SPIS TREŚCI

1. Wstęp

1. Wstęp

Do produkcji przemysłowego otrzymywania bezwodnika maleinowego używa się dwóch rodzaji surowców: butenu lub benzenu. Poniżej zestawiono warunki otrzymywania bezwodnika maleinowego przez utlenienie butenu i benzenu:

	UTLENIANIE	UTLENIANIE
	buten	benzen
Katalizator	V2O5 na tlenku glinu	V2O5 na tlenku krzemu
Temperatura ^0C	350	350
Efekt cieplny reakcji cal na 1 g surowca
teoretyczny	2650	2840
praktyczny	5250	5550÷5560
Czas trwania kontaktu , sek	0,1	0,1÷0,5
Wydajność, w % wyd. teoret.	50÷70	60÷70

W obu przypadkach pary węglowodoru w mieszaninie z 15 krotną ilością powietrza przepuszcza się nad katalizatorem. Do dobrego odprowadzenia ciepła silnie egzotermicznej reakcji aparat kontaktowy powinien posidać maksymalnie rozwiniętą powierzchnię wymiany ciepła. Ostatnio do prowadzenia kontaktowego procesu utlenienia butenu i benzenu do bezwodnika maleinowego zastosowano aparaty z fluidalnym zawieszeniem katalizatora. W aparatach tych współczynnik przenikania ciepła od gazów reagujących do powierzchni wymiany ciepła jest znacznie większy niż w aparatach kontaktowych z nieruchomą warstwą katalizatora. Mieszaninę parowo-gazową wychodzącą z aparatu kontaktowego chłodzi się, a wydzielone kryształy bezwodnika maleinowego (w celu usunięcia wilgoci), kieruje się do stapiania do kotła napełnionego gazem obojętnym. Ostateczne oczyszczanie produktu odbywa się przez dwustopniową sublimację. Przesublimowany bezwodnik maleinowy osiada na chłodzonych walcach, skąd zbierany jest za pomocą noży w postaci łusek.

2. BEZWODNIK MALEINOWY- gotowy produkt.

1. Charakterystyka bezwodnika maleinowego:

Bezwodnik maleinowy otrzymuje się na skalę przemysłową dwiema metodami:

• przez utlenianie butenu

• przez utlenianie benzenu

2. Właściwości fizykochemiczne bezwodnika maleinowego

Załączona karta technologiczna przedstawia charakterystykę bezwodnika maleinowego i dane fizykochemiczne.

3. Zastosowanie produktu

Stosuje się go w wielu gałęziach przemysłu:

• do wytwarzania barwników anilinowych do syntezy licznych barwników antrachinonowych i maleinowych

• żywic syntetycznych: alkidowych

• plastyfikatorów

4. Opakowanie bezwodnika maleinowego przechowywanie, magazynowanie

Bezwodnik maleinowy przechowuje się w zbiornikach, beczkach lub większych pojemnikach z tworzywa sztucznego.

5. Transport produktu

Transport odbywa się cysternami samochodowymi, kolejowymi lub w beczkach metalowych lub z tworzywa sztucznego.

3. Surowce - BUTEN

1. Charakterystyka:

2. Właściwości fizykochemiczne

Załączona karta technologiczna przedstawia charakterystykę i dane fizykochemiczne.

4. Przebieg procesu

1. Opis procesu technologicznego

Buten dopływa do odparowywacza R-1 za pomocą pompy P-4 ze zbiornika V-5. Odparowywacz R-1 jest to cylindryczne naczynie ogrzewane płaszczem parowym. Wstępnie podgrzane powietrze wtłacza się wentylatorem W-6 do wolnej przestrzeni odparowywacza R-1. Szybkość podawania reguluje się przepływomierzem. Mieszaninę butenowo-powietrzną doprowadza się do konwertora K-2 składającego się z szeregu rur zanurzonych w łaźni stopionego ołowiu lub mieszaniny azotanowo-azotynowej (temp. 350⁰C). Wszystkie rurki z wyjątkiem doprowadzającej mieszaninę butenowo-powietrzną są wypełnione katalizatorem. Mieszanina dochodzi do skrzyni rozdzielczej konwertora K-2 i rozdziela się pomiędzy rurki aparatu. W wyniku procesu wydziela się w rurkach ciepło, które odprowadza się za pomocą łąźni ołowianej. Wydajność procesu wynosi 60%. Produkty gromadzą się w skrzyni zbiorczej konwertora i przechodzą do stalowych chłodnic W-3 chlodzonych powietrzem. Bezwodnik maleinowy osiada na dnie chłodnic i jest wyładowywany okresowo przez dolną zasuwę.

2. Schemat ideowy

3. Schemat technologiczny.

Schemat technologiczny otrzymywania bezwodnika maleinowego metodą ciągłą w załączniku nr 1.

