Дипломная работа на тему "Производство поливинилбутираля"

---

---

ВВЕДЕНИЕ

Химическая промышленность прошла бурный путь развития в период 50-х – 80-х годов. В отрасли был создан значительный прои зводственный потенциал. Однако он был ориентирован на цели командно–административной распределительной системы. В химической индустрии насчитывается около 600 крупных и средних промышленных предприятий и 100 научных и проектно–конструктивных организаций, опытных и экспериментальных заводов с общей численностью – 929 тысяч человек, в том числе промышленно–прои зводственного персонала – 787 тысяч человек. В своём развитии промышленность органического синтеза разделилась на ряд отраслей (технология красителей, лекарственных веществ, пластических масс, химических волокон и т. д.), среди которых важное место занимает промышленность основного органического и нефтехимического синтеза. Продукты этой отрасли промышленности отличаются большим многообразием строения, свойств и областей применения. Первым промышленным пластическим материалом, полученным в 1843 году вулканизацией натурального каучука серой, был эбонит, который стали применять для электроизоляции. К 30-м годам относится начало производства полимеров, получаемых реакцией полимеризации. В настоящее время промышленность пластических масс стала одной из ведущих отраслей народного хозяйства.

Мощным источником сырья для производства полимерных синтетических материалов служит нефтепродукты и природный газ. Основную часть природного газа составляет метан, из которого получают ацетилен, являющийся, в свою очередь, сырьем для производства значительного количества полимеров. Основными видами полимерных материалов в настоящее время являются пластмассы, волокна, каучуки и лакокрасочные покрытия. Производство полимеров сохраняет свои позиции на международном рынке благодаря достаточно конкурентоспособным ценам. Производству синтетических волокон требуется модернизация, без которой оно не может конкурировать с предприятиями зарубежных стран. Производство нефтехимической продукции наиболее конкурентоспособно. Химическая промышленность объединяет множество специализированных отраслей.

Химическая промышленность в целом – высоко сырьеемкая отрасль. Затраты на сырье из-за высокой ценности сырья или значительных удельных его расходов составляют от 40% до 90% в пересчете на производство 1 тонны готовой продукции. Предприятия химической и нефтехимической промышленности внесли в 1997 году в доходную часть бюджета 20 миллиардов рублей налоговых платежей, что составляет около 3,5% от всех налоговых поступлений и 5,6 миллиардов рублей отчислений в государственные внебюджетные фонды.

Прои зводственный процесс в настоящее время находится в состоянии неустойчивого и хрупкого равновесия. С учетом сегодняшнего состояния экономики инновационная составляющая промышленности должна способствовать развитию отечественного научно-технического потенциала. Определяющей особенностью передачи результатов научных исследований для их освоения в промышленности является создание и развитие систем коммерческих форм взаимодействия науки и производства. В глубоком кризисе находятся научно-исследовательские организации химической индустрии. Крайне острыми продолжают оставаться для отрасли проблемы экологии. Сбросы загрязненных стоков химическими предприятиями составляют почти 20% загрязненных сбросов всех стационарных источников страны.

В 1996 году выбросы химическими предприятиями в атмосферу составили 413,2 тысячи тонн, в том числе диоксида серы – 64,8 тысячи тонн, оксидов азота – 33,7 тысячи тонн, оксида углерода – 106,2 тысячи тонн. В водные бассейны химическими предприятиями сброшено в 1996 году 1,52 км3 сточных вод, из которых нормальной обработке подверглось лишь около 11% стоков, требующих очистки. Большое значение в производстве органического синтеза занимает производство поливинилбутираля, который отличается высокой эластичностью, стойкостью к действию солнечного света, кислорода и озона, повышенной адгезией к металлам, стеклу и пластмассам. Поливинилбутираль наиболее широко применяется в технике по сравнению с другими поливинилацеталями. Его главное назначение – изготовление небьющихся стекол для автомобилей, автобусов, самолетов. Из раствора поливинилбутираля в спирте изготовляют клей. Также используют для получения покрытий по днищам морских судов, металлическими изделиями и сооружениями, находящимся в воде, для декоративных и защитных покрытий по дереву, алюминиевым и магниевым сплавам.

В настоящее время Американская корпорация Solutia Сент–Луис, открыла в китайском городе Сучжоу новый завод по производству поливинилбутираля, который компания поставляет на мировой рынок под торговой маркой Saflex поливинилбутираля – аморфный полимер, находящий широкое применение в производстве безосколочных стёкол «триплекс» в качестве промежуточного склеивающего слоя. Продукция предприятия, мощность которого составляет приблизительно 10 млн. м2 поливинилбутираля в год, будет использоваться в основном в автомобильной промышленности. Компания рассматривает возможность дальнейшего расширения производства в случае повышения мирового спроса на поливинилбутираль. Корпорация Solutia – один из мировых лидеров по производству поливинилбутираля помимо этого, компания выпускает функциональные химикаты для резинотехнической промышленности, теплоносители и различные виды полиамидных пластиков.

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА

1.1МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА ГОТОВОГО ПРОДУКТА И ИХ КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. ВЫБОР МЕТОДА, ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА

Существует 3 метода производства поливинилбутираля: в спиртовом растворе, из полвинилацетата с применением не смешивающихся с водой растворителей, из поливинилового спирта и масляного альдегида. Реакция образования поливинилацеталей впервые была описана учёными Германом и Генелем в 1927 году. При определённых условиях поливинилацетали образуются почти со всеми альдегидами – алифатическими, ароматическими, предельными и непредельными. Однако в промышленности нашли применения не многие: поливинилформаль, поливенилэтиналь, поливенилбутираль. Основная масса поливинилбутираля производится конденсацией поливинилового спирта с масляным альдегидом. Этот метод самый простой и доступный. Метод осуществляется периодически, что позволяет проводить ремонт оборудования.

1.1.1 Получение поливинилбутираля в спиртовом растворе

Весь процесс проводится в реакционном котле без отделений промежуточных продуктов. В качестве сырья применяют винилацетат, метиловый спирт СН3ОН или этиловый спирт С2Н5ОН, перекись бензоила (инициатор), концентрированную серную кислоту H2SО4 (катализатор), масляный альдегид, едкий натр NaOH. Конечный продукт окрашен в жёлтый цвет и имеет ограниченное применение.

Достоинства: доступность сырья.

Недостатки: продукт получается окрашенный, многостадийный процесс

1.1.2 Получение поливинилбутираля из поливинилацетата с применением несмешивающихся с водой растворителей

Одновременно осуществляется гидролиз поливинилацетата и ацеталирование образовавшегося поливинилового спирта. Удаление несмешивающихся с водой растворителей из реакционной смеси (при выделении поливинилового спирта) значительно упрощается. В некоторых случаях процесс одновременного омыления и ацеталирования осуществляется в отсутствии органических растворителей в водной эмульсии. Применение растворителей, смешивающихся с водой, влечёт за собой экономически невыгодные операции осаждения поливинилбутираля и регенерации растворителей.

Достоинства: доступность сырья, образование поливинилового спирта в одну стадию.

Недостатки: экономически невыгодная стадия осаждения поливинилбутираля и регенерации растворителей.

1.1.3 Получение поливинилбутираля из изолированного поливинилового спирта

Поливинилацетат предварительно гидролизуется и полученный поливиниловый спирт выделяется. Уже после этого поливиниловый спирт подвергается обработке масляным альдегидом в присутствии катализатора – НСl. В качестве растворителя применяется обессоленная вода. Получаемый поливинилбутираль нерастворим в воде и выпадает из раствора в осадок. Выделение поливинилбутираля сводится к отфильтровыванию и отмывке кислоты.

Достоинства: получаемый продукт более высокой степени чистоты. Так как метод периодический, он позволяет проводить ремонт какого-либо оборудования, не останавливая всего процесса производства, доступный растворитель.

Недостатки: образуется много побочных веществ.

