SPIS TREŚCI
1. Wstęp
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
Schemat technologiczny.
Schemat technologiczny otrzymywania bezwodnika maleinowego metodą ciągłą w załączniku nr 1.
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.
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.
APARATURA.
NR. TECH. APARATU |
CHARAKTERYSTYKA APARATU |
NAZWA APARATU |
V-1 |
Vcałkowita= 75 m3 wykonany ze stali węglowej z uwagi na małą korozyjność czynnika magazynowego |
zbiornik poziomy benzenu |
P-2 |
Q=0,5 m3/h, H= 15 m, N=3 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=3000 m3/h, spręż=10000 Pa, N=5,5 kW Jest to wentylator promieniowy w wykonaniu materiałowym standardowym. Z napędem bezpośrednim. |
wentylator wysokociśnieniowy powietrza |
R-4 |
Vcałkowita= 4 m3 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 m2, L=2000 mm sztuk 2 schładzacze wstępne mieszaniny reakcyjnej |
wymiennik płaszczowo-rurkowy |
V-6 |
Vcałkowita= 1 m3 z płaszczem grzejnym o powierzchni wymiany 17 m2 |
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=1,5 m3/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 |
pompa wirowa |
V-9 |
V=130 m3 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
2
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