Дипломная работа на тему "Промышленная технология производства катализатора дегидрирования изоамиленов в изопрен марки КИМ-1"

ГлавнаяХимия → Промышленная технология производства катализатора дегидрирования изоамиленов в изопрен марки КИМ-1




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Промышленная технология производства катализатора дегидрирования изоамиленов в изопрен марки КИМ-1":


Введение

Одним из основных направлений развития химической промышленности является создание мощного современного производства пластических масс и каучуков. Особо важное значение приобретают мономеры, одним из которых является изопрен.

В настоящие время известно несколько способов синтеза изопрена. В целом в промышленности внедрены два метода:

синтез изопрена из формальдегида и изобутилена;

двух стадийное дегидрирование изопентана в изоамилены и далее в изопрен.

Оба метода реализованы на ОАО «Нижнекамскнефтехим».

Вторая стадия каталитического дегидрирования изоамиленов в изопрен ранее осуществлялась в присутствии катализатора марки КИМ-1. Производителем катализатора являлся завод «Окиси этилена» (цех № 2410) Нижнекамского нефтехимического комбината. Катализатор характеризовался хорошими эксплуатационными показателями, достаточной активностью и селективностью, высокой механической прочностью.

В данной работе на проектирование представлена промышленная технология производства катализатора дегидрирования изоамиленов в изопрен марки КИМ-1 в присутствии водяного пара в адиабатических реакторах с неподвижным слоем катализатора на заводе СК.

Катализатор дегидрирования КИМ-1 производится на территории цеха № 2410 завода «Окиси этилена» ОАО «Нижнекамскнефтехим». В целях уменьшения капитальных затрат при проектировании для производства катализатора КИМ-1 предусматривается максимально возможное использование существующего технологического оборудования, применяемого ранее для производства катализатора ИМ-603, с сохранением его обвязки технологическими трубопроводами. Процесс производства катализатора дегидрирования КИМ-1 является периодическим. Количество технологических потоков - два.


1. Характеристика сырья и готовой продукции

1.1. Характеристики производимой продукции

Таблица 1.1 - Характеристики производимой продукции

№ п/п | Наименование изготовляемой продукции | Номер ГОСТ, ТУ, регламент | Показатели качества, обязательные для проверки | Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями |
---------------------------------------------------------
1 | Готовый катализатор КИМ-1 | ТУ 2173-002-12988979-95 |

-      внешний вид

-       размер гранул, мм

 длина

 диаметр

- насыпная плотность г/см³ не менее

-механическая прочность, %, не менее

 кг/гранулу, не менее

- каталитические свойства

выход изопрена на пропущенные изоамилены, % мас, не менее

выход изопрена на разложенные изоамилены, % мас, не менее

- однородность:

массовая доля комков, представляющих слепки более чем трех гранул, %, не более

массовая доля пыли размером менее 1 мм, %, не более

|

гранулы красно-коричневого цвета

3-20

3.0-4.0

0.95

96,0

10

35,0

85,0

4,0

1,0

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

1.2 Характеристика сырья, материалов, реагентов, полупродуктов

Таблица 1.2- Характеристика сырья


№ п/п | Наименование сырья, материалов, катализатора, изготовляемой продукции | Номер ГОСТ, ТУ, регламент | Показатели качества, обязательные для проверки | Регламентируемые показатели |
---------------------------------------------------------
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
---------------------------------------------------------

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.1

|

Пигмент желтый

 железо-оксидный

|
ТУ 38. 503286-91 или ГОСТ 1817.2-80 |

массовая доля

- железа в пересчете на Fe2O3, %, не менее

- ионов натрия в пересчете на Na2CO3, %, не более

- хлоридов, %, не более

|

84,0

0,007

0,01

|
---------------------------------------------------------
2 | Калий углекислый технический 1 сорт | ГОСТ 10690-73 |

массовая доля

- К2СО3, %, не менее

- ионов натрия в пересчете на Na2CO3, %, не более

-хлоридов, %, не более

|

98,0

0,6

0,05

|
---------------------------------------------------------
3 | Циркония двуокись сорт 2 | ГОСТ 21907-76 | Содержание суммы двуокисей циркония и гафния, %, не менее | 99,0 |
---------------------------------------------------------
4 | Хрома окись техническая ОХП-1,ОХП-2 | ГОСТ 2912-79 |

массовая доля

- общего хрома в пересчете на Cr 2 O3, %, не менее

|
99,0 |
---------------------------------------------------------
5 | Калия гидрат окиси технический марки ОКП 21, сорт высший | ГОСТ 9285-78 |

массовая доля

-      едких щелочей в пересчете КОН,%, не менее

-      натрия в пересчете на NaOH, %, не более

|

98,0

1,5

|
---------------------------------------------------------
6 | Оксид алюминия активный | ТУ 38. 10216-78 или ГОСТ 8136-85 |

