкин Я.М. Нефтихимический синтез в промышленности. М.,Наука,1966 г. 7. Авторские свидетельства: №307997, №577201, №847911, №249358, №368216, №608796, №.2337967. Приложения.Рис. 1. Схема отделения прямой гидратации этилена:1 - буфер; 2 - компрессор свежего этилена; 3 - компрессор циркулирующего газа; 4 - паровой подогреватель; 5, 10, 14 - теплообменники; 6, 15 - холодильники; 7,8 - котлы-утилизаторы, 9 - реактор; 11 - сепаратор; 12(1), 12(11) - газоотделители; 13 - скруббер; 16, 20 - ёмкости; 17, 18, 21 - насосы; 19 - сборник; ФВ - фузельная вода Рис.2. Схема отделения ректификации водно-спиртового конденсата:1, 6, 8 - ректификационные колонны; 2, 3, 7, 9, 10 - конденсаторы-дефлегматоры; 4 - теплообменник; 5 - паровой подогреватель; 11, 15, 17, 22 - насосы; 12, 16, 18 - ёмкости; 14, 20, 21 - кипятильники; 23 - сборник. Рис. 3. Схема катализаторного отделения:1 - воздуходувка; 2 - осушитель; 3 - паровой подогреватель; 4 - пропарочный аппарат; 5, 9 - полигональные сита; 6 - прокалочная печь; 7 - топка; 8, 13 - вентиляторы; 10 - пропиточная ванна; 11 - сушилка; 12 - бункер; 14 - отстойник; 15, 16 - сборники; 17 - смеситель; 18 - насос; 19, 20 - ёмкости; 21 - щелочной гидролизатор; 22 - вакуум-насос; 23 - калорифер; 24 - сито «Ротекс». Рис. 4. Реактор: Рис. 5. Скруббер: Рис. 6. Ректификационная колонна;1 - крышка; 2, 3, 5, 6, 9 - штуцеры для термопар; 4 - люки; 7 - корпус; 8, 10 - штуцеры для замера уровня в кубе; 11 - днище; 12 - прорези; 13 - отверстия для слива жидкости; 14 - отверстия для прохода паров.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|
