5. Przebieg procesu

1. Opis procesu technologicznego

Ze zbiornika V-5 pompą P.-2 podaje się benzen do wymiennika W-5. Tam miesza się z powietrzem podawanym wentylatorem W-6. Benzen miesza się z powietrzem w stosunku leżącym poza granicą wybuchowości mieszaniny musi być wstępnie podgrzana. W parowniku W-5 benzen zamienia się w parę i pod ciśnieniem 0,2-0,5 MPa przechodzi do reaktora K-2, w którym czas kontaktu z katalizatorem wynosi 0,1 s. Ciepło z przestrzeni reakcji odprowadzane za pomocą stopu azotynu i azotanu sodu. Mieszanina reakcyjna oddaje część swego ciepła w wymienniku W-3. Następnie gazy poreakcyjne przechodzą do skraplaczy W-1 pracujących naprzemiennie. Najpierw w przestrzeni międzyrurowej ochładzanej przeponoweo zimnym olejem następuje częściowe wydzielenie bezwodnika maleinowego osadzającego się na rowkowanych ściankach. Z chwilą nagromadzenia produktu w dostatecznej ilości zamyka się dopływ mieszaniny gazowo-parowej, która skierowana zostaje do drugiego skraplacza W-1, a powstały bezwodnik kwasu maleinowego stapiany jest gorącym olejem i spływa do zbiornika V-7. Stąd pompą P.-8 podawana jest do kolumny rektyfikacyjnej K-9 w celu oddzielenia produktu od zanieczyszczeń. Ciecz wyczerpana jest w naszym przypadku gotowym produktem o czystości 99%, który po ochłodzeniu w wymienniku ciepła W-3 kierowany jest do zbiornika V-10, a destylat benzen z wodą ochładzany w wymienniku W-3 zbierany jest do zbiornika V-11.

2. Schemat ideowy

3. Schemat technologiczny.

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

4. Bilans masowy

1. Bilans utleniania benzenu do bezwodnika maleinowego.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Wlot	Wylot
1.1	benzen	kg	837,9
1.2	powietrze	kg	18952,4
1.2.1	tlen	kg	3980
1.2.2	azot	kg	14972,4
1.3	MIESZANINA REAKCYJNA	kg		19790,3
1.3.1	bezwodnik maleinowy	kg		1000
1.3.2	nieprzereagowany benzen	kg		41,9
1.3.3	woda	kg		367,4
1.3.4.	CO2	kg		898,1
1.3.5	azot	kg		14972,4
1.3.6	nieprzereagowany tlen	kg		2510,5
	Suma	kg	19790,3	19790,3

2. Bilans sublimacji.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Wlot	Wylot
2.1	MIESZANINA REAKCYJNA	kg	19790,3
2.1.1	bezwodnik maleinowy	kg	1000
2.1.2	nieprzereagowany benzen	kg	41,9
2.1.3	woda	kg	367,4
2.1.4	CO2	kg	898,1
2.1.5	azot	kg	14972,4
2.1.6	nieprzereagowany tlen	kg	2510,5
2.2	wysublimowany bezwodnik maleinowy	kg		1409,3
2.2.1	bezwodnik maleinowy	kg		1000
2.2.2	benzen	kg		41,9
2.2.3	woda			367,4
2.3	odgazy	kg		18381
2.3.1	CO2	kg		898,1
2.3.2	azot	kg		14972,4
2.3.3	nieprzereagowany tlen	kg		2510,5
	Suma	kg	19790,3	19790,3

3. Bilans rektyfikacji.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Wlot	Wylot
3.1	wysublimowany bezwodnik maleinowy	kg	1409,3
3.1.1	bezwodnik maleinowy	kg	1000
3.1.2	benzen	kg	41,9
3.1.3	woda		367,4
3.2	destylat	kg		409,3
3.2.1	bezwodnik maleinowy	kg		1
3.2.2	benzen	kg		41,9
3.2.3	woda			366,4
3.3	ciecz wyczerpana	kg		1000
3.3.1	bezwodnik maleinowy	kg		999
3.3.2	woda			1
	Suma	kg	1409,3	1409,3

4. Bilans chłodzenia.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Wlot	Wylot
4.1	ciecz wyczerpana	kg	1000
4.1.1	bezwodnik maleinowy	kg	999
4.1.2	woda	kg	1
4.2	bezwodnik maleinowy 99%	kg		1000
4.2.1	bezwodnik maleinowy	kg		999
4.2.2	woda	kg		1
	Suma	kg	1000	1000

Wykres Sankey'a bilansu materiałowego w załączniku.