массовая доля

- натрия в пересчете на оксид натрия,%, не более

|
0,025 |
---------------------------------------------------------
7 | Силикагель технический марки КСМГ сорт высший или сажа белая марки БС-120 |

ГОСТ 3956-76

ГОСТ 18307-78

|

По паспорту поставщика

По паспорту поставщика

|
|

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

8 | Вода обессоленная 3 ступени очистки (спец очищенная) | Требования регламента |

содержание

-      хлор ионов, мг/л, не более

-      ионов натрия, мг/л, не более

|

3,0

1,0

|

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

9 | Топливный газ | Требования регламента | Теплотворная способность, ккал/Вм³, не менее | 8000 |

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

10 | Воздух технологический | ГОСТ 24484-80 | - температура точки росы | - 60С |

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

11 | Азот газообразный технический, повышенной чистоты, 2 сорт | ГОСТ 9293-74 |

объемная доля

-      азота, %, не менее

-      кислорода, %, не более

|

99,95

0,05

|

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

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

1.3 Физико-химические свойства сырьевых компонентов [1-8]

В качестве сырья для производства экспериментального железо-оксидного катализатора синтеза изопрена дегидрированием изоамиленов используются следующие сырьевые компоненты:

Пигмент железо-оксидный – порошок желтого цвета, молекулярный вес 159,69, а.е., температура плавления – 1565°С, в воде не растворим.

Калий углекислый – порошок белого цвета, молекулярный вес 138 а.е., температура плавления -891°С, в воде растворим.

Циркония двуокись – порошок белого цвета или сероватым с желтоватым оттенком, молекулярный вес 123 а.е., температура плавления -2680 °С, в воде не растворим.

Хрома окись – порошок темно – зеленого цвета, молекулярный вес 152 а.е., температура плавления -2275°С в воде не растворим.

Гидроксид калия – чешуйки зеленого, сиреневого или серого цвета, молекулярный вес 56 а.е., температура плавления- 380°С.

Оксид алюминия – гранулы белого цвета, молекулярный вес 102 а.е., температура плавления

Сажа белая – порошок белого цвета.


1.4 Термодинамические свойства сырьевых компонентов

Таблица 1.3 - Термодинамические свойства сырьевых компонентов

Название компонентов | Теплоемкость, Дж/(моль×К) |

Энтропия,

Дж/(моль×К)

|
Тепловой эффект, кДж/моль |
---------------------------------------------------------
Пигмент желтый железо-оксидный | 104.6 | 90.00 | 822.1 |
---------------------------------------------------------
Окись хрома | 113,8 | 81,1 | 1128,4 |
---------------------------------------------------------
Двуокись циркония | 56,5 | 50,34 | 1080,31 |
---------------------------------------------------------
Калий углекислый | 115,7 | 156,3 | 1146,1 |
---------------------------------------------------------
Оксид алюминия | 79 | 50,92 | 1669,8 |
---------------------------------------------------------
Гидроксид калия | 65,60 | 59,41 | 425,34 |
---------------------------------------------------------
Сажа белая | 859,4 | 41,9 | 859,4 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

1.5 Физико-химические характеристики конечного продукта

Катализатор дегидрирования КИМ-1 представляет собой железо-калиевую оксидную систему, промотированную оксидами металлов. Имеет следующий химический состав:

Fe2O3-53.5 %, Cr2O3-3,8%, ZrO2-3,0%, K2CO3-31,1%, AI2O3-1,75 %, KOH-2,3%, сажа белая-4,6%.


Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.2. Физико-химические основы технологического процесса

Процесс двух стадийного дегидрирования изопентана в изопрен является вторым, после синтеза изобутилена и формальдегида, промышленным методом синтеза изопрена, разработанным и внедренным в России [9,10].

Сущность процесса двух стадийного дегидрирования изопентана состоит в последовательном превращении изопентана в изоамилены, а смеси последних – в изопрен. На практике эти операции осуществляются в различных условиях, на разных катализаторах и самостоятельных технологических установках.

Схема основных и побочных химических превращений, протекающих при дегидрировании изопентана и изоамиленов [11]:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (2.1)

Вопрос о фазовом составе промотированных железно-оксидных катализаторов, находящихся в атмосфере паров углеводородов и воды при температурах 770-870 К, является ключевым для определения механизма реакции дегидрирования, протекающей на этих контактах, разработки научно обоснованных методов синтеза данного класса катализаторов,оптимизации технологических процессов. Эта проблема привлекает пристальное внимание исследователей с момента появления первых железо-оксидных катализаторов, промотированных оксидами калия и хрома [12].