Заказать написание дипломной - rosdiplomnaya.com

Новый банк готовых оригинальных дипломных работ предлагает вам приобрести любые проекты по требуемой вам теме. Правильное написание дипломных проектов под заказ в Воронеже и в других городах России.

1.2ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО–ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЫРЬЯ, ПОЛУПРОДУКТОВ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ. ХАРАКТЕРИСТИКА ИХ КАЧЕСТВА СОГЛАСНО СТАНДАРТАМ

Для производства поливинилбутираля применяют: 10% водный раствор поливинилового спирта, гидроксид натрия, соляная кислота, масляный альдегид.

1.2.1Поливиниловый спирт

Поливиниловый спирт – порошок от белого до кремового цвета, растворимый в воде и стойкий к действию жиров и масел, кетонов, простых и сложных эфиров, алифатических, ароматических и хлорированных углеводородов. Свойства поливинилового спирта зависят от молекулярной массы и содержания неомылённых ацетатных групп. Поливиниловый спирт – кристаллический полимер с изотактической или синдиотактической структурой:

Показатели основных свойств поливинилового спирта приведены ниже:

Плотность, кг/м3...........................................................1200 – 1300

Разрушающее напряжение, МПа

при растяжении.......................................................98,1–137,2

при статическом изгибе..........................................58,9 – 63,8

Относительное удлинение при разрыве, %.........................3 – 5

Модуль упругости при изгибе, МПа........................ ...........5300

Теплоёмкость по воде, °С.............................................150 – 160

Температура стеклования, °С...................................................85

Растворимость в горячей воде, %.............................................99

Удельная вязкость, кДж/моль..............................................4 – 6

Наибольшее распространение получил синтез поливинилового спирта щелочным омылением поливинилацетата в безводном спирте. Процесс протекает по схеме:

Кислотное омыление полвинилацетата водят в среде этанола, где кислота является только катализатором:

Растворимость поливинилового спирта зависит от содержания ацетатных групп. При 5 – 10% содержание ацетатных групп поливиниловый спирт хорошо растворяется в воде.

Технические требования на раствор поливинилового спирта: содержание ацетатных групп не более 3%

сухой остаток для поливинилбутираля

лакового «А», не менее 8%

для остальных, не менее 10%

содержание летучих, не более 2%

Поливиниловый спирт не токсичен.

1.2.2Гидроксид натрия. Физические свойства

Гидроксид натрия, формула – NaOH (м = 40,00 г/моль) – белое непрозрачное очень гигроскопичное вещество. Температура плавления 320°С; температура кипения 1378°С; плотность 2,13 г/см; растворимость в воде 107 г/100 г (20°С). Не горюч. При соприкосновение с водой выделяется большое количество тепла.

Химические свойства:

Гидроксид натрия поглощает диоксид углерода из воздуха с образованием карбоната натрия:

2NaOH + C02 Na2C03 + H20

Хорошо растворяет жиры, превращая их в глицерин и мыла - соли органических кислот. Гидроксид натрия является сильным основанием, взаимодействует с кислотами, с кислотными и аморфными оксидами:

NaOH + НС1 NaCl + Н20

2NaOH + ZnO + Н20 Na2[Zn(OH)4]

Ввиду сильного разъедающего действия на ткани, кожу, бумагу и другие органические вещества гидроксид натрия называют едким натром:

СН3ОН + NaOH CH3ONa + Н2О

1.2.3Соляная кислота. Физические свойства:

Соляная кислота, формула НСl (м = 36,5 г/моль) – в чистом виде соляная кислота представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом. Техническая кислота окрашена примесями (солями железа) в жёлтый цвет. Соляная кислота хорошо растворима в воде. Кислота химически активная, плотность 1,19 г/см и содержит около 37% НСl.

Химические свойства: Хлорид водорода соединение прочное, начинает разлагаться на водород Н2 и С12 лишь при температуре выше 1000°С. При реакции нейтрализации из кислоты и щёлочи получается соль и вода:

NaOH + НС1 NaCl + Н2О

2NaOH + H2S04 Na2SО4 + H2О

2NaOH + Cl2 NaClO + NaCl + H2O

Взаимодействует с металлами:

2HCl+Zn ZnCl2 + H2

1.2.4Масляный альдегид:

Встречается в воздухе цехов химических, резиновых, лакокрасочных пластмассовых, текстильных и других производств; содержится в прогорклом масле, в масле зеленого чайного листа, эвкалипта, табака. Применяется в производстве поливинилбутираля (бутвара) и масло–спирто–растворимых смол.

Получается каталитическим окислением бутилового спирта; гидрированием кротонового альдегида в присутствии платиновой черни или никеля.

Масляный альдегид. Физические свойства:

Масляный альдегид, формула СН3СН2СН2СНО (м = 72,1 г/моль) – бесцветная жидкость с острым запахом. Температура кипения 74,8 – 75,7 °С; температура плавления – (–97,1 °С); плотность – 0,817 г/см3.

Масляный альдегид ГОСТ ТУ 6–09–3828–74 утерян.

1.2.5Деминерализованная вода. Физические свойства

Деминерализованная вода, формула – Н20 (м = 18 г/моль) – простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом, жидкость без запаха, вкуса и цвета. Некоторые параметры, характеризующие свойства воды при атмосферном давлении:

Температура кипения, °С ...................................................100

Температура плавления, °С.................................................0

Температура критическая, °С.............................................374,15

Давление критическое, МПа..............................................22,06

Плотность жидкости при 20ºС, г/см3................................0,998

Теплопроводность, МВт/(м•К):

жидкости при 273 К.............................................................561

жидкости при 318 К.............................................................645

Диэлектрическая проницаемость:

жидкости при 25°С.............................................................78,3

Показатель преломления:

жидкости при 20°С.............................................................1,3333

пара при 0°С и 0,1 МПа......................................................1,000252

Температурный коэффициент объёмного расширения, °С:

жидкости при 0ºС..............................................................–3,4 • 10–5

жидкости при 10°С............................................................9 • 10–5

жидкости при 20°С............................................................2,0 • 10–5

Плавление льда при атмосферном давлении сопровождается уменьшением объёма на 9%. Температурный коэффициент объёмного расширения льда и жидкой воды отрицателен при температурах соответственно ниже –210°С и 3,98°С. Теплоёмкость Ср° при плавлении возрастает почти в двое и в интервале 0 – 100°С почти не зависит от температуры (имеется минимум при температуре 35°С). Минимум изотермической сжимаемости 144,9 • 10–11 Па–1, наблюдаемый при 46°С, выражен довольно чётко. При низких давлениях и температурах до 30°С вязкость воды с ростом давления падает. Высокая диэлектрическая проницаемость и дипольный момент воды определяют её хорошую растворяющую способность по отношению к полярным и ионогенным веществам.

Химические свойства:

При обычных условиях с водой взаимодействует до половины растворённого в ней хлора и значительно меньше количества брома и йода. При повышенных температурах хлор и бром разлагают воду с образованием водорода и кислорода. При проникновении паров воды через раскалённый уголь она разлагается и образуется так называемый водяной газ:

Н2О + С СО + Н2

При повышенной температуре в присутствии катализатора вода реагирует с СО, СН4 другими углеводородами, например:

Н2О + СН4СО + 3Н2 (катализатор Ni или Сo)

Эти реакции используют для промышленного получения водорода. Фосфор при нагревании с водой под давлением в присутствии катализатора окисляется в метафосфорную кислоту.