5. Bilans cieplny

1. Bilans utleniania benzenu do bezwodnika maleinowego.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Wlot	Wylot
1.1	benzen	kJ	40324
1.2	powietrze	kJ	540864
1.2.1	tlen	kJ	114525
1.2.2	azot	kJ	426339
1.3	MIESZANINA REAKCYJNA	kJ		10152522
1.3.1	bezwodnik maleinowy	kJ		797200
1.3.2	nieprzereagowany benzen	kJ		33151
1.3.3	woda	kJ		639276
1.3.4.	CO2	kJ		463779
1.3.5	azot	kJ		7013072
1.3.6	nieprzereagowany tlen	kJ		1206044
1.4	straty ciepła	kJ		100000
1.5	ciepło reakcji	kJ	17857141
1.6	ciepło odebrane przez wodę chłodniczą	kJ		8185807
	Suma	kJ	18438329	18438329

2. Bilans sublimacji.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Wlot	Wylot
2.1	MIESZANINA REAKCYJNA	kJ	10152522
2.1.1	bezwodnik maleinowy	kJ	797200
2.1.2	nieprzereagowany benzen	kJ	33151
2.1.3	woda	kJ	639276
2.1.4	CO2	kJ	463779
2.1.5	azot	kJ	7013072
2.1.6	nieprzereagowany tlen	kJ	1206044
2.2	wysublimowany bezwodnik maleinowy	kJ		106656
2.2.1	bezwodnik maleinowy	kJ		58050
2.2.2	benzen	kJ		2424
2.2.3	woda	kJ		46182
2.3	odgazy	kJ		630226
2.3.1	CO2	kJ		30958
2.3.2	azot	kJ		512505
2.3.3	nieprzereagowany tlen	kJ		86763
2.4	ciepło odebrane przez wodę chłodniczą	kJ		9315640
2.5	STRATY CIEPŁA	kJ		100000
	Suma	kJ	10152522	10152522

3. Bilans rektyfikacji.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Wlot	Wylot
3.1	wysublimowany bezwodnik maleinowy	kJ	106656
3.1.1	bezwodnik maleinowy	kJ	58050
3.1.2	benzen	kJ	2424
3.1.3	woda	kJ	46182
3.2	destylat	kJ		1045673
3.2.1	bezwodnik maleinowy	kJ		700
3.2.2	benzen	kJ		33306
3.2.3	woda	kJ		1011667
3.3	ciecz wyczerpana	kJ		195125
3.3.1	bezwodnik maleinowy	kJ		194705
3.3.2	woda	kJ		420
3.4	STRATY CIEPŁA	kJ		150000
3.5	ciepło oddane przez parę	kJ	1284142
	Suma	kJ	1390798	1390798

4. Bilans chłodzenia.

Lp.	Nazwa strumienia	Jednostka	Wlot	Wylot
4.1	ciecz wyczerpana	kJ	195125
4.1.1	bezwodnik maleinowy	kJ	194705
4.1.2	woda	kJ	420
4.2	bezwodnik maleinowy 99%	kJ		58118
4.2.1	bezwodnik maleinowy	kJ		57992
4.2.2	woda	kJ		126
4.3	STRATA CIEPŁA	kJ		50000
4.4	ciepło odebrane przez wodę chłodniczą	kJ		87007
	Suma	kJ	195125	195125

Wykres Sankey'a bilansu cieplnego w załączniku.

5. Kontrola produkcji.

KONTROLA ANALITYCZNA.