Одной из первых попыток исследования фазового состава железохрокалиевого катализатора в условиях разработки и дегидрирования в присутствии водяного пара явились работы советских ученых [13-16]. Для интерпретации фазового состава катализатора,выяснение природы его каталитической активности и роли отдельных компонентов авторы [13,14] методами рентгенофазового, термографического анализа и ИК спектроскопии изучили поведение индивидуальных компонентов, а также их двойных и тройных композиций в условиях окислительной и восстановительной сред, при разогреве до температуры реакции и охлажден ии катализатора. Используя высокотемпературную рентгеновскую камеру, исследователи изучили фазовый состав железохромкалиевого катализатора в условиях реакции дегидрирования олефинов и установили,что фазовый состав контакта при комнатной и в условиях реакции существенно различается. Авторы работ [13,15] убедительно показали, что индивидуальный карбонат калия не активен в реакции дегидрирования, индивидуальный оксид железа Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.- основной компонент катализатора – в начальный момент режима дегидрирования имеет достаточно высокую активность однако, через 10-15 мин. Работы происходит быстрое снижение степени превращения и избирательности процесса, обусловленное зауглероживанием поверхности.

Система Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в режиме дегидрирования не теряет активности и по своей селективности приближается к катализатору. Высокую и стационарную активность этой двойной системы, по мнению авторов [15], можно объяснить только образованием феррита калия. Отсюда был сделан вывод, что высокая каталитическая активностью обусловлена образованием на поверхности глобул оксида железа слоя монофиррита калия Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. или твердого раствора хрома и кремния в решетке этого феррита Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. Изложенная точка зрения поддерживается и в более поздних публикациях

Следует отметить, что в выводах авторов работ [13-19] о составе каталитически активной фазы железо-оксидного катализатора содержится ряд существенных противоречий. Во-первых, предусматривается, что большая часть основного активного компонента – оксида железа – выключена из каталитического процесса. По мнению авторов [15], соотношение Fe:К в образе таково, что значительная часть оксида железа не взаимодействуют с карбонатом калия и в условиях реакции переходит в момент, однако, если магнетит и доступен для реагирующих молекул, то он быстро зауглероживается. Приняв описанную модель, можно заключить, что нет смысла вводить в катализатор более 70% Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., или что оксид железа, находясь в центре глобулы, выполняет только функцию носителя. Во-вторых, вызывает сомнение тот факт, что моноферрит калия или твердый раствор кремния и хрома в решетке моноферита калия Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. может обеспечить высокую конверсию и селективность процесса дегидрирования. По данным работы [20] выход стирола при использовании в качестве катализатора чистого моноферита калия не превышает 20%, а удельная скорость образования стирола на таком контакте (молярное отношение Fe:К = 1) в 4 раза ниже, чем на ферритной системе с молярным отношением Fe: К= 4, обладающей практически одинаковой структурой пор. Кроме того, железо, находящееся в соединении Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в степени окисления +3 не может обеспечить высокую селективность процесса дегидрирования [21].

К наиболее важным выводам авторов работ [15,16] относится заключение о том, что формирование активной фазы происходит при восстановлен ии катализатора.

Таким образом, вопрос о составе активной фазы промотированных железо-оксидных контактов остается открытым. В связи с этим представляется целесообразным изложение основных точек зрения на природу промотирующего действия оксида калия, вводимого в значительных количествах в катализаторы дегидрирования. Эти данные по-видимому, могут служить основной для более четких представлений о составе каталитически активной фазы и механизме ее действия:

 Авторы [22,23] считают, что присутствие К2О или кластера на поверхности или в объеме оксида железа приводит к образованию высоко ионизированного центра в преимущественно ковалентном оксиде железа. Этот высоко ионизированный центр способствует созданию локализованного электростатического поля с последующей поляризацией окружающих связей, что приводит к ослаблению связей Fe-O, расположенных рядом с Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. В конечном итоге присутствие щелочного промотора увеличивает активность железо-оксидных систем, т.к. каталитический процесс включает разрыв связей Fe-О на определенной, возможно, лимитирующей стадии реакции дегидрирования. По мнению китайских ученых [24,25] активный центр представляет собой кластер, состоящий из одного атома калия, двух атомов железа и одного- кислорода. Присутствие калия повышает концентрацию активных центров.

Добавки калия, изменяя энергию связи кислорода в решетке каталитически активных оксидов железа, при определенных условиях уменьшают энергию активации каталитического окисления углеродистых отложений, образующихся в процессе дегидрирования [15,16,26], обеспечивают само регенерацию контакта.

Калий понижает кислотность катализатора, добавляя побочные реакции [25].

Добавки калия способствуют восстановлению железо-оксидного катализатора до определенной степени [21], стабилизирует активную фазу[25].

Анализ литературных данных позволяет сформулировать некоторые предложения о составе активной фазы промотированного железо-оксидного катализатора в условиях реакции дегидрирования:

Каталитически активная фаза представляет собой сложный оксид в состав которого входят железо и калий в соотношении, близком к их общему соотношению в контакте. Другие компоненты катализатора могут входить в состав этого соединения, образуя твердые растворы. Устойчивая работа контакта обеспечивается равномерным распределением компонентов по грануле катализатора, что возможно при наиболее полном взаимодействии исходных веществ [27,28].