Вода взаимодействует со многими металлами с образованием водорода и соответствующего гидроксида, со щелочными и щелочноземельными металлами (кроме магния). Эта реакция протекает уже при комнатной температуре:

2Na + 2H2О2NaOH + H2

1.2.6Поливинилбутираль. Физические свойства

Поливинилбутираль, формула СНзСН2СН2СНО (М = 72,10 г/моль) – является продуктом ацеталирования поливинилового спирта. Поливинилбутираль представляет собой ацеталь, содержащий бутиральные, гидроксильные и ацетатные группы. Имеет следующую эмпирическую формулу:

CH3 X У Z

где:

1)  х: 71,0–77,45 массовых %;

у: до 4,35 массовых %;

z: 100 – (х + у) массовых %;

2)  для лакового поливинилбутираля марки «А»:

х: 64,54–72,61 массовых %;

у: до 4,35 массовых %;

z: 100 – (x + у) массовых %

Поливинилбутираль – белый горючий порошок. Хорошо растворим в сложных эфирах, в метиловом, этиловом, пропиловом спиртах, циклогексаноне и хлорированных углеводородах. Нерастворим в углеводородах парафинового ряда. Поливинилбутираль обладает хорошей стойкостью к испарению, высокой атмосферостойкостью, стойкостью к действию солнечных лучей. Имеет высокую термостойкость – разлагается при нагревании до 160°С и выше. Поливинилбутираль содержит 78% бутиральных и 2 – 3 ацетатных групп. Обладает хорошими адгезионными свойствами.

1.3 КРАТКОЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТОЧКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Правильное размещение прои зводственных сил – необходимое условие ускоренного хозяйства. Оно обеспечивается экономией капитальных вложений, снижением транспортных затрат, снижением себестоимости продукции, повышением рентабельности производства и в конечном итоге экономией общественного труда.

При размещении промышленности учитываются технико–экономические особенности различных отраслей производства, зависящие от их материальных, энергетических и водных ресурсов, от транспортабельности сырья для данного производства. При вариантах размещения следует учитывать технологические возможности комбинирования данной отрасли с другими отраслями промышленности в целях комплексного, более полного использования сырья и отходов производства. Основной принцип размещения промышленности – приближение предприятий к источникам сырья, топлива и рынкам потребления, а также населённым пунктам.

Следующий принцип размещения предприятия, обеспечивающее освоение новых районов – эффективное использование природных богатств, а также использование трудовых ресурсов страны.

Открытие новых методов производства и новых источников сырья и топлива, внедрение передовой технологии на основе новейших достижений науки и техники оказывает большое влияние на рациональное размещение промышленности, в том числе и химической. При решении задач по размещению химических предприятий наряду с рассмотренными примерами необходимо учитывать также и факторы, отражающие экономические особенности различных химических производств. Факторы: сырьевой, энергетический, трудовой, водный, транспортный. Кроме перечисленных выше факторов важно учитывать и фактор времени с тем, чтобы выбираемые варианты размещения химических предприятий осуществляется быстрей, с этой точки зрения преимущества отдаются тем вариантам, в которых предполагаются использование имеющих мощные строительства, наличие прои зводственных и монтажных организаций.

Выбор пункта строительства – город Кусково Московской области.

1.4ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИНЯТОГО МЕТОДА

Ацеталирование поливинилового спирта проводят масляным альдегидом на катализаторе соляная кислота.

Процесс получения поливинилбутираля протекает в семь стадий:

1.4.1 Подготовка сырья

а) Растворение поливинилового спирта. Поливиниловый спирт растворяют в аппарате – подогревателе по режиму:

Модуль ванны......................1:10

Температура, °С..................50–60

Продолжительность, ч........5–6

В подогреватель подают сухой поливиниловый спирт и обессоленную воду. В течение 5–6 часов перемешивают и подогревают раствор до температуры 60°С.

б) Приготовление водного раствора щёлочи. В ёмкость для растворения щёлочи центробежным насосом загружают обессоленную воду, а через лаз в крышке шнеком загружают твёрдую щёлочь из расчёта получения раствора 10 – 15% концентрации. Растворение щёлочи производят при перемешивании сжатым воздухом в течение 10–15 минут. По окончанию растворения раствору дают отстояться в течение 8–12 часов и анализируют на содержание щёлочи. Отстоявшийся раствор через боковой штуцер сливается в мерник для загрузки в аппарат.

в) Масляный альдегид поступает в цех, ректифицированный и дополнительной, обработке не подвергается.

г) Соляная кислота. Перед загрузкой в ацеталятор анализируется на содержание хлорида водорода, затем разбавляется обессоленной водой в мернике

до концентрации 10–22% и передавливается сжатым воздухом в ацеталятор.

1.4.2 Ацеталирование поливинилового спирта

Ацеталирование поливинилового спирта проводят в ацеталяторе при модуле ванны 1:10 масляным альдегидом в присутствии НСl, который служит катализатором. Концентрация поливинилового спирта при этом будет 9%. Горячий водный раствор поливинилового спирта центробежным насосом, через фильтр, перекачивается в ацеталятор. Ацеталятор представляет собой эмалированный аппарат, снабжённый рубашкой для обогрева и охлаждения и якорно-лопастной мешалкой. В случае если раствор поливинилового спирта имеет температуру ниже 60°С, его, при перемешивании, подвергают дополнительному подогреву при температуре 60 – 70°С в течение 2 часов. После этого раствор охлаждают до 8 – 10°С. Охлаждение ацеталятора производят сначала холодной водой, подаваемой в рубашку, а затем хладагентом (раствор СаС12). Одновременно с началом охлаждения из ацеталятора отбирают пробу раствора спирта для определения сухого остатка и цветности. По результатам анализа проводят расчёт количества загруженного на ацеталирование сухого поливинилового спирта и загружают обессоленную воду. При температуре 8–10°С и непрерывном перемешивании раствора поливинилового спирта в ацеталятор, через фильтр, загружают масляный альдегид. После 20 минутного перемешивания поливинилового спирта с масляным альдегидом в ацеталятор загружают разбавленную обессоленной водой соляную кислоту из мерника. Ниже приведены нормы загрузки компонентов в ацеталятор (в массовых частях):

Поливиниловый спирт............100

Вода обессоленная...................925

Масляный альдегид.................60

Соляная кислота, 37%.............15

С добавлением соляной кислоты температура в аппарате увеличивается до 10 – 12°С. Реакционную смесь охлаждают, а время достижения температуры 10°С, считают началом процесса ацеталирования. Процесс ацеталирования ведут при перемешивании и обогреве реакционной массы горячей водой через рубашку ацеталятора при следующем температурном режиме:

Подъём температуры от 10 до 14°С – 3 часа

от 14 до 25°С – 3 часа

от 25 до 30°С – 2 часа

от 30 до 55°С – 3 – 3,5 часа

выдержка при температуре 55°С – 1 час

всего: 12 – 12,5 часов.

По окончании ацеталирования содержимое аппарата охлаждают до 25 –28°С. Затем отбирают пробу маточного раствора для определения содержания в нём масляного альдегида, которого должно быть в маточнике не более 0,4%.

1.4.3 Выделение продукта операцией центрифугирования:

Полученную суспензию поливинилбутираля вместе с маточником разгружают в центрифугу, отжимают и передают в промыватель.

1.4.4 Операция промывки:

Промывку поливинилбутираля проводят в промывателях. Промыватель – цилиндрический аппарат с коническим днищем. Аппарат снабжён рубашкой для обогрева и охлаждения, якорно–лопастной мешалкой со специальными люками, расположенными на нижней конической части аппарата с устройством для отсоса промывных вод под вакуумом и загрузки обессоленной воды под давлением. Промыватель, снабжен уровнемером для поддержания уровня промывной воды. Температура подаваемой воды должна быть не выше 40°С, модуль ванны 1:8. После подачи обессоленной воды производится 10 минутное перемешивание и отсос воды. Промывка считается законченной, когда кислотность промывной воды будет не выше кислотности воды, подаваемой в промыватель.

