39880

Разработка технологии, позволяющей сократить выброс дихлорэтана в атмосферный воздух

Курсовая

Экология и защита окружающей среды

Целью данного курсового проекта является разработка технологии позволяющей сократить выброс дихлорэтана в атмосферный воздух а уловленный дихлорэтан вернуть в процесс с дальнейшим снижением себестоимости товарного продукта. Сравнительно низкая температура кипения и высокая летучесть дихлорэтана позволяют легко и полностью удалять его как из экстрагированного продукта так и из остаточного материала. Газообразный этилен по трубопроводу из Стерлитамакского цеха N2204 АО Нижнекамскнефтехим поступает с давлением 0812 МПа которое...

Русский

2013-10-11

299 KB

8 чел.

ВВЕДЕНИЕ

С появлением жизни на Земле процессы жизнедеятельности стали ведущими процессами, направляющими развитие поверхности планеты, определяющими состав атмосферы, водный режим, распределение тепла и влаги. До определенного этапа развития человеческого общества, в частности индустрии, в природе существовало экологическое равновесие. Природа - целостная система с множеством сбалансированных связей. Но с появлением человека на Земле произошло нарушение этих связей, которое привело к изменениям в установившихся в природе круговоротах веществ и энергий.

Двадцатый век вошел в историю как век небывалового технического прогресса, бурного развития науки, промышленности, энергетики и сельского хозяйства.

Одновременно, как сопровождающий фактор росло и продолжает расти вредное воздействие индустриальной деятельности человека на окружающую среду. В результате происходит в значительной мере непредсказуемое изменение экосистем и всего облика планеты.

Насыщенность г. Стерлитамака мощными химическими предприятиями привело также к значительному ухудшению экологической обстановки в городе, поэтому перед руководством города и предприятий стоят задачи приведения действующих предприятий к требованиям по экобезопасности. Соблюдение предельно допустимых концентраций (ПДК) атмосферных загрязнений химических и биологических веществ является основой регулирования качества атмосферного воздуха населенных мест, и обеспечивает отсутствие прямого или косвенного влияния загрязнений на здоровье населения и условия его проживания.

В списке приоритетных выбросов в атмосферу от производств ЗАО "Каустик" 1,2-дихлорэтан занимает значительное место.

Основным источником загрязнения является производство 1,2-дихлорэтана.

Целью данного курсового проекта является разработка технологии, позволяющей сократить выброс дихлорэтана в атмосферный воздух, а уловленный дихлорэтан вернуть в процесс с дальнейшим снижением себестоимости товарного продукта.


1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

За последние десятилетия основными источниками загрязнения атмосферного воздуха стали транспорт, тепловые электростанции, промышленность.

В атмосферу Земли ежегодно выбрасывается 250 млн. т пыли, 200 млн. т оксида углерода, 150 млн. т диоксида серы, 50 млн. т оксидов азота, 20 млрд. т диоксида углерода и более 50 млн. т различных углеводородов и их производных. Таким образом, выбросы промышленных загрязнений в биосферу привели к ухудшению экологического состояния во многих регионах страны. Происходит закисление почв, опустынивание и гибель лесов, изменяется видовой состав флоры и фауны во многих водоемах, загрязняются не только малые реки, но и крупные водоемы; ощущается нехватка пресной воды, атмосфера многих городов насыщена органическими и неорганическими веществами, концентрации которых выше ПДК, исчезают многие виды животных и растений, возникают новые болезни, нерационально используются природные ресурсы, с отходами теряется огромное количество ценных веществ.

В целях защиты окружающей среды работа промышленных предприятий должна быть организована таким образом, чтобы образующиеся отходы превращались в новые продукты или служили исходным сырьевым материалом. Разработка безотходных и малоотходных технологических производств - эта задача стратегическая и рассчитана на длительный период. В настоящее же время наиболее распространенным методом решения этой проблемы является разработка эффективных очистных установок для улавливания и переработки газообразных, жидких и твердых отходов.

Отходящие газы промышленности, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной - твердые частицы или капельки жидкости. Такие аэродисперсные системы называются аэрозолями, которые разделяют на дымы, туманы и пыли. Пыли содержат твердые частицы размером от 5 до 50 мкм, а дымы - от 0,1 до 5 мкм. Туманы состоят из капелек жидкости размером от 0,3 до 5 мкм и образуются в результате конденсации паров или при распылении жидкости в газе.