Это соединение после микровостановления должно удовлетворять определенным условиям в отношении таких факторов, как геометрическая структура, электронное строение, энергетическое состояние, удовлетворять условиям преобразования валентного состояния ионов железа, обладать шпинельной структурой [25].

Формирование активной фазы происходит при восстановлен ии катализатора. При устанавливается оптимальное соотношение Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. которое остается практически постоянным в атмосфере, где парциальное давление кислорода определяется соотношением углеводород- водяной пар и температурой.

Катализатор дегидрирования КИМ-1 представляет собой сложную многофазную систему на основе оксидов железа, содержащую в небольших количествах оксида хрома, циркония, алюминия и соединение калия. В основе технологии лежит процесс получения катализаторов методом мокрого смешения с последующим формированием активной фазы путем высокотемпературной обработки исходных соединений.

В качестве исходных компонентов используются оксид железа, хрома, алюминия, циркония и карбонат калия. Все компоненты катализатора последовательно смешиваются в водной суспензии. Химические процессы на стадии смешения не протекают.

Для связывания катализаторной массы с целью придания механической прочности катализатору добавляют жидкое стекло.

Водная суспензия катализаторной смеси упаривается для удаления избыточной воды и перевода смеси в пастообразную форму пригодную для гранулирования.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Полученная катализаторная паста формуется с помощью гранулятора в «червяки», из которых затем в процессе сушки удаляется физически адсорбированная вода. Высушенные гранулы катализатора далее подвергаются высокотемпературной обработке в специальных активаторах или печах.

В процессе высокотемпературной обработки при температурах выше 600 °С в объеме катализатора происходит разложение углекислого калия и взаимодействие оксидов между собой с образованием ферритов Ме Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., где Ме – это сумма катионов металла К,Cr,Аl.

Готовый катализатор КИМ-1 имеет следующий химический состав: Fe2O3-53,5%, Cr2O3-3,8%, ZrO2-3,0%, K2CO3-31,1%, AI2O3-1,7%, KOH-2,3%, сажа белая-4,6%.

Выход готового катализатора составляет 275 т. в год, 25т. в месяц.

Отходами производства являются катализаторная пыль, сколы и крошки.

3. Описание технологического процесса и технологической схемы производственного объекта

В процессе производства катализатора КИМ-1 исходные компоненты, взятые в виде оксидов железа, хрома, циркония, алюминия и карбоната калия, смешиваются в водной среде.

Для связывания катализаторной массы с целью придания механической прочности катализатору в смеситель 4 добавляют жидкое стекло.

При последующей термической обработке катализатора происходит разложение углекислого калия и взаимодействие оксидов между собой с образованием ферритов.

Процесс получения катализатора КИМ-1 состоит из следующих операций:

-   подготовки исходных компонентов;

-   приготовление катализаторной смеси;

-   приготовление жидкого стекла;

-   получение катализаторной массы и формовки;

-   активац ии катализатора.

3.1 Подготовка исходных компонентов

Мешки с желтым железо-окисным пигментом и углекислым калием складывают на поддоны. Эти поддоны при помощи электрической тали 1 поднимают на отметку 19.200 для загрузки в реактор 2.

Оксид хрома, двуокись циркония, активный оксид алюминия после размола в дисмембраторе 13 взвешивают на весах, затем поднимают на отметку 19.200 электрической талью 1 для загрузки в реактор 2.

3.2 Приготовление катализаторной смеси

Приготовлении водной суспензии компонентов и гидротермальная обработка происходит в реакторе 2 с якорной мешалкой и рубашкой для обогрева паром.. В реактор 2 заливают 1,5 куб/м. Обессоленной воды, включается мешалка и через загрузочный люк засыпают расчетное количество углекислого калия и перемешивают в течении 30 мин. С одновременным нагреванием раствора до Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в рубашку. При достижении температуры 80-Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. С через загрузочный люк засыпают расчетное количество желтого железо-оксидного пигмента и проводят термообработку в течении 7 часов. Вниз реактора 2 подается технологический воздух для предотвращения отложения осадков. После термообработки в реактор 2 засыпают расчетное количество активной окиси алюминия, окиси хрома, двуокиси циркония и доливают обессоленной воды до 2Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. После 1 часа перемешивание полученной катализаторной смеси производят отбор пробы суспензии на ее химический состав. При положительных результатах химического анализа осуществляют процесс получения катализаторной массы.

3.3 Приготовление жидкого стекла

Приготовление жидкого стекла осуществляется в реакторе 3 с мешалкой и рубашкой для обогрева паром. В реактор 3 принимают расчетное количество обессоленной воды.

