123807 (Проект производства формалина)

РЕФЕРАТ

Дипломный проект состоит из 186 страниц, 36 таблиц, 2 рисунка, 19 источников и 8 листов графического материала.

Тема дипломного проекта: ″Проект производства формалина″.

Цель проекта: довести мощность одной технической нитки до 126666 тонн/год и выполнить необходимые расчеты основного оборудования.

В дипломном проекте произведены: материальный, тепловой, технологический, механический, гидравлический расчеты при изменении производительности на основе существующих мощностей.

Рассмотрены вопросы выбора технологической схемы, безопасности и экологичности проекта, охраны окружающей среды, организации и экономики производства.

Итог дипломной работы: имеющееся оборудование справиться с новой нагрузкой и не требует замены. С увеличением мощности производства, себестоимость единицы продукции формалина снизилась, что привело к увеличению прибыльности производства.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Технико-экономический уровень и обоснование основных технических решений

2. Характеристика производимой продукции

2.1 Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

3. Физико-химические основы технологического процесса

4. Выбор и обоснование технологического процесса

5. Описание технологического процесса и схемы

5.1 Получение метаноло-воздушной смеси

5.2 Синтез формальдегида

5.3 Получение формалина-″сырца″

5.4 Ректификация формалина-″сырца″

6. Материальный баланс

7. Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов

8. Ежегодные нормы образования отходов производства

9. Нормы технологического режима

10. Компоновка оборудования

10.1 Характеристика производственных помещений

11. Безопасность и экологичность проекта производства формалина

11.1 Производственная санитария

11.2 Техника безопасности

12. Охрана окружающей среды

12.1 Охрана атмосферного воздуха

12.2 Очистка сточных вод

12.3 Твердые отходы

13. Защита человека в чрезвычайных ситуациях

13.1 Производственные аварии

13.2 Стихийные бедствия

14. Организация и экономика производства

15. Материальный расчет

15.1 Материальный баланс стадии ректификации

15.2 Материальный баланс стадии абсорбции

15.3 Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения

16. Тепловой расчет

17. Технологический расчет основного аппарата

17.1 Технологический расчет реактора

17.2 Технологический расчет подконтактного холодильника

18. Гидравлический расчет

19. Механический расчет

19.1 Обоснование конструкции основного аппарата

19.2 Выбор материала основных элементов аппарата

19.3 Расчет диаметра патрубков

19.4 Расчет толщины стенок обечайки и днища

19.5 Расчет толщины днища подконтактного холодильника

19.6 Расчет укрепления отверстий

19.7 Расчет крышки аппарата

19.8 Расчет трубной решетки подконтактного холодильника

19.9 Расчет тепловой изоляции

19.10 Расчет компенсатора подконтактного холодильника

19.11 Расчет опорных лап

20. Подбор вспомогательного оборудования

Заключение

Список используемой литературы

Спецификация

ВВЕДЕНИЕ

Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее время, формальдегиду, принадлежит особая роль.

Формальдегид – весьма активное химическое соединение, легко вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса новых соединений, многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного органического синтеза.

Формальдегид используется в промышленности в качестве сырья для производства синтетических смол, пластических масс, новых органических красителей, поверхностно-активных веществ, лаков, лекарственных препаратов и взрывчатых веществ. В сельском хозяйстве для протравления семян, в кожевенной промышленности для дубления кожи, в медицине как антисептическое средство и в животноводстве. Круг применения формальдегида растет из года в год. В связи с этим растет и его производство.

В настоящее время основным потребителем формальдегида является промышленность синтетических смол: производство фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных смол; смол, модифицированных путем обработки формальдегидом; малорастворимых лаков, покрытий, клеев, слоистых пластиков.

Наибольшее распространение получил продукт, содержащий 35 – 37 % формальдегида и 6 – 11 % метанола, называемый формалином. Рецептура формалина сформировалась исторически, под влиянием следующих факторов. Во-первых, метанол и вода сопутствуют формальдегиду на стадии его получения наиболее употребительным методом (метанол – сырье, вода – побочный продукт и абсорбент). Во-вторых, раствор указанного состава при положительных температурах вполне стабилен к выпадению полимера и может храниться или транспортироваться в течении неопределенно долгого времени. В – третьих, в виде водно-метанольного раствора формальдегид может применяться в большинстве производственных синтезов, а также при непосредственном использовании. и, наконец, в-четвертых, именно формалин получается при окислительной конверсии метанола в присутствии металлических катализаторов на сади абсорбции контактного газа; никаких дополнительных операций по приданию продукту товарных свойств (концентрирование, очистка и т. д.), как правило, не требуется.

В городе Томске на базе Томского нефтехимического комбината существует действующее производство формалина («Завод формалина и карбосмол») мощностью 120 тысяч тонн в год.