В зависимости от классификации газообразных отходов выбирают соответствующие методы очисток.

Для обезвреживания аэрозолей (пылей и туманов) используют сухие, мокрые и электрические методы. Кроме того, аппараты отличаются друг от друга как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. В основе работы аппаратов лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. В мокрых пылеуловителях осуществляется контакт запыленных газов с жидкостью. При этом осаждение происходит на капли, на поверхность газовых пузырей или на пленку жидкости. В электрофильтрах отделение заряженных частиц аэрозоля происходит на осадительных электродах.

Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют следующие методы: абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитические, термические, конденсации и компримирования.

Для физической абсорбции на практике применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ.

Адсорбционные методы очистки газов используют для удаления из них газообразных и парообразных примесей. Методы основаны на поглощении примесей пористыми телами - адсорбентами. Процессы очистки проводят в периодических или непрерывных адсорберах. Достоинством методов является высокая степень очистки, а недостатком - невозможность очистки запыленных газов.

Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов. Очистке подвергаются газы не содержащие пыли и катализаторных ядов. Методы используются для очистки газов от оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Их проводят в реакторах различной конструкции.

В основе метода конденсации лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Смесь паров растворителя с воздухом предварительно охлаждают в теплообменнике, а затем конденсируют. Достоинством метода является простота аппаратурного оформления и эксплуатации рекуперационной установки. Однако проведение очистки паро-воздушной смеси методом конденсации сильно осложнено, поскольку содержание паров летучих растворителей в этих смесях обычно превышает нижний предел их взрываемости. К недостаткам метода относятся также высокие расходы холодильного агента и электроэнергии, низкий процент конденсации паров (выход) растворителей - обычно не превышает 70-90%. Метод конденсации является рентабельным лишь при содержании паров растворителя в подвергаемом очистке потоке более 100 г/м3, что существенно ограничивает область применения установок конденсационного типа.

Метод компримирования базируется на том же явлении, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящимся под избыточным давлением. Однако метод компримирования боле сложен в аппаратурном оформлении, так как в схеме улавливания паров растворителей компримирующий агент. Кроме того, он сохраняет все недостатки, присущие методу конденсации, и не обеспечивает возможность улавливания паров летучих растворителей при их низких концентрациях.

Термические методы (методы прямого сжигания) применяют для обезвреживания газов от легкоокисляемых токсичных, а также дурно пахнущих примесей. Методы основаны на сжигании горючих примесей в топках печей или факельных горелках. Преимуществом метода является простота аппаратуры, универсальность использования. Недостатки - дополнительный расход топлива при сжигании низко концентрированных газов, а также необходимость дополнитель-

ной абсорбционной или адсорбционной очистки газов после сжигания.

Образование промышленных отходящих газов и вентиляционных выбросов, содержащих хлор, хлорид водорода и хлорорганические вещества, характерно для многих производств, в том числе АО "Каустик".

В последние 50 лет особенно широко развился промышленный синтез хлорорганических продуктов. Около 80% всего выпускаемого промышленностью хлора расходуется на производство хлорорганических веществ, объем производства которых исчисляется миллионами тонн.

Значение хлорорганических продуктов огромно, практически все отрасли народного хозяйства являются их потребителями. Это - промышленность пластмасс и синтетических смол, электронная и металлообрабатывающая промышленность, производство бытовой химии и многие другие [10].

Ассортимент промышленных хлорсодержащих органических соединений настолько велик и разнообразен, что хлорперерабатывающая отрасль стала одной из ведущих в химической промышленности.

В современной промышленности используется два основных метода производства хлорпроизводных углеводородов: хлорирование и гидрохлорирование. При взаимодействии хлора с олефинами прежде всего образуются дихлорпроизводные; из этих соединений в наибольших количествах производится дихлорэтан.

В следствии способности дихлорэтана легко растворять масла, смолы, жиры, воски, алкалоиды, серу и др. он нашел применение в качестве растворителя во многих отраслях промышленности [10], например в производстве растительных масел, лаков, в рыбной, костеобрабатывающей, текстильной и лесохимической промышленности, меховом и печатном деле, для очистки всевозможных предметов, в производстве взрывчатых веществ, в извлечении битумов, производстве серы, экстракции эфирных масел.