1.4.5Операция стабилизации поливинилбутираля

После промывки поливинилбутираля для устранения кислотности проводят стабилизацию его водным раствором щёлочи. В аппарат при работающей мешалке загружают из мерника раствор щёлочи. Через 10 минут после загрузки щёлочи отбирают пробу для контроля концентрации щёлочи в ванне. Стабилизацию проводят при перемешивании и температуре 55°С в течение 2 часов. По окончанию стабилизации содержимое аппарата охлаждают до 200С в течение 2 часов.

1.4.6Отжим на центрифуге:

Стабилизированный поливинилбутираль, при работающей мешалке промывателя, поступает в центрифугу и отжимается до содержания влаги 30 – 40%.

1.4.7Сушка поливинилбутираля

Отжатый поливинилбутираль поступает в аэрофонтанную сушилку непрерывного действия и при температуре не выше 50°С сушится до остаточного содержания влаги 3%. Высушенный продукт просеивают на вибрационном сите и мелкую фракцию упаковывают в мешки. Воздух уходящий из верхней части сушилки уносит с собой небольшое количество поливинилбутираля, для его улавливания мы ставим циклон. Мелкие частицы мы отправляем обратно в производство.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА

2.1ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВЫПОЛНЕННОЙ ГРАФИЧЕСКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА ИЛИ ОТДЕЛЕНИЯ

Ацеталирование поливинилового спирта проводится масляным альдегидом на катализаторе соляная кислота.

Поливиниловый спирт растворяют в аппарате – подогревателе ПД по режиму:

Модуль ванны.....................1:10

Температура, °С..................50–60

Продолжительность, ч........5–6

В подогреватель ПД подают сухой поливиниловый спирт и обессоленную воду. В течение 5–6 часов перемешивают и подогревают раствор до температуры 60°С. В ёмкость Е3 для щёлочи центробежным насосом H2 загружают обессоленную воду, а через лаз в крышке шнеком загружают твёрдую щёлочь из расчёта получения раствора 10 – 15% концентрации. Растворение щёлочи производят в Е3 при перемешивание сжатым воздухом в течение 10–15 минут. По окончанию растворения раствору дают отстояться в течение 8–12 часов и анализируют на содержание щёлочи. Отстоявшийся раствор через боковой штуцер сливается в мерник М2 для загрузки в аппарат. Масляный альдегид поступает в цех, ректифицированный и дополнительной обработке не подвергается. Перед загрузкой HCl в ацеталятор анализируется на содержание хлорида водорода, затем разбавляется обессоленной водой в мернике М1 до концентрации 10–22 % и передавливается сжатым воздухом в ацеталятор.

Ацеталирование поливинилового спирта проводят в ацеталяторе АЦ при модуле ванны 1:10 масляным альдегидом в присутствии НСl, который служит катализатором. Концентрация поливинилового спирта при этом будет 9%. Горячий водный раствор поливинилового спирта центробежным насосом Н3, через фильтр Ф2, перекачивается в ацеталятор АЦ. Ацеталятор АЦ представляет собой эмалированный аппарат, снабжённый рубашкой для обогрева и охлаждения и якорно–лопастной мешалкой. В случае если раствор поливинилового спирта имеет температуру ниже 60°С, его при перемешивании подвергают дополнительному подогреву при температуре 60 – 70°С в течение 2 часов. После этого раствор охлаждают до 8 – 10°С. Охлаждение ацеталятора АЦ производят сначала холодной водой, подаваемой в рубашку, а затем хладагентом (раствор СаС12). Одновременно с началом охлаждения, из ацеталятора АЦ отбирают пробу раствора спирта для определения сухого остатка и цветности. По результатам анализа проводят расчёт количества загруженного на ацеталирование сухого поливинилового спирта и загружают обессоленную воду. При температуре 8–10°С и непрерывном перемешивании раствора поливинилового спирта в ацеталятор, через фильтр Ф1, загружают масляный альдегид. После 20 минутного перемешивания поливинилового спирта с масляным альдегидом в ацеталятор АЦ загружают разбавленную обессоленной водой соляную кислоту из мерника М1. Ниже приведены нормы загрузки компонентов в ацеталятор (в массовых частях):

Поливиниловый спирт............100

Вода обессоленная..................925

Масляный альдегид.................60

Соляная кислота, 37%.............15

С добавлением соляной кислоты температура в аппарате увеличивается до 10–12°С. Реакционную смесь охлаждают, а время достижения температуры 10°С, считают началом процесса ацеталирования. Процесс ацеталирования ведут при перемешивании и обогреве реакционной массы горячей водой через рубашку ацеталятора АЦ при следующем температурном режиме:

подъём температуры от 10 до 14°С – 3 часа

от 14 до 25°С – 3 часа

от 25 до 30°С – 2 часа

от 30 до 55°С – 3 – 3,5 часа

выдержка при температуре 55°С – 1 час

всего: 12 – 12,5 часов.

По окончании ацеталирования содержимое аппарата охлаждают до 25–28°С. Затем отбирают пробу маточного раствора для определения содержания в нём масляного альдегида, которого должно быть в маточнике не более 0,4%. Полученную суспензию поливинилбутираля вмести с маточником разгружают в центрифугу Ц, отжимают и передают в промыватель ПК.

Промывку поливинилбутираля проводят в промывателях. Промыватель ПК – цилиндрический аппарат с коническим днищем. Аппарат снабжён рубашкой для обогрева и охлаждения, якорно-лопастной мешалкой со специальными люками, расположенными на нижней конической части аппарата с устройством для отсоса промывных вод под вакуумом и загрузки обессоленной воды под давлением. Промыватель ПК, снабжён уровнемером для поддержания уровня промывной воды. Температура подаваемой воды должна быть не выше 40°С, модуль ванны 1:8. После подачи обессоленной воды производится 10 минутное перемешивание и отсос воды. Промывка считается законченной, когда кислотность промывной воды будет не выше кислотности воды, подаваемой в промыватель.

После промывки поливинилбутираля для устранения кислотности проводят стабилизацию его водным раствором щёлочи. В аппарат ПК при работающей мешалке загружают из мерника M2 раствор щёлочи. Через 10 минут после загрузки щёлочи отбирают пробу для контроля концентрации щёлочи в ванне. Стабилизацию проводят при перемешивании и температуре 55°С в течение 2 часов. По окончанию стабилизации содержимое аппарата охлаждают до 200С в течение 2 часов.

Стабилизированный поливинилбутираль, при работающей мешалке промывателя ПК, поступает в центрифугу Ц и отжимается до содержания влаги 30 – 40%. Отжатый поливинилбутираль поступает в аэрофонтанную сушилку СА непрерывного действия и при температуре не выше 50°С сушится до остаточного содержания влаги 3%. Высушенный продукт просеивают на вибрационном сите ВС и мелкую фракцию упаковывают в мешки. Воздух, уходящий из верхней части сушилки, уносит с собой небольшое количество поливинилбутираля, для его улавливания мы ставим циклон ЦК. Мелкие частицы мы отправляем обратно в производство.

2.2 АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Для достижения наибольшей эффективности процесса необходимо:

1. Получить продукт высокого качества в соответствии с ГОСТом на него;

2. Обезопасить технологическое оборудование и, соответственно, обслуживающий персонал от возможных неполадок;

3. Поддерживать параметры технологического режима и т. д.

По мере осуществления механизации производства сокращается тяжёлый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличивается производительность труда. Внедрение специальных автоматических устройств способствует: безаварийной работе оборудования (аппаратов), исключая случаи травматизма, предупреждает загрязнения атмосферного воздуха и водоёмов промышленными отходами. Комплексная автоматизация процессов химической технологии предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств, но и автоматическое управление пуском и остановкой аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях.