4. Bilans masowy

1. Bilans wstępnego podgrzewania.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Przychód	Rozchód
1.1	BUTEN	kg	1000
1.2	POWIETRZE	kg	15000
1.2.1	TLEN	kg	3150
1.2.2	AZOT	kg	11850
1.3	MIESZANINA REAKCYJNA	kg		16000
1.3.1	BUTEN	kg		1000
1.3.2	TLEN	kg		3150
1.3.3	AZOT	kg		11850
	Suma	kg	16000	16000

2. Bilans utleniania butenu.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Przychód	Rozchód
2.1	MIESZANINA REAKCYJNA	kg	16000
2.1.1	BUTEN	kg	1000
2.1.2	TLEN	kg	3150
2.1.3	AZOT	kg	11850
2.2	MIESZANINA POREAKCYJNA			16000
2.2.1	BUTEN NIEPRZER.	kg		400
2.2.2	TLEN NIEPRZER.	kg		2121,4
2.2.3	AZOT	kg		11850
2.2.4	WODA	kg		578,6
2.2.5	BEZWODNIK MALEINOWY	kg		1050
	Suma	kg	16000	16000

3. Bilans sublimacji.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Przychód	Rozchód
3.1	MIESZANINA POREAKCYJNA	kg	16000
3.1.1	BUTEN NIEPRZER.	kg	400
3.1.2	TLEN NIEPRZER.	kg	2121,4
3.1.3	AZOT	kg	11850
3.1.4	WODA	kg	578,6
3.1.5	BEZWODNIK MALEINOWY	kg	1050
3.2	WYSUBLIMOWANY BEZWODNIK MALEINOWY	kg		1000
3.2.1	BEZWODNIK MALEINOWY	kg		999
3.2.2	WODA	kg		1
3.3	FAZA ORGANICZNA	kg		1028,6
3.3.1	BUTEN NIEPRZER.	kg		400
3.3.2	WODA	kg		577,6
3.3.3	BEZWODNIK MALEINOWY	kg		51
3.4	ODGAZY	kg		13971,4
3.4.1	TLEN NIEPRZER.	kg		2121,4
3.4.2	AZOT	kg		11850
	Suma	kg	16000	16000

4. Bilans chłodzenia.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Przychód	Rozchód
4.1	WYSUBLIMOWANY BEZWODNIK MALEINOWY	kg	1000	1000
4.1.1	BEZWODNIK MALEINOWY	kg	999	999
4.1.2	WODA	kg	1	1
	Suma	kg	1000	1000

Wykres Sankey'a bilansu materiałowego w załączniku.

5. Bilans cieplny

1. Bilans wstępnego podgrzewania.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Przychód	Rozchód
1.1	BUTEN	kJ	26400
1.2	POWIETRZE	kJ	467457
1.2.1	TLEN	kJ	95130
1.2.2	AZOT	kJ	372327
1.3	MIESZANINA REAKCYJNA	kJ		4960880
1.3.1	BUTEN	kJ		270200
1.3.2	TLEN	kJ		953190
1.3.3	AZOT	kJ		3737490
1.4	CIEPŁO ODDANE PRZEZ PARĘ	kJ	4567023
1.5	STRATY CIEPŁA	kJ		100000
	Suma	kJ	5060880	5060880

2. Bilans utleniania butenu.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Przychód	Rozchód
2.1	MIESZANINA REAKCYJNA	kJ	4960880
2.1.1	BUTEN	kJ	270200
2.1.2	TLEN	kJ	953190
2.1.3	AZOT	kJ	3737490
2.2	MIESZANINA POREAKCYJNA	kJ		9431329,8
2.2.1	BUTEN NIEPRZER.	kJ		190680
2.2.2	TLEN NIEPRZER.	kJ		1127842,3
2.2.3	AZOT	kJ		6557197,5
2.2.4	WODA	kJ		860667,5
2.2.5	BEZWODNIK MALEINOWY	kJ		694942,5
2.4	STRATY CIEPŁA	kJ		100000
2.5	CIEPŁO REAKCJI	kJ	21980700
2.5	CIEPŁO ODEBRANE PRZEZ ŁĄŹNIĘ OŁOWIANĄ	kJ		17410251
	Suma	kJ	26941580	26941580

3. Bilans sublimacji.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Przychód	Rozchód
3.1	MIESZANINA POREAKCYJNA	kJ	9431329,8
3.1.1	BUTEN NIEPRZER.	kJ	190680
3.1.2	TLEN NIEPRZER.	kJ	1127842,3
3.1.3	AZOT	kJ	6557197,5
3.1.4	WODA	kJ	860667,5
3.1.5	BEZWODNIK MALEINOWY	kJ	694942,5
3.2	WYSUBLIMOWANY BEZWODNIK MALEINOWY	kJ		92667,5
3.2.1	BEZWODNIK MALEINOWY	kJ		92457,5
3.2.2	WODA	kJ		210
3.3	FAZA ORGANICZNA	kJ		152405
3.3.1	BUTEN NIEPRZER.	kJ		26620
3.3.2	WODA	kJ		121065
3.3.3	BEZWODNIK MALEINOWY	kJ		4720
3.4	ODGAZY	kJ		1092380,8
3.4.1	TLEN NIEPRZER.	kJ		160377,8
3.4.2	AZOT	kJ		932003
3.5	STRATY CIEPŁA	kJ		100000
3.6	CIEPŁO ODEBRANE PRZEZ ZIMNE POWIETRZE	kJ		7993876,5
	Suma	kJ	9431329,8	9431329,8