Стойкость дихлорэтана против окисления дает возможность применять его в тех случаях, когда особенно важно отсутствие продуктов разложения и постороннего запаха после отгонки растворителя.

При всех процессах, сопряженных с пожарной опасностью (процессы экстракции), связанных с продолжительным нагревом, дихлорэтан является заменителем бензина. Сравнительно низкая температура кипения и высокая летучесть дихлорэтана позволяют легко и полностью удалять его как из экстрагированного продукта, так и из остаточного материала. Это свойство дихлорэтана весьма ценно при экстрагировании пищевых продуктов (растительных масел из масличных семян, рыбных отходов консервной промышленности), обезжиривании костей, обработке кож перед дублением [10].

Дихлорэтан также широко применяется для так называемой сухой очистки тканей, металлов, мехов и удаления пятен, он также вводится в состав различных эмульсий и моющих средств для повышения их моющей способности и удаления жиров с очищаемой поверхности.

По применению дихлорэтана в смеси с другими растворителями имеется большая патентная литература, свидетельствующая о возможности разнообразного использования этого ценного продукта.

В России вследствие токсичности дихлорэтана применение его в качестве растворителя в последнее время несколько сократилось.

Дихлорэтан является не только конечным продуктом, но и полупродуктом для получения ряда ценных органических веществ. Значительное количество дихлорэтана расходуется, например, для производства тетраэтилсвинца. Из дихлорэтана получают этиленгликоль по реакции

С2Н4С12 + Na2CO + Н2О → С2Н4(ОН)2 +2NaCl + СО2                                (1.1)

Этилендиамин образуется при взаимодействии дихлорэтана с аммиаком при температуре 120°С и повышенном давлении

С2Н4С12 + 4NH3C2H4NH2 + 2NH4C1                               (1.2)

Тиокол (резинит) - полисульфидный каучук - получают поликонденсацией дихлорэтана с тетрасульфидами натрия, резиновые изделия, получаемые из тиоколов, очень устойчивы к действию масел и растворителей и мало поддаются окислению (старению).

Главным образом дихлорэтан используется для получения винилхлорида, который при определенных условиях легко полимеризуется в поливинилхлорид. До настоящего времени применяют классический метод получения винилхлорида из дихлорэтана, открытый еще в 1835г. Он основан на отщеплении хлористого водорода от дихлорэтана.

C2H4Cl2 + NaOH → C2H3Cl + NaCl + H2O                           (1.3)

Винилхлорид может быть легко получен также пиролизом дихлорэтана по реакции

C2H4Cl2 → С2Н3С1 + НС1                                     (1.4)

Этот процесс длительное время разрабатывался как в СССР, так и за рубежом, причем значительное число работ было посвящено изучению термодинамики реакции.

Несмотря на ряд преимуществ по сравнению со способом омыления дихлорэтана, этот метод еще не получил широкого применения, видимо, из-за трудности аппаратурного оформления процесса, а также потому, что необходима тщательная очистка получаемого мономера от примесей, затрудняющих полимеризацию винилхлорида.

В данном дипломном проекте выбран адсорбционный метод очистки отходящих газов производства 1,2- дихлорэтана АО "Каустик".

Адсорбционный метод используют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей.

Целевой компонент, находящийся в подвергаемой очистке газовой фазе, называется адсорбтивом, этот же компонент в адсорбированном состоянии -адсорбатом.

Различают физическую и химическую адсорбцию. При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции - химическими силами.

В качестве адсорбентов используют пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Они могут иметь синтетическое или природное происхождение. В данном случае используется керамзитовый гравий -материал ячеистого строения вспученный при обжиге глинистых пород.


2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Описание технологии производства

2.1.1. Хлорирование этилена и очистка абгазов

Сущность процесса хлорирования этилена - технологический процесс синтеза дихлорэтана осуществляется методом жидкофазного хлорирования этилена по реакции

С2Н4 + С12 → С2Н4С12 + 2449,48 кДж/кг                     (2.1)

Одновременно с основной реакцией протекает побочная реакция с образованием трихлорэтана:

С2Н4С12 + С12 → С2Н3С13 + НС1 + 1011,56 кДж/кг              (2.2)

Реакции протекают в среде жидкого дихлорэтана при температуре (84-102)°С - температуре кипения реакционной смеси.

Газообразный этилен по трубопроводу из Стерлитамакского цеха N2204 АО "Нижнекамскнефтехим" поступает с давлением (0,8-1,2) МПа, которое контролируется приборами поз.РК-З.