Возмущение – это причина, вызывающая нарушение режима работы объекта. Существуют два вида возмущений: внутренние и внешние. При увеличении соотношения расходов масляного альдегида к поливиниловому спирту (6,6м3/ч:0,9м3/ч) время контактирования уменьшается, что приведёт к увеличению не прореагировавших продуктов реакции. При уменьшении соотношения расходов масляного альдегида к поливиниловому спирту температура, которая должна поддерживаться 600С, в ацеталяторе понижается, и из–за этого перестанет протекать реакция ацеталирования, поэтому необходимо регулировать соотношение расходов. Для подогревателя ставятся тензовесы, на которые приходят сигналы: о расходе горячей воды от ротаметра–преобразователя, установленного в трубопроводе с горячей водой и от тензодатчика, о весе твёрдого поливинилового спирта, установленного под шнеком. В ацеталяторе ставится командное электропневматическое устройство, которое переключает клапаны с горячей, холодной водой и рассолом через определенные промежутки времени. Необходимо сигнализировать уровни в ёмкостях 1, 2 и 3, а также в мерниках 1 и 2. Для готового продукта устанавливаем автоматические дозировочные весы. В промывной колонне необходимо поддерживать температуру 400С, для этого ставим клапан в трубопроводе подачи пара, а также сигнализируем понижение уровня. Температуру в калорифере поддерживаем 500С, для этого в калорифер устанавливаем термоэлектрический преобразователь, а клапан – на трубопровод подачи пара. В трубопроводе, на выходе воздуха из циклона, необходимо измерять, контролировать и сигнализировать превышение концентрации взвешенных частиц. Для сигнализации повышения давления (выше 0,2МПа) в мерник 1 устанавливаем датчик-реле давления.

2.3 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

В соответствии с требованиями охраны окружающей среды, содержание вредных веществ и примесей в атмосферном воздухе и водоёмах не должно вызывать патологических реакций в организме человека или приводить к заметным воздействиям на флору и фауну. Для оценки состояния атмосферного воздуха устанавливаются нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ. Эти нормативы должны отвечать интересам охраны здоровья людей и охраны окружающей природной среды. В производстве поливинилбутираля ацеталированием поливинилового спирта, образуются газообразные, жидкие и твёрдые отходы. Газообразные отходы образуются на стадиях: подготовка сырья, ацеталирование и промывка готового продукта, так же к ним относятся вентиляционные выбросы цеха, которые могут быть частично загрязнены исходными веществами и продуктами ацеталирования, в случае не герметичности оборудования. Газообразные отходы содержат: поливиниловый спирт, масляный альдегид, соляную кислоту и щёлочь. В газообразных отходах вредные примеси должны содержаться в концентрациях, не превышающих предельно допустимые концентрации: для соляной кислоты ПДК = 0,1 мг/м3, для поливинилового спирта ПДК = 0,5 мг/м3, для щёлочи ПДК = 0,5 мг/м3, для масляного альдегида ПДК = 5 мг/м3. Для очистки газов от вредных органических примесей осуществляется следующие методы: абсорбция, адсорбция, каталитический, термический, конденсация и нейтрализация. Отходящие газы, содержащие органические и неорганические примеси, поступают в коллектор для сбора газов. Далее газы идут в отпарную колонну, которая орошается водой, где под действием температуры (за счёт подогрева змеевика паром) органические примеси уходят из верхней части колонны и поступают на сжигание (рисунок 3). Для обезвреживания воздуха применяют каталитическое сжигание. Если термическое сжигание применяют главным образом при высокой концентрации примесей и при значительном содержании в газах кислорода (при температуре 800 – 11000С), то при каталитическом методе окисления температура не превышает 250 – 3000С. Каталитическая очистка дешевле в 2–3 раза высокотемпературного сжигания при высокой эффективности процесса. Из нижней части колонны с водой уходят щёлочь и соляная кислота, которые затем поступают в ёмкость, где смешиваются с другими загрязнёнными водами. Твердые частицы продукта собирают с помощью циклона или акустического смесителя и возвращают в производство (на вибрационное сито). Жидкие отходы включают в себя бытовые сточные воды и загрязнённые прои зводственные воды, содержащие соляную кислоту, щёлочь, поливиниловый спирт, масляный альдегид, метиловый спирт и CH3COONa. Эта вода собирается в ёмкость и из неё направляется на очистку. Для очистки воды от такого разнообразия примесей мы применяем термический метод очистки. И только после очистки воду можно смешать с бытовыми водами и отправить на заводские очистные сооружения, где они подвергнутся биологической очистке. После очистки вредные примеси, содержащиеся в воде, не должны превышать предельно–допустимых концентраций (ПДК).

На рисунке 1 представлена блок – схема, с указанием всех входящих и выходящих материальных потоков. На рисунке 2 – схема водопотребления и водоотведения производства поливинилбутираля. На рисунке 3 представлена схема очистки отходящих газов.

2.4 ИЗМЕНЕНИЯ, ВНЕСЁННЫЕ В ПРОЕКТ ПО СРАВНЕНИЮ С ДЕЙСТВУЮЩИМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Загрузка твёрдой щёлочи и твёрдого поливинилового спирта производим шнековым дозатором, а не в ручную. Так же в проекте вместо распылительной сушилки установили сушилку аэрофонтанного типа. Её достоинствами являются: интенсивная сушка (напряжение объёма сушильной камеры может достичь, несколько сотен кг/м3 • час); высокая степень использования сушильного агента; влажность автоматического регулирования параметров процесса (в том числе пребывание частиц материала в аппарате). Все сточные воды производства очищаются на очистных установках. Пыль, образовавшаяся в результате измельчения, просева и сушки, улавливается в циклон. Достоинствами циклона являются: простота конструкции и низкая стоимость. Газообразные примеси со всех стадий процесса собираются в коллектор и оттуда поступают в отпарную колонну, орошаемую водой. Отпарная колонна обогревается паром, для того чтобы в ней органические примеси отделились от неорганических, и вместе с воздухом ушли на сжигание в печь.

2.5 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ, ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ОХРАНА ТРУДА

В технологических процессах органического синтеза используемое сырьё, полупродукты, целевой и побочные продукты обладают в той или иной степени токсичностью и опасны в пожарном отношении. Некоторые из них являются взрывчатыми веществами; газообразные или парообразные органические вещества, как правило, образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Во избежание аварий и несчастных случаев (отравлений, ожогов и тому подобное), а также для предупреждения хронических профессиональных заболеваний обслуживающий персонал должен тщательно изучить и строго выполнять все противопожарные инструкции и нормы по технике безопасности. Наряду с изучением технологического процесса и физико–химических свойств сырья и продуктов, работающие в данном производстве должны хорошо знать физиологическое действие на человеческий организм всех применяемых в цехе материалов, соблюдать правила личной гигиены, уметь пользоваться индивидуальными средствами защиты и средствами гашения пламени, уметь оказывать первую медицинскую помощь пострадавшему, знать и выполнять правила безопасного обращения с электрооборудованием.

Токсичность химических веществ в производстве поливинилбутираля: Характер и степень токсичности химических веществ определяются их строением, физико–химическими свойствами, концентрацией и путями проникновения этих веществ в организм человека:

Поливиниловый спирт. Малотоксичен. При парентеральном поступлении своеобразная пигментация роговой и радужной оболочки, хрусталика и сетчатки. Продукты деструкции поливинилового спирта, нагретого до 1700С (непредельные углеводороды, альдегиды, органические кислоты, оксиды углерода), раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей. При длительном вдыхании повышают возбудимость центральной нервной системы и снижают иммунобиологическую реактивность. Патологически: хроническая интерстициальная пневмония и дистрофические изменения в печени. Предельно допустимые концентрации поливинилового спирта ПДК = 0,5 мг/м3. Второй класс опасности: вещества высоко – опасные. Индивидуальная защита и меры предупреждения для поливинилового спирта – защита органов дыхания от пыли и продуктов деструкции, защита глаз.