Через загрузочный люк реактора 3 при перемешивании засыпают расчетное количество гидрата окиси калия и подогревают раствор путем подачи водяного пара в рубашку реактора. Перемешивание производится в течении 1 часа. После чего в реактор 3 загружают расчетное количество силикагеля или белой в несколько приемов. Приготовление жидкого стекла производится при растворении и перемешивании компонентов в течении 6 часов при температуре Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С. После естественного охлаждения жидкого стекла до температуры Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С, отбирают анализ для определения силикатного модуля.

При удовлетворительных анализах жидкое стекло используют при производстве катализатора КИМ-1, как связывающее вещество.

3.4 Получение катализаторной массы

Процесс получения катализаторной массы производится путем упаривания катализаторной смеси, т.е. отгонки из нее воды и углекислого газа подачей пара в рубашку смесителя 4. Готовую суспензию из реактора 2 через нижний штуцер по стационарной линии подают в роторные смесители 4.

В указанных смесителях протекает дальнейшее перемешивание реакционной смеси с одновременной упаковкой сгущающейся массы. Пары воды и углекислый газ выходят из отверстий в крышках смесителей 4 отсасывается вентилятором 17 в атмосферу через промежуточный сборник конденсата 18. За один час до готовности массы к формовке в смеситель 4 подают расчетное количество жидкого стекла. Готовность каталитической массы к формовке определяется визуально. Проверка производится только при отключенном электродвигателе. Полученная масса в смесителе с влажностью 20-30% путем опрокидывания смесителя выгружается на ленточные транспортеры 5. С транспортеров катализаторная масса поступает в приемный бункер гранулятора типа ПФШ-150 5,где при охлаждении камеры формователя промышленной водой происходит формование катализаторной массы в «червяки» диаметром 3,6-4 мм. Образующийся червяк указанного диаметра ссыпается на маятниковые транспортеры 7. С указанных транспортеров «червяк» укладывается на транспортеры сушилок 8, на которых проходя 6 секций сушилок подвергается сушке. Сушка «червяков» происходит в токе подогретого воздуха при температуре 90-Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С до влажности не больше 10 %.

Процесс сушки регулируют подачей пара, подаваемого на калориферы сушилок. Воздух в сушилку поступает от вентиляторов 19,20 через калориферы 21, обогреваемые паром давления 0,5 Мпа. Из сушилок 8 воздух с парами воды отсасывается вентиляторами 31,32 и сбрасывается в атмосферу.

Высушенные «червяки» после сушилок 8 накапливают в бункерах 9, откуда выгружают в контейнеры 10. Контейнеры 10 с сухим «червяком» перевозят электропогрузчиками и помощью электротали 11 загружают в активатор 12 через загрузочный люк.

3.5 Активация катализатора

Активацию катализатора проводят горячим воздухом, подогреваемым в печи 22. Активацию катализатора производят путем при температуре 645-Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С в течении 8 часов. Температурный режим активации представлен на графике ведения активации. Подъем температуры ведут со скоростью 50-Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С производят выдержку катализатора в течении 2-х чесов с целью уравнивания температуры в слое катализатора, после чего подъем температуры ведут со скоростью 30-Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С/час до температуры 645-Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С. Расход горячего воздуха составляет 2000-2500Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле./час. После окончания процесса активац ии катализатор охлаждают азотом до температуры Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С, после чего охлаждение катализатора продолжают холодным технологическим воздухом.

Продолжительность процесса охлаждения катализатора лимитируется расходом азота и воздуха. Расход азота составляет 300Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле./час. После охлаждения до Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.С прекращают подачу технологического воздуха и катализатор выгружают по течке 200-литровые металлические бочки с полиэтиленовыми вкладышами. В течке происходит рассев катализатора от сколов, мелких частиц и отсос пыли. Сколы катализатора поступают в контейнер 10. Воздух из течки с примесью катализаторной пыли подается вентилятор от 23 для очистки от пыли в циклон 24, а после очистки выбрасывается в атмосферу. Воздух из активатора 12 подается для очистки от катализаторной пыли в циклон 25, а затем выбрасывается в атмосферу. Пыль из циклонов 24,25 собирается в контейнеры 10. Отходы катализатора: мелкие частицы, сколы катализатора загружаются в бункер 28, откуда поступает на размол на мельницу 29. После размола порошок поступает в бункер 30, а из него выгружается в контейнеры 10 и вместе с катализаторной пылью из циклонов возвращается в производство.