На вводе в цех этилен дросселируется до давления (0,5-0,9) МПа и регулируется приборами поз.РRС-5. Перед подачей в хлораторы поз.36,7 этилен дросселируется до давления (0,15-0,25) МПа и регулируется приборами поз.РRС-6.

Газообразный (электролитический или абгазный) хлор с давлением (0,18-0,30) МПа из внутризаводского коллектора поступает в буфер хлора поз.1. Давление контролируется прибором поз.Р1-11, регистрируется прибором поз.РR-11.

Буфер хлора - герметически закрытый сосуд предназначается для приема абгазного или электролитического хлора из общезаводского коллектора.

Буфер хлора снабжен рубашкой для обогрева в холодное время года.

Обогрев буфера хлора осуществляется следующим образом: пар из цехового коллектора поступает в змеевик емкости поз.6, откуда направляется в теплообменник поз.4а, в межтрубное пространство которого поступает оборотная вода.

Конденсат из теплообменника поступает в емкость поз.4, откуда насосом поз.4б подается в рубашку буфера хлора. Температура конденсата регистрируется

приборами поз.ТR-9 в пределе от 25 до 70°С.

Из рубашки буфера хлора конденсат возвращается в емкость поз.4, а излишки конденсата сливаются в емкость поз.20а.

На линии выхода хлора из буфера во фланцевое соединение установлены разрывные мембраны, которые предназначены для предотвращения повышения давления в буфере хлора поз.1 и защиты предохранительных клапанов от коррозии.

После мембранного узла на линии хлора установлены два предклапана, один из которых - резервный. Для нейтрализации газов с предохранительных клапанов схемой предусмотрен нейтрализатор поз. 15/1, который заполнен каустиком с массовой долей от 10 до 15% NaOH, который подается из емкости поз.6.

Перед подачей в хлораторы поз.36,7 хлор дросселируется до давления (0,15-0,25) МПа, которое регулируется приборами поз.РRС-7.

Хлор и этилен подаются каждый по своему барботеру в нижнюю часть хлоратора, который заполнен дихлорэтаном-сырцом. Уровень дихлорэтана-сырца регулируется приборами noз.LRC-15, минимальное значение которого сигнализируется и блокируется подачей хлора в хлораторы поз.36,7.

Хлораторы noз.36,7 представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты из нержавеющей стали 12ХН10Т.

Внутри хлоратора установлено шесть перфорированных решеток для предотвращения вертикального перемешивания. В контуре хлоратор имеет циркуляционную трубу, которая предназначена для исключения уноса жидкого дихлорэтана из зоны реакции.

Режим хлорирования:

- давление хлора перед хлораторами поз.36,7 - (0,15-0,25) МПа;

- давление этилена перед хлораторами поз.36,7 - (0,15-0,25) МПа;

- объемный расход хлора в хлораторы поз.36,7 - (1200-3800)м3/ч;

- объемный расход этилена в хлораторы поз.36,7 - (1200-3800)м3/ч;

- температура в хлораторах поз.36,7 - (84-110)°С;

- уровень в хлораторах поз.36,7 - (55-80)%.

Давление абгазов на выходе с хлораторов поз.36,7 - не более 0,068 МПа.

Объемная доля хлора измеряется прибором типа "Поток" noз.QR-500. Хлоргаз после прохождения прибора "Поток" направляется в аппарат хемосорбции, который представляет из себя вертикальную трубу диаметром 150мм и высотой 1600 мм со змеевиком, в который подается этилен для связывания хлора. Образовавшийся дихлорэтан, сливается в емкость поз.215. Каждый хлоратор имеет отсечной клапан на линии хлора, закрытие которого происходит в следующих случаях:

- при повышении температуры в хлораторах более 115°С;

- при падении уровня в хлораторах ниже 50%;

- при падении расхода этилена менее 800м3/ч;

- при повышении давления абгазов выше 0,068 МПа.

Реакция хлорирования протекает в среде жидкого дихлорэтана (при его температуре кипения) в присутствии катализатора - хлорного железа, который загружается в виде решеток из листовой стали Ст.З в период капитального ремонта хлоратора или закачивается с куба колонны поз.209 как продукт коррозии технологических трубопроводов и аппаратов.