Lp.	Faza produkcji	Punkt poboru	Oznaczenie	Metoda
1.	UTLENIANIE	R-4	bezwodnik maleinowy	chromatografia cieczowa
2.	REKTYFIKACJA	K-8	bezwodnik maleinowy	temperatura topnienia

6. Produkty uboczne i odpady produkcyjne.

Wszystkie surowce rozdzielonesą częściowo wykorzystywane do dalszych procesów w przemyśle chemicznym:

• odgazy jako zanieczyszczenie są kierowane do atmosfery

• destylat z kolumny rektyfikacyjnej K-8 może być jeszcze raz rektyfikowany w celu wydzielenia benzenu, który można zawrócić do procesu a wodę skierować do oczyszczalni ścieków

• z uwagi na dużą ilość wydzielającego się ciepła reakcji wytwarza się z niego parę wykorzystywaną w innych etapach procesu syntezy bezwodnika maleinowego lub jest używana jako czynnik grzewczy.

7. Zagadnienia higieny i BHP.

Zagadnienia higieny i bhp przedstawiają załączniki załączone w kartach charakterystyk.

8. APARATURA.

NR. TECH. APARATU	CHARAKTERYSTYKA APARATU	NAZWA APARATU
V-1	Vcałkowita= 150 m^3 wykonany ze stali węglowej z uwagi na małą korozyjność czynnika magazynowego	zbiornik poziomy benzenu
P-2	Q=1 m^3/h, H= 15 m, N=4 kW wykonanie zwykłe z uszczelnieniem mechanicznym z uwagi na duże zagrożenie dla zdrowia czynnika tłoczonego. Ponieważ mieszanina benzenu z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową silnik w wykonaniu przeciwwybuchowym Ex.	pompa wirowa benzenu
W-3	Q=6000 m^3/h, spręż=10000 Pa, N=7,5 kW Jest to wentylator promieniowy w wykonaniu materiałowym standardowym. Z napędem bezpośrednim.	wentylator wysokociśnieniowy powietrza
R-4	Vcałkowita= 5 m^3 Reaktor wykonany w formie wymiennika ciepła w którym rurki wykonane są z katalizatora tlenków wanadu i molibdenu osadzone na szerokoporowatym tlenku glinu. Chłodzenie reaktora w przestrzeni międzyrurkowej za pomocą stopu azotynu lub azotanu sodu.z płaszczem chłodzącym o powierzchni wymiany 19 m	reaktor utlenienia benzenu
W-5	F=95 m^2, L=2000 mm sztuk 2 schładzacze wstępne mieszaniny reakcyjnej	wymiennik płaszczowo-rurkowy
V-6	Vcałkowita= 2 m^3 z płaszczem grzejnym o powierzchni wymiany 17 m^2	zbiornik pośredni surówki
K-8	ilość półek 32, półki z otworami sitowymi odległość między półkami 120 cm wysokość kolumny 17,5 m	kolumna rektyfikacyjna
P-7	Q=3 m^3/h, H= 15 m, N=4 kW wykonanie zwykłe z uszczelnieniem mechanicznym z uwagi na duże zagrożenie dla zdrowia czynnika tłoczonego. Ponieważ w mieszaninie z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową silnik w wykonaniu przeciwwybuchowym Ex.Q=40 m^3/h, H= 15 m, N=11 kW	pompa wirowa
V-9	V=250 m^3 z płaszczem grzejnym	zbiornik poziomy bezwodnika maleinowego

Zakładam, że instalacja produkcji bezwodnika maleinowego wytwarza się w sposób ciągły przez okres 330 dni. Jeden miesiąc 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 800-900 kg/m³. I do pojemności roboczej dodaję 20%.

Z uwagi na środowisko reakcji wszystkie aparaty i rurociągi technologiczne i pomocnicze wykonane są ze stali węglowej.

1

10

benzen

sole azotanowe

utlenianie benzenu T=400⁰C,

woda zimna

woda ciepła

bezwodnik maleinowy

chłodzenie T=30

powietrze

kondensat

rektyfikacja T=100⁰C

para p=6 atm

woda ciepła

benzen

sublimacja T=30⁰C

sole azotanowe

odgazy

woda zimna

---