4. Расчетная часть

4.1 Материальный баланс производства железо-оксидного катализатора дегидрирования КИМ-1

Таблица 4.1 - Материальный баланс железо-оксидного катализатора

--------------------------------------------------------------------------------14.3pt'>
Наименование сырья, продуктов, отходов | Наименование стадии производства катализатора, кг на 1 т сырья |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------10.6pt'>
Приготовление катализаторной смеси (реактор 2) |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------10.6pt'>
Приход на операцию | Получено на операции |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------10.8pt'>
Пигмент железоокисный | 634 | 634 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------13.55pt'>
Калий углекислый | 304 | 304 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------11.3pt'>
Циркония двуокись | 20 | 20 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------15.25pt'>
Окись хрома | 31 | 31 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------13.05pt'>
Гидрат калия | - | - |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------10.75pt'>
Оксид алюминия | 11 | 11 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------14.8pt'>
Обессоленная вода | 2000 | 1960 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------10.35pt'>
Сажа белая | - | - |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------10.35pt'>
Жидкое стекло | - | - |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------14.2pt'>
Пары обессоленной воды | - | 40 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------18.8pt'>

Гидроксильная вода, СО2

|
- | - |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------5.1pt'>
Сколы, пыль | - | - |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------3.5pt'>
Катализатор | - | - |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------12.0pt'>
Итого | 3000 | 3000 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

4.2 Нормы технологического режима, метрологическое обеспечение и расходные нормы

Таблица 4.2 - Нормы технологического режима

№ п/п | Наименование стадий процесса, аппарата. Показатели режима | Номер позиции на схеме | Ед. измере-ния | Допускаемые пределы технологических параметров | Требуемый класс точности изм. приборов ГОСТ 8410-10 | Примечание |
---------------------------------------------------------
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |

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

1 |

Приготовление катализаторной смеси в реакторе 2

- количество желтого железо-оксидного пигмента

-количество углекислого калия

- количество оксида хрома

- количество двуокиси циркония

- количество активного оксида алюминия

-количество обессоленной воды

-общее время перемешивания суспензии

- температура

|

Весы

0-500

Весы

0-500

Весы

0-500

Весы

0-50

Весы

0-50

810

|

кг

кг

кг

кг

кг

м³

час

° С

|

780

340

36

12

16

2,0

не менее

7

80-100

|

IV

IV

III

III

ІII

1.5

1.0

|

Количество загружаемого сырья может меняться в зависимости от содержания в них основного вещества

По расходомеру на вводе обессоленной воды в цех

|

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

2 |

Приготовление жидкого стекла в реакторе 3

- количество обессоленной воды

- количество гидрата окиси калия

- количество силикагеля или белой сажи

|

513

вес

вес

|

м3

кг

кг

|

0.6

175

335

|

1,0

|

Уровнемер

Количество загружаемого сырья может манятся в зависеиости

|

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

|

-общее время перемещения

-температура растворения

|

809

0-120

|

час

ºС

|

7

не выше 100

|
2,5 | от содержания в нем основного вещества |

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

| - удельный вес жидкого стекла - силикатный модуль жидкого стекла | | г/см³ |

1,3-1,4

2,8-3,2

|
|

Ареометром

Титрометрически методом

|

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

3 |

Получение катализаторной массы, формовка, сушка. Получение катализаторной массы в смесителе 4-количество суспензии-продолжительность упаривания

-общее время перемешивания -количество жидкого стекла -влажность катализаторной массы

–формовка катализаторной массы в грануляторе 6.

–диаметр червяков -сушка червяков в сушке 8. –температура нагретого воздуха после калорифера 21

 -на входе в сушилки 8

–влажность катализаторной массы после

|

805

806

|

м³

час

 час

кг

%

мм

ºС

ºС

|

0,3

до готовности катализаторной массы к формовке

 15

 

 20-30

3,6-4,0

90-120

90-120

|

1,0

1,0

|

визуально

 мерник

визуально

|

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

| сушилки 8. | | % масс. | н/б 10 | | Определяется весовым методом |

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

4 |

Активация катализатора в активаторе 12

- температура активации

- время выдержки Каталитические свойства катализатора:

- выход изопрена на пропущенные изоамилены

- выход изопрена на разложенные изоамилены

|

715

0-900

|

° С

час

% масс.

% масс.

|

645-655

8

не менее 35

не менее 85

|
1,0 | На испытательной установке тестирования. |

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

4.3 Нормы расхода сырья, материалов, энергоресурсов на выпуск 1 т железо-оксидного катализатора дегидрирования КИМ-1

оксидный катализатор изопрен

Таблица 4.3 - Нормы расхода сырья, материалов и энергоресурсов

№ п/п | Наименование статей | Единицы измерений | Количество на 1 т, кг | Примечание |
---------------------------------------------------------
Сырье и материалы |
---------------------------------------------------------
1 | Пигмент желтый железо-оксидный | кг/т | 920 | При расчете на сухое вещество |
---------------------------------------------------------
2 | Калий углекислый 1сорт | кг/т | 536 | При расчете на сухое вещество |
---------------------------------------------------------
3 | Циркония двуокись 2сорт | кг/т | 52 | При расчете на сухое вещество |
---------------------------------------------------------
4 | Хрома окись техническая ОХП-1,ОХП-2 | кг/т | 65 | При расчете на сухое вещество |
---------------------------------------------------------
5 | Калия гидрат окиси технический марки ОКП 21сорт высший | кг/т | 40 | При расчете на сухое вещество |