Гидроксид натрия (стабилизатор). При попадании растворов или пыли на кожу, и в особенности, на слизистые образуется мягкий струп. Проникает и в более глубокие ткани. После «ожогов» остаются рубцы. Растворы действуют тем сильнее, чем выше концентрация и температура. При постоянной работе с ними часто появляются язвы на пальцах рук (после них рубцы, потливость); узелковые дерматиты. У работающих с горячими щелочными растворами – набухание и размягчение рогового слоя кожи рук, затем его постепенное удаление (состояние кожи известное под названием «руки прачек»). На этой почве легко возникают экземы, особенно в суставных складках пальцев. Ногти становятся тусклыми, ломкими, отделяются от ногтевого ложа. У рабочих кожнодубильного производства, соприкасающихся с соединениями Cr, повышена чувствительность к NaOH; эти лица дают 85% нетрудоспособности по заболеваниям кожи. Опасно попадание даже самых малых количеств NaOH в глаза: поражается не только роговица, но вследствие быстрого проникновения NaOH вглубь, страдают и глубокие части глаза. Исходом может быть слепота. Предельно допустимые концентрации едкого натра ПДК = 0,5 мг/м3. Второй класс опасности: вещества высоко–опасные. Индивидуальная защита и меры предупреждения для гидроокиси натрия – спецодежда из плотной ткани, резиновые перчатки, нарукавники, фартуки, обувь. Индифферентные и гидрофобные защитные мази.

Хлорид водорода (катализатор). При высоких концентрациях НС1 раздражает слизистые, в особенности носа. Вызывает конъюнктивит, помутнение роговицы, охриплость, чувство удушения, покалывание в груди, насморк, кашель, иногда кровь в мокроте. Концентрации 0,05 – 0,075 мг/л переносятся с трудом, хотя «привычные» люди выносят в течение нескольких минут даже концентрации 1–2 мг/л. Хроническое отравление вызывает катары дыхательных путей, разрушение зубов, изъязвление слизистой носа и даже прободение носовой перегородки, желудочно-кишечные расстройства, возможны воспалительные заболевания кожи. Опасен случай тяжёлого отравления: сильное исхудание, слабость; горячая, сухая, землистая кожа; кашель, учащённое дыхание, мелкопузырчатые хрипы; мокрота отхаркивается с большим трудом; сердечная деятельность нормальная, но по несколько раз в день сильные сердцебиения. Пульс – 70–80 ударов в минуту. Острые боли в области желудка, рвота желтоватой слизью. Предельная безвредная при постоянной работе концентрация – 0,015 мг/л. Наблюдается якобы привыкание к хлористому водороду, причина которого пока неясна. Предельно допустимая концентрация соляной кислоты ПДК = 5 мг/м3. Третий класс опасности: вещества умеренно–опасные. Индивидуальная защита и меры предупреждения – фильтрующий промышленный противогаз марки В, защитные герметичные очки, спецодежда из кислотостойкой ткани (винитроновая ткань; ткань ШХВ–30–КП; шерсть с 30% хлорного волокна; нитрон; ШЛ; лавсан или ткань, обработанная латексами). Фартуки из неопрена, текстовинита. Рукавицы, перчатки из стойкой резины. Сапоги из противокислотной резины. Герметизация ёмкостей для хранения и транспортировки. Механизация дозировки, слива, заполнения тары. Вентиляция прои зводственных помещений. Оборудование фонтанчиков и гидрантов для возможности немедленного смывания брызг кислоты, попавшей в глаза и на кожу. Предварительные и периодические (1 раз в 24 месяца) медицинские осмотры и осмотры стоматологом (1 раз в 6 месяцев) работающих в производстве и при систематическом применении НС1.

Масляный альдегид. Уже при небольших концентрациях (0,013 – 0,76 мг/л) масляный альдегид раздражает глаза и вызывает конъюнктивит. Концентрация 0,55 мг/л непереносима (работа в противогазах). Ощущение запаха при 0,004 мг/л. При местном действии на кожу после 10 минут на месте воспалительная реакция: покраснение, повышение температуры на 5 – 7°С по сравнению с контрольным участком. Предельно допустимая концентрация масляного альдегида ПДК = 5 мг/м3. Третий класс опасности: вещества умеренно–опасные. Индивидуальная защита и меры предупреждения – фильтрующий промышленный противогаз марки А; герметичные защитные очки. В условиях очень высоких концентраций – изолирующие шланговые или другие противогазы. При работе с масляным альдегидом для защиты кожи рук рекомендуют мази: вазелин – 50, ланолин – 35, буровская жидкость (2%) – 13, витамина А – 2 массовых части. Втирать в кожу после удаления масляного альдегида. Герметизация процессов, связанная с выделением масляного альдегида, работа аппаратуры под вакуумом, вентиляция помещения. Предварительные и периодические медицинские осмотры имеющих контакт с масляным альдегидом (1 раз в 24 месяца) и осмотр дерматологом (1 раз в 6 месяцев).

Поливинилацетат. Обладает очень слабой биологической активностью, что объясняется действием остатков мономера и пластификаторов. Токсичность клеев, лаков и красок на основе поливинилацетата определяется свойствами растворителей и добавок.

Классификация производств по степени пожарной опасности и взрывоопасности:

Основными факторами, определяющими степень пожарной опасности химических производств, являются температура вспышки и пределы взрываемости газообразных (или парообразных) применяемых веществ. Кроме того, учитывается наличие в производстве пыли, могущей дать с воздухом взрывчатые смеси, а также параметры технологического процесса и масштабы производства. Все производства по степени пожарной опасности делятся на пять категорий: А, Б, В, Г и Д. В зависимости от категории производства по степени пожарной опасности определяют огнестойкость и конструкцию здания и его элементов, планировку подсобных и прои зводственных цехов и сооружений, величину разрывов между зданиями. Производство поливинилбутираля относится к категории А. Применение химических веществ в данной категории, в таких количествах, чтобы могли образоваться с воздухом взрывчатые смеси, воспламенение и взрыв которых могут последовать в результате действия воды или кислорода воздуха (жидкостей с температурой вспышки паров 28°С и ниже; горючих газов, нижней предел взрываемости которых в смеси с воздухом 10 объёмных % и менее). Под огнеопасностью зданий и сооружений понимают способность их конструктивных элементов выдерживать расчётные нагрузки при действии высоких температур в условиях пожара, а также при действии резких температурных колебаний, возникающих при тушении пожара водой. Здания и сооружения по огнестойкости подразделяются на пять степеней. К 1 степени относятся здания, конструкции которых выполнены из несгораемых материалов (все естественные и искусственные неорганические материалы, а также металлы), к 5 степени относятся здания, конструкции которых выполнены в основном из сгораемых материалов. Требуемая степень огнестойкости зданий определяется категорией пожарной опасности производств этажностью зданий и допустимой площадью пола между противопожарными стенами на одном этаже. Здание для производства поливинилбутираля строится по 2 степени огнестойкости. В цехе должны быть обеспечены все меры согласно инструкции по технике безопасности и пожарной опасности.

Санитарная классификация производств:

В зависимости от выделяемых вредных веществ и условий технического процесса, а также от способов и эффективности очистки, выбрасываемых в атмосферу токсичных газов, паров и пыли все промышленные предприятия делятся на пять классов. Большинство производств основного органического синтеза относятся к первому, второму и третьему классам. Производство поливинилбутираля относится к 1 классу. В зависимости от того, к какому классу относятся предприятие, устанавливают санитарно защитные зоны – разрывы, отделяющие данное предприятие от ближайшего жилого района (для предприятия 1 класса разрыв должен быть 1000 метров).

Санитарно–техническое оборудование химических предприятий:

Среди мероприятий, направленных на уменьшение травматизма, заболеваний и профессиональных отравлений, большую роль играет эффективная вентиляция прои зводственных цехов. В зависимости от способа организации воздухообмена вентиляция разделяется на местную, общеобменную и приточно–вытяжную (смешанную), из различных вентиляционных систем во вредных или взрывоопасных производствах наиболее широко используют приточно–вытяжную вентиляцию. Эффективность приточно–вытяжной вентиляции определяется количеством воздуха, удаляемого из рабочего помещения и подаваемого в него, и измеряется кратностью воздухообмена, то есть отношение количества воздуха, нагреваемого в помещении и удаляемого из него в час, к объёму помещения. Кратность обмена устанавливают в зависимости от количества и характера вредных выделений (токсичность, физико – химические свойства), а также от количества выделяющегося тепла.