Основная цель проекта заключается в определении возможности расширения этого производства на примере установки синтеза формальдегида. Важным моментом является установление возможности обеспечения новой, повышенной производительности уже действующим оборудованием. Также необходимо рассмотреть вопросы, касающиеся технологического контроля, охраны труда и экологии в изменившихся условиях эксплуатации.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

1. Обоснование выбора метода производства

Формальдегид получают из метанола, диметилового эфира, природного и попутных газов (газа коксохимического производства и нефтепереработки). Промышленно освоенные способы получения формальдегида:

1) Каталитическое окисление метанола на металлических катализаторах.

2) Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах.

3) Окисление природного газа и низших парафинов.

В первом случае катализатором чаще всего является серебро (можно использовать золото или платину), с целью экономии метанола серебро равномерно наносят на инертный носитель, например на пемзу. Сущность метода состоит в парофазном окислении гидрировании метанола кислородом воздуха в адиабатическом реакторе с последующим поглощением продуктов реакции водой. В процессе подается метаноло-воздушная смесь состава выше верхнего предела взрываемости (36,4% - объемные доли) и с недостатками кислорода по химическому уравнению окисления метанола в формальдегид, т.к. катализатор – окислительно-дегидрирующийся:

СН₃ОН + ½О₂ → СН₂О + Н₂О + Q (147,4кДж/моль); (1.1)

СН₃ОН → СН₂О + Н₂ – Q (93,4 кДж/моль); (1.2)

Н₂ + ½О₂ → Н₂О + Q (241,8 кДж/моль). (1.3)

Вместе с тем протекают побочные реакции, что снижает выход формальдегида и повышает расход метанола. Выход формальдегида достигает 80 – 85%, при степени конверсии метанола 85 – 90%. Так как окислительное дегидрирование проводят при недостатке кислорода, процесс глубокого окисления, не получает значительного развития. В то же время само дегидрирование, инициируемое кислородом, протекает быстрее, поэтому процент побочных реакций не велик. Этим способом можно получить формалин двух марок: ФМ – 37% с содержанием метанола до 10% и ФБМ – 50% с содержанием метанола менее 1%. Транспортировке и хранению подлежит формалин марки ФМ, т.к. метанол стабилизирует его.

Во втором способе катализатором является смесь оксидов железа и молибдена. Окисление метанола на оксидных катализаторах протекает по окислительно – восстановительному механизму:

СН₃ОН + 2МоО₃ → СН₂О + Н₂О + Мо₂О₅ (1.4)

Мо₂О₅ + ½О₂ → 2МоО₃ (1.5)

Процесс осуществляется в избытке воздуха при (350 – 430)^оС и обычном давлении, иначе под действием метанола и формальдегида катализатор быстро восстанавливается. Реакция протекает при соотношении метанола и воздуха ниже предела взрываемости (7 – 8% - объемные доли).

Процесс отличается высокой степенью конверсии метанола – 99%, а так же сильной экзотермичностью, что заставляет использовать трубчатые реакторы с охлаждением. Этот способ позволяет получать формалин – 37% с содержанием метанола не выше 0,5%. Применение технологий с оксидным катализатором заслуживает некоторого предпочтения, когда требуемая производительность не выше 8 – 10 тыс. т./год. Третий способ. С точки зрения доступности и дешевизны сырья, а также простоты технологии (получение формальдегида прямым окислением природного газа, состоящим в основном из метанола, кислородом воздуха) заслуживает предпочтения перед сравнительно сложными и много ступенчатыми синтезом через метанол (по схеме):

природный газ → синтез газ → метанол → формалин

Однако на практике возникает ряд трудностей, которые связаны с недостаточной устойчивостью формальдегида в условиях реакции. Окисление метанола происходит при 600^оС, в то же время термическое разложение формальдегида наблюдается уже при 400^оС. Выход формальдегида не превышает 3% при селективности 10 – 25%. Поэтому рассмотренный метод занимает весьма скромное место в балансе производства формалина и только в перспективе используется новые технологические приемы окисления (с учетом возрастания дефицитности метанола и сравнительной доступности природного газа).

Поэтому в выборе метода производства формалина заслуживают внимания первые два способа. Рассмотрим их в сравнении и выберем для себя нужный.

Сравнительная характеристика методов производства формалина в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Сравнительная характеристика методов производства формалина

Сравнивая экономические и производственные затраты, а также объем продукции (нам необходимо не менее 300 – 380 тыс.т./год) для нужд формалинопотребляющего производства – карбамидных смол (объем – 200 тыс.т./год) выбираем метод производства по окислительному дегидрированию метанола на серебряном катализаторе.

1.2 Выбор катализатора и его характеристика

В России на всех промышленных установках по получению формальдегида из метанола применяются трегерные серебряные контакты типа серебро на пемзе. Характеристика этого катализатора:

Внешний вид – серые блестящие зерна неправильной формы.

Размер зерен, мм – 2-5.

Массовый фракционный состав: %

Просев через сито 2 2 мм, не более 2,0;

Остаток на сите 5 5 мм, не более 5,0;

Удельная поверхность, м²/ч 0,5 – 1,0.