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

6 | Оксид алюминия активный | кг/т | 30 | При расчете на сухое вещество |

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

7 | Белая сажа марки БС-120 | кг/т | 80 | При расчете на сухое вещество |

  |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------12.0pt'>

8 | Вода обессоленная | кг/т | 6113 | |

  |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------10.15pt'>

9 | Пленка полиэтиленовая | кг/т | 12,5 | |

  |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------10.15pt'>

Энергетические затраты |
---------------------------------------------------------
| Активатор | | | |
---------------------------------------------------------
1 | Электроэнергия | кВт/час | 3317 | | | |
---------------------------------------------------------
2 | Пар | Гкал | 22 | | | |
---------------------------------------------------------
3 | Вода оборотная |

м3

|
0,09 | | | |
---------------------------------------------------------
4 | Азот |

тыс.м3

|
6,0 | | | |
---------------------------------------------------------
5 | Сжатый воздух технологический |

м3

|
22361 | | | |
---------------------------------------------------------
6 | Топливо | т.у.т. | 1,3 | - | | |
---------------------------------------------------------
| | | | | | | | | | | | | |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

5. ВЫБОР ОСНОВНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

5.1 Общие сведения об аппарате

Аппарат объемом 3,2 м³, изготовленный заводом « Красный Октябрь», предназначен для проведения различных технологических процессов в жидких однофазных и многофазных средах динамической вязкостью не более 50 П и плотностью не более 1500 кГ-м³ при перемешивании в пределах параметров, указанных в технической характеристике.

Аппарат представляет собой вертикальный стальной сварной цилиндрический сосуд с перемешивающим устройством и съемной эллиптической крышкой. Он состоит из следующих основных сборочных единиц:

-       корпуса:

-       крышки:

-       перемешивающего устройства:

-       привода, состоящего из мотор редуктора и стоек для крепления его на крышке аппарата:

- вода вывода.

Корпуса аппаратов, в зависимости от наличия и типа теплообменных устройств, изготовляются двух исполнений и обозначаются по ГОСТу 20680-75:

-       без теплообменного устройства:

-        с гладкой приварной рубашкой:

Для перемешивания жидких сред при проведение различных физико-химических процессов в аппаратах применяются перемешивающие устройства (мешалки) следующих типов и исполнений:

-       открытая турбинная без отражательных перегородок:

-       рамная:

Корпус аппарата, стационарный вертикальный, устанавливается на фундамент или специальную несущую конструкцию при помощи опор.

Аппараты изготавливаются с опорами – лампами.

На опорах корпуса предусмотрены регулировочные (отжимные) венты с контргайками и опорными пластинами для выверки (положения) аппарата на фундаменте в процессе монтажа.

Аппарат имеет строповочные устройства, обеспечивающие возможность использования грузоподъемных механизмов и приспособлений при установке аппарата в рабочее положение, а также при сборке и разборке.

Аппараты изготовляются с сальниковыми уплотнениями типа IV Б по ГОСТу 26-01-1247-75 или торцовыми уплотнениями типа ТД-6 по ГОСТу 26-01-1243-75.

Сальниковое уплотнение применяется в аппаратах, предназначенных для нетоксичных, не легколетучих и невзрывоопасных сред, работающих при атмосферном давлении, до (0,6 МПа).

Торцовое уплотнение применяется в аппаратах, предназначенных для токсичных, пожароопасных и взрывоопасных сред, а также в аппаратах работающих под вакуумом с остаточным давлением менее 300 мм.рт.ст. независимо от свойств рабочей среды.

Шифр типа уплотнения в обозначении аппаратов:

С - сальниковое; Т- торцовое:

Аппарат снабжен технологическими штуцерами для контрольно-измерительных приборов и предохранительных устройств, а также люком для осмотра и загрузки продукта.

Уплотнительная поверхность фланцев аппарата и штуцеров – гладкая.

Вращение перемешивающего устройства осуществляется от мотор- редуктора, который установлен с помощью стоек на крышке аппарата.

Крышка аппарата - стальная эллиптическая.

Аппараты комплектуются мотор - редукторами типов МПО1 и МПО2 с электродвигателями закрытого обдуваемого исполнения АО2 или взрывозащищенного исполнения ВАО.

Аппараты с электродвигателями исполнения ВАО могут быть установлены во взрывоопасных помещениях класса не выше В1-а согласно ПУЭ, в которых могут образовываться взрывоопасные смеси категории не выше согласно ПИВРЭ, указанных ниже.

Рабочая температура среды в аппарате до 135 °С.

Вал мешалки через сальник (торцовое уплотнение) выделен из аппарата и посредством муфты соединен с приводом.