3. РАСЧЁТЫ

3.1МАТЕРИАЛЬНЫЙ РАСЧЁТ И ТАБЛИЦЫ МАТЕРИАЛЬНЫХ БАЛАНСОВ ОСНОВНЫХ СТАДИЙ И В ЦЕЛОМ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА

Исходные данные:

Производительность цеха: 7300 т/год

Текущий ремонт: 720 / 64 [27, с. 271]

Капитальный ремонт: 8640 / 208 [27, с. 271]

Продолжительность работы оборудования в году, ч/год:

366 – (Х1 + Х2) = 366 – (32,53 + 8,81) = 324,66

где: Х1 = (366 • 64) / 720 = 32,53 сут/год

Х2 = (366 • 208) / 8640 = 8,81 сут/год

Суточная производительность цеха без учёта потерь, кг/сут:

7300000 / 324,66 = 22485,06

Суточная производительность цеха с учётом потерь, кг/сут:

22485,06 / (1 – 0,02) = 22943,95

Общие потери влажного продукта, кг/сут:

22943,95 – 22485,06 = 458,89

Влажность продукта 2%. Общие потери абсолютно сухого продукта, кг/сут:

458,89 • 0,98 = 449,71

Потери по стадиям влажного продукта:

СТАДИЯ АЦЕТАЛИРОВАНИЯ:

Определяем теоретическую загрузку ПВС, кг/сут:

(4526 • 22485,06) / 7010 = 14517,46

Определяем загрузку ПВС с учётом степени превращения, кг/сут:

14517,46 / 0,93 = 15610,17

Определяем сколько ПВС не прореагирует, кг/сут:

15610,17 – 14517,46 = 1092,71

Определяем, сколько технически ПВС загружается в реактор, если содержание примесей – 2,2%, кг/сут:

15610,17 / 0,978 = 15961,32

Состав технического ПВС, кг/сут:

--------------------------------------------------

а) ПВС х. ч.

б) Метанол

в) Ацетат натрия

|

15610,17

15961,32 • 0,02 = 319,23

15961,32 • 0,002 = 31,92

|
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Определяем массу 10% ПВС (после разбавления в растворителе), кг/ч:

15961,32 / 0,1 = 159613,20

Определяем количество воды, которая содержится в 10% ПВС, кг/ч:

159613,20 – 15961,32 = 143651,88

Сколько теряется раствора ПВС из ацеталятора, кг/сут:

159613,20 • 0,002 = 319,23

Сколько раствора останется без потерь, кг/сут:

159613,20 – 319,23 = 159293,97

Состав загружаемого 10% ПВС, кг/сут:

--------------------------------------------------

ПВС

Метанол

Ацетат натрия

Вода

|

15610,17

319,23

31,92

143651,88

159613,20

|
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Определяем загрузку воды в реактор–ацеталятор по рецептуре (100 м. ч. ПВС – 925 м. ч. воды), кг/сут:

15610,17 • 925 / 100 = 144394,07

а) Сколько воды следует добавить, кг/сут:

144394,07 – 143651,88 = 742,19

Определяем загрузку 37% соляной кислоты (100 м. ч. ПВС берётся 15 м. ч. 37% соляной кислоты), кг/сут:

(15 • 15610,17) / 100 = 2341,53

а) Сколько воды содержится в кислоте, кг/сут:

2341,53 – 866,37 = 1475,16

где: 2341,53 • 0,37 = 866,37 – HCl х. ч.

б) Перед подачей в ацеталятор HCl разбавляется до концентрации 22%. Определяем, сколько образуется 22% HCl, кг/сут:

866,37 / 0,22 = 4028,95

в) Какое количество воды содержится в 22% соляной кислоте, кг/сут:

4028,95 – 866,37 = 3162,58

Общее количество воды в ацеталяторе, кг/сут:

144394,07 + 1475,16 + 3162,58 = 149031,81

Сколько масляного альдегида прореагирует, кг/сут:

(3312 • 22485,06) / 7010 = 10623,47

Сколько масляного альдегида требуется загрузить (по данным КХЗ на 1 моль ПВС берётся 0,46 кмоль масляного альдегида), кмоль/сут:

а) Сколько ПВС загружается в ацеталятор, кмоль/сут:

15610,17 / 45 = 346,89

б) Сколько масляного альдегида требуется загрузить, кмоль/сут:

346,89 • 0,46 = 159,57

в) Сколько масляного альдегида загружается, кг/сут:

159,57 • 72 = 11489,04

г) Сколько масляного альдегида не прореагирует, кг/сут:

11489,04 – 10623,47 = 865,57

Сколько технического масляного альдегида загружается (по данным КХЗ масляный альдегид имеет 2% примесей), кг/сут:

11489,04 / 0,98 = 11723,51

а) Сколько примесей (воды) содержится в масляном альдегиде, кг/сут:

11723,51 – 11489,04 = 234,47

Модуль ванны (ПВС: вода) 1: 10 в ацеталяторе.

а) Общая загрузка с сырьём воды, кг/сут:

149031,81 + 234,47 = 149266,28

б) Сколько жидкой фазы должно быть с учётом модуля ванны, кг/сут:

15961,32 • 10 = 159613,20

в) Сколько воды по рецептуре надо добавить в процесс, кг/сут:

159613,20 – (149266,28 + 866,37) = 9480,55

Сколько воды образуется в процессе образования поливинилбутираля, кг/сут:

(828 • 22485,06) / 7010 = 2655,87

ОПЕРАЦИЯ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ:

Процент потерь на операции центрифугирования составляет 0,20%. Так как Поливинилбутираль из центрифуги выходит 30% влажности, то:

Определяем массу 30% поливинилбутираля, кг/сут:

22393,28 / 0,30 = 74644,27

Сколько примесей содержится в поливинилбутирале, кг/сут:

74644,27 – 22393,28 = 52250,99

Следовательно содержится:

В маточнике содержится, кг/сут:

--------------------------------------------------
Поливинилбутираль | (458,89 • 0,2) / 2 = 45,89 |
---------------------------------------------------------
ПВС | 773,48 – 232,04 = 541,44 |
---------------------------------------------------------
Метанол | 319,23 – 95,77 = 223,46 |
---------------------------------------------------------
HCl | 866,37 – 259,91 = 606,46 |
---------------------------------------------------------
Ацетат натрия | 31,92 – 9,58 = 22,34 |
---------------------------------------------------------
Масляный альдегид | 865,57 – 259,67 = 605,90 |
---------------------------------------------------------
Вода | (156529,48 + 2655,87) – 51394,02 = 107791,33 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

ОПЕРАЦИЯ ПРОМЫВКИ:

После загрузки в промыватель потери на промывке поливинилбутираля составляют 0,25%:

Сколько поливинилбутираля потеряется после промывателя, кг/сут: (458,89 • 0,25) / 2 = 57,36

Сколько поливинилбутираля остаётся после потерь на операции промывки, кг/сут:

22393,28 – 57,36 = 22335,92

Модуль ванны (поливинилбутираль: вода) 1: 8.

Сколько воды добавляют в промыватель, кг/сут:

а) Масса воды, кг/сут:

22393,28 • 8 = 179146,24

б) Масса добавляемой воды (т. к. в поливинилбутирале содержится вода), кг/сут:

179146,24 – 51394,02 = 127752,22

Из промывателя удаляется вода на 50% с примесями. Поливинилбутираль содержит 2% примесей.