4. Bilans chłodzenia.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Przychód	Rozchód
4.1	WYSUBLIMOWANY BEZWODNIK FTALOWY	kJ	92667,5	37027
4.1.1	BEZWODNIK FTALOWY	kJ	92457,5	36943
4.1.2	WODA	kJ	210	84
4.2	STRATY CIEPŁA	kJ		50000
4.3	CIEPŁO ODEBRANE PRZEZ WODĘ ZIMNĄ	kJ		5640,5
	Suma	kJ	92667,5	92667,5

Wykres Sankey'a bilansu cieplnego w załączniku.

5. Kontrola produkcji.

KONTROLA ANALITYCZNA I POMIAROWA PROCESU.

KONTROLA ANALITYCZNA.

Lp.	Faza produkcji	Punkt poboru	Oznaczenie	Metoda
1.	UTLENIANIE	K-2	bezwodnika maleinowego buten wody	DESTYLACJA FRAKCYJNA
2.	SUBLIMACJA	W-3	BEZWODNIKA maleinowego	chromatografia cieczowa
2.	CHŁODZENIE	W-3	bezwodnika maleinowego	destylacja frakcyjna

KONTROLA POMIAROWA.

WZÓR KARTY OPERACYJNEJ.

Data	Godzina	Nazwa surowca	Numer pomiarowy	Temperatura	Ciśnienie	Przepływ masowy	UWAGI
		buten
		powietrze
		bezwodnik maleinowy
		WODA
		KONDENSAT
		PARA

6. Produkty uboczne i odpady produkcyjne.

Produktami ubocznymi w produkcji bezwodnika maleinowego jest woda wydzielana z procesu wraz z nieprzereagowanym butenem. Po rektyfikacji nieprzereagowany buten może zostać zawrócony do procesu utleniania do bezwodnika maleinowego. Natomiast wydzieloną wodę z niewilką ilością butenu kieruje się do oczyszczalni ścieków celu ich neutralizacji

7. Zagadnienia higieny i BHP.

Zagadnienia higieny i bhp przedstawiają załączniki załączone w kartach charakterystyk.

8. APARATURA.

NR. TECH. APARATU	CHARAKTERYSTYKA APARATU	NAZWA APARATU	PRODUCENT
V-5	V=150 m^3	zbiornik poziomy butenu	METALCHEM
P-4	Q= 2 m^3/h, H= 25 m, N=7,5 kW	pompa wirowa z uszczelnieniem mechanicznym	Hydro-Vacuum
R-1	L=2m, D= 1,5m o powierzchni grzewczej 540 m^2	wymiennik ciepła płaszczowo-rurkowego	METALKO
W-3	F=125 m^2, L=3000 mm	wymiennik ciepła płaszczowo-rurkowy	NYSA
W-6	Q=2000 m^3/h , ΔP=4000 Pa	wentylator promieniowy	BAROWENT-Olkusz
K-2	L=2m, D= 1,5m o powierzchni reakcji z katalizatorem 620 m^2	reaktor utlenienia w formie wymiennika ciepła płaszczowo-rurkowego rurki wykonane z katalizatora	METALKO

Zakładam, że instalacja produkcji bezwodnika maleinowego wytwarza się w sposób ciągły przez okres 320 dni. 40 dni w roku przeznaczone są na remont instalacji oraz nieuniknione przerwy w produkcji wynikłe podczas awarii.

W związku z tym dzienna wydajność wynosi

Wydajność godzinowa wynosi

Do obliczeń pojemności roboczej aparatów (reaktorów) przyjmuję gęstość masy reakcyjnej równą 50 kg/m³. I do pojemności roboczej dodaję 20%.

Z uwagi na małąkorozyjność produktu jak i surowców w procesie wszystkie aparaty wykonane są ze stali węglowej St3S za wyjątkiem rurek reaktora konwertora które wykonane są z katalizatora. Reaktor konwertora nie ma pojemności godzinowej przebywających surowców występujących w reakcji ponieważ czas kontaktu reagentów w reaktorze wynosi minimum 1 s. w związku z tym reaktor musi posiadać tylko rozwiniętą powierzchnię chłodzącą za względu na wysoko egzotermikę procesu utleniania butenu do bezwodnika maleinowego.

1

15

powietrze

zimne powietrze

wstępne podgrzanie T=200⁰C,

para p=10 atm

odgazy

bezwodnik maleinowy 99%

ciepłe powietrze

miesz. azotanowo-azotynowa

woda ciepła

chłodzenie T=20⁰C

woda zimna

kondensat

nieprzereagowany buten i woda

proces utleniania butenu T=350⁰C

buten

ciepła miesz. azotanowo-azotynowa

sublimacja T=50⁰C

---