Опорой и направлением вала служат подшипники, смонтированные в стойке привода.

Загрузка продукта в аппарат производится через люк или технологические штуцера.

Продукт в аппарате нагревается или охлаждается при одновременном перемешивании.

Выгрузка продукта производится через верхний или нижний штуцер ввода-вывода продукта.

Контроль технологического процесса осуществляется при помощи контрольно-измерительных приборов.

5.2 Основные технические данные и характеристики аппарата

Номинальный объем, м³, аппарата-3,2 рубашки-0,285

Площадь поверхности теплообмена, м²-6,3

Среда: в аппарате - едкая взрывобезопасная не ядовитая.

в рубашке - вода, насыщенный водяной пар, рассол (при соответствующей температуре).

Допустимая температура стенки аппарата и рубашки, °С- от минус 20 до плюс 200

Давление рабочее (расчетное), МПа:

в аппарате –0,6

в рубашке-0,4

Давление охлаждающей жидкости в рубашке сальника, МПа – не более 0,1.

Частота вращения перемешивающего устройства, об/мин- 167

Мощность электродвигателя привода, кВт – 3.0

Внутренний диаметр, мм корпуса – 1600

 рубашки - 1700

Габариты, мм – высота –4110, ширина – 2185

Масса аппарата, кг – 2755

Корпус аппарата изготавливаются из сталей марок:

Вст3сп5, ГОСТ 380-71;

Сталь 12Х18Н1ОТ, ГОСТ 5632-72;

Сталь 10Х17Н13М2Т, ГОСТ 5632-72.

Рубашка изготавливается из стали марки Вст3сп5, ГОСТ 380-71.

Материал уплотнительных прокладок – поранит по ГОСТу 481-71.

5.3 Расчет аппарата на прочность [29,30]

5.3.1 Исходные данные

1.     Диаметр аппарата внутренний, м - D=1,6

2.    Диаметр рубашки внутренний, м - D1=1,7

3.    Расчетное внутреннее избыточное давление:

-        в аппарате, МПа - Р=0,6

-        в рубашке, МПа - Р=0,4

4.      Расчетное наружное давление:

-        корпуса, МПа - Рн=0,4

5.      Материал основных элементов аппарата:

-      корпуса и крышки – сталь12Х18Н10Т или 10ХПН13М2Т, или 10ХПН13М3Т по ГОСТ 5632-72;

-      рубашки – ВСт3сп5 по ГОСТ 380-71;

6.    Расчетная температура стенок, 2000С;

7.    Допускаемое напряжение материала при расчетной температуре, 2000С:

-      для сталей 12Х18 Н10Т, 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М3Т - [d]= 140 МПа;

-      для стали ВСт3сп5 - [d]= 126 МПа;

5.3.2 Расчет обечайки, корпуса, работающей под внутренним давлением

Толщину стенки обечайки, работающей под внутренним давлением определяем по формулам:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (5.1)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (5.2)

Расчетные формулы (5.1) и (5.2) применены, когда

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (5.3)

где jр - коэффициент прочности продольного сварного шва цилиндрической обечайки,

jр = 0,9;

S – исполнительная толщина стенки обечайки;

С – сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, определяется по формуле:

С= С1 + С2 + С3, (5.4)

где С1 – прибавка для компенсации коррозии, С1 = 0,

С2 – прибавка для компенсации минусового допуска листа, С2 = 0,0008 м;

С3 – прибавка технологическая, С3 = 0.

С = С2 = 0,0008м

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.м,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.м.

5.3.3 Расчет обечайки корпуса, работающей под наружным давлением

Толщину стенки обечайки, работающей под наружным давлением, приближенно определяем по формулам (5.5) и (5.6) с последующей проверкой по формуле (5.7):

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (5.5)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (5.6)

где коэффициент К2 определяется по номограмме,

С = 0,0008 м – сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, определяемая по формуле (5.4),

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Е – модуль продольной упругости при расчетной температуре.

Для сталей 12Х17Н10Т, 10ХПН13М2Т и 10Х17Н13М3Т

Е = 0,198 × 106 МПа

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. м;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.м;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.м;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.м

Принимаем Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. м.

Допустимое наружное давление определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (5.7)

где допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (5.8)

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (5.9)

Где Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Промышленная технология производства катализатора дегидрирования изоамиленов в изопрен марки КИМ-1". 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»


Просмотров: 613

Другие дипломные работы по специальности "Химия":

Исследование фазовых эффектов в бинарных азеотропных смесях

Смотреть работу >>

Исследование физико-химических и прикладных свойств новых полимерных композиционных материалов на основе слоистых силикатов и полиэлектролитов

Смотреть работу >>

Методы разделения азеотропных смесей

Смотреть работу >>

Химический язык

Смотреть работу >>

Теория симметрии молекул

Смотреть работу >>