Сколько примесей содержится в поливинилбутирале после промывки, кг/сут:

22335,92 / 0,98 = 22791,76

ОПЕРАЦИЯ СТАБИЛИЗАЦИИ:

На стадии стабилизации потери поливинилбутираля составляют 0,25%, кг/сут:

(458,89 • 0,25) / 2 = 57,36

Сколько поливинилбутираля остаётся после промывки, кг/сут:

22335,92 – 57,36 = 22278,56 155,95

HCl + NaOH NaCl + H2O

36,5 40 58,5 18

Сколько х. ч. NaOH расходуется для нейтрализации HCl, кг/сут:

(40 • 155,95) / 36,5 = 170,90

Сколько 15% щёлочи загружается на стабилизацию, кг/сут:

170,90 / 0,15 = 1139,33

Сколько содержится воды, кг/сут:

1139,33 – 170,90 = 968,43

Сколько образуется NaCl, кг/сут:

(58,5 • 155,95) / 36,5 = 249,95

Сколько образуется воды, кг/сут:

(18 • 155,95) / 36,5 = 76,90

ОПЕРАЦИЯ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ:

Потери поливинилбутираля 0,20% на стадии центрифугирования.

Потери поливинилбутираля, кг/сут:

(458,89 • 0,20) / 2 = 45,89

Сколько поливинилбутираля остаётся без потерь, кг/сут:

22278,56 – 45,89 = 22232,67

Сколько влажного поливинилбутираля остаётся после центрифугирования, кг/сут:

22232,67 / 0,30 = 74108,90

Сколько воды находится в поливинилбутирале, кг/сут:

74108,90 – 22232,67 = 51876,23

Сколько маточника уйдёт из центрифуги, кг/сут:

113505,14 – 57,36 = 113447,78

1) 113447,78 – 74108,90 = 39338,88

2) 90618,45 – 51876,23 = 38742,22 – вода

Материальный баланс сушки:

Потери поливинилбутираля 0,50%, кг/сут:

(458,89 • 0,50) / 2 = 114,72

Поливинилбутираль остаётся после сушки, кг/сут:

22168,78 – 114,72 = 22054,06

После сушки поливинилбутираль выходит 2% влажности, кг/сут:

22054,06 / 0,98 = 22504,14

Сколько содержится воды, кг/сут:

22504,14 – 22054,06 = 450,08

Сколько воды испарилось, кг/сут:

51876,23 – 450,08 = 51426,15

ОПЕРАЦИЯ УПАКОВКИ:

Потери при упаковке составляют 0,20%.

Вода в маточнике, кг/сут:

285268,13 – 51426,15 (испарение) – 450,08 (в ПВБ) = 233391,90

3.2ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ОСНОВНОГО АППАРАТА – АЦЕТАЛЯТОРА. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА АППАРАТОВ В УСТАНОВКЕ

Рассчитываем количество ацеталяторов:

Количество загружаемого сырья в ацеталятор, кг/сут:

Gсут = mПВС + mмасл. альд. + mHCl 22% = 159613,20 + 11723,51 + 4028,95 = 175365,66

где: mПВС – масса поливинилового спирта, кг/сут [из таблицы

mмасл. альд. – масса масляного альдегида, кг/сут материального

mHCl 22% – масса 22% соляной кислоты, кг/сут баланса]

В объёме, м3/сут:

Vсут = Gсут / (ρсм • 1000) = 175365,66 / (1,03 • 1000) = 170,26

где: ρсм – плотность смеси = 1,03 г/см3 [из регламента КХЗ]

Продолжительность цикла ацеталирования (загрузка, перемешивание, охлаждение, ацеталирование) принимаем 30 часов, тогда число операций в сутки:

n = τ / t = 24 / 30 = 0,80

Производительность всех ацеталяторов, м3/опер:

Vраб = Vсут / n = 170,26 / 0,80 = 212,83

Полезный объём ацеталятора, м3:

40 • 0,75 = 30

Производительность одного ацеталятора на одну операцию, м3/опер:

30 / 0,8 = 37,5

Определяем количество ацеталяторов, шт.:

212,83 / 37,5 = 5,67

Принимаем количество ацеталяторов – 6 аппаратов.

Техническая характеристика аппарата:

– ёмкость 40 м3;

– D = 3,35 м; [13, с. 58]

– D1 = 3,55 м;

– H = 4,25 м;

– H2 = 8,5 м;

– рабочее давление в аппарате 0,3 МПа;

– температура среды 550С;

– среда: масляный альдегид, поливиниловый спирт, соляная кислота;

– среда в рубашке: горячая вода.

Рассчитываем количество промывателей:

Промывку ведут при модуле ванны 1: 8.

Определяем полный объём всех промывателей с учётом коэффициента заполнения, кг/сут:

Vполн. = 202396,49 / 0,75 = 269861,99

В объёме, м3/сут:

Vсут = Gсут / (ρсм • 1000) = 269861,99 / (1,01 • 1000) = 267,19

Продолжительность цикла промывки – 21 час. Число операций в сутки:

n = 24 / 21 = 1,14

Рабочий объём всех промывателей, м3/опер:

Vраб = Vсут / n = 267,19 / 1,14 = 234,38

Общий объём всех промывателей с учётом коэффициента заполнения, м3/опер:

Vобщ = Vраб / g = 234,38 / 0,75 = 312,51

Производительность всех промывателей, м3/опер:

Vраб = Vсут / n = 312,51 / 1,14 = 274,13

Полезный объём промывателя, м3:

40 • 0,75 = 30

Производительность одного промывателя на одну операцию, м3/опер:

30 / 1,14 = 26,32

Определяем количество промывателей, шт.:

274,13 / 26,32 = 5,72

Принимаем количество ацеталяторов – 6 аппаратов.

Техническая характеристика аппарата:

– ёмкость 40 м3;

– диаметр 3,5 м;

– высота 4,16 м;

– рабочее давление в аппарате 0,3 МПа;

– температура среды 400С;

– среда в аппарате: вода, поливинилбутираль, щёлочь;

– материал: сталь.

Аппарат снабжён якорно–лопастной мешалкой 55 оборотов в минуту, крышка съёмная, дно коническое, привод электродвигателя мощностью 36 КВт.

Рассчитываем количество аппаратов для приготовления щёлочи:

Объём приготовляемого раствора, м3/сут:

Vсут = Gсут / ρсм = 1139,33 / 71,2 = 16,00

Продолжительность растворения 10 часов. Число операций в сутки:

n = 24 / 10 = 2,4

Рабочий объём всех аппаратов, м3/опер:

Vраб = Vсут / n = 16,00 / 2,4= 6,67

Полный объём всех аппаратов с учётом коэффициента заполнения, м3/опер:

Vполн. = Vраб / g = 6,67 / 0,90 = 7,41

Необходимое количество аппаратов, шт.:

7,41 / 5 = 1,5

Принимаем количество аппаратов – 2 шт.

Техническая характеристика аппарата:

– объём 5 м3;

– высота 5417 мм;

– диаметр 4067 мм;

– масса 1300 кг.

Аппарат закрыт сферической крышкой.

Рассчитываем количество центрифуг:

Принимаем к установке центрифугу марки НОГШ–325–2М.

Производительность – 960 кг/час.

На центрифугирование поступает суспензии, кг/час:

184481,09 / 24 = 7686,71

Необходимое количество аппаратов, шт.:

7686,71 / 960 = 8,01

Принимаем количество центрифуг – 8 аппаратов.

Техническая характеристика аппарата:

– высота 540 мм;

– длина 1510 мм;

– диаметр 1465 мм;

– масса 580 кг;

– максимальный диаметр ротора 325 мм;

– максимальное число оборотов ротора 3500 об/мин;

– максимальная расчётная производительность по суспензии 6 м3/час;

– мощность двигателя привода 7 КВт.

Рассчитываем количество сушилок:

В сушилку

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Производство поливинилбутираля". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»

---

Другие дипломные работы по специальности "Химия":