Тепло реакции снимается возвратным дихлорэтаном, который поступает в нижнюю часть хлоратора поз.36.7 после конденсации паров дихлорэтана в конденсаторах поз.Х-526,7 и отделения его от абгазов в фазоразделителе поз.С-536,7.

В качестве холодильников поз.Х-526,7 используются воздушные конденсаторы.

Массовая доля этилена в абгазах после холодильников поз.Х-526,7 контролируется и должна соответствовать (20-23)% избытку его по отношению к хлору по объему. В зависимости от объемной доли хлора в хлоргазе объемная доля этилена в абгазах должна соответствовать данным таблицы 2.3.

Таблица 2.1.  

Зависимость объемной доли этилена в абгазах от объемной доли хлора в хлоргазе

Концентрация хлора

45%

50%

55%

60%

62%

63%

64%

65%

% избытка C2Н4

4/7

4/9

6/10

7/13

8/14

8/14

8/15

8/16

Концентрация

хлора

68%

70%

72%

74%

76%

78%

80%

82%

% избытка С2Н4

8/17

10/18

11/20

11/21

13/23

15/25

16/26

18/31

Примечание - Верхние числа для 5%-го избытка, а нижние - для 10%-го избытка. Работа на хлоргазе с объемной долей хлора ниже 40% не допускается из-за опасности образования взрывоопасной смеси. Снижение этилена в абгазах ниже 5% приводит к перехлорированию дихлорэтана-сырца и к увеличению образования тяжелокипящих примесей.

Избыточное количество дихлорэтана через смотровой фонарь и регулирующий клапан, связанный с уровнем в хлораторе, сливается в емкость поз.203,4.

Для исключения аварийных ситуаций предусмотрена постоянная подача азота непосредственно в хлораторы поз.36,7, трубопровод дыхания емкостей поз.203,4 и на свечу рассеивания.

Абгазы с температурой не более 60°С, содержащие этилен, хлористый водород, инерты и несконденсировавшиеся пары дихлорэтана, из фазоразделителей поз.С-536,7 направляются в дохлоратор поз. 11(6,7).

Дохлоратор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, внутри которого расположены по центру циркулярная труба, которая предназначена для исключения уноса жидкого 1,2- дихлорэтана из зоны реакции, а также восемь перфорированных решеток для вертикального перемешивания. Ниже барбатера абгазного этилена в дохлораторе расположен барбатер, по которому подается абгазный хлор с давлением от 0,15 до 0,25 МПа. Дохлоратор работает в режиме "на кипу" при температуре от 338 до 375 К.

Абгазы из дохлоратора поз. 11(6,7) с давлением от 0,002 до 0,015 МПа поступают в конденсатор-холодильник поз X 12(6,7), представляющий собой графитовый аппарат, охлаждаемый оборотной водой. Для очистки от механических примесей на трубопроводе оборотной воды перед холодильником поз X 12(6,7), установлен фильтр поз. 51.

После фазоразделителя С 13(6,7) конденсат стекает в уравнительный бочек 11 а(6,7) назначение которого поддерживать постоянный уровень в дохлораторе в очень узких приделах от 55 до 70%. Часть потока (избыток) из уравнительного бачка стекает через гидрозатвор в сборник 20(3,4). Во избежание снижения уровня в уравнительном бачке ниже 50 % необходимо поддерживать температуру абгазов после фазоразделителя поз. 13(6,7) не более 323 К. Количество этилена в абгазах после холодильника поз X 12(6,7), должно соответствовать от 5 до 10 % избытка его по отношению к хлору по объему.

Абгазы после фазоразделителя поз X 13(6,7), поступают в конденсаторы X-8(6,7) охлаждаемые рассолом 238 К. Сконденсировавшийся дихлорэтан через фазоразделитель С-7(6,7), сливается в емкость поз. 20(3,4), а абгазы с температурой от 273 до 253 К поступают в абсорбер A-9(6,7), где происходит абсорбция хлористого водорода водой, промываемой прямотоком из коллектора оборотной воды.

Слабая соляная кислота, содержащая хлор органику, сливается через фазоразделитель С-10(6,7) в емкость поз.15, откуда направляется на отпарку 1,2-дихлорэтана из сточной воды, а абгазы поступают на свечу рассеивания.

2.1.2. Отгонка хлористого водорода

Отгонка хлористого водорода происходит следующим образом: 1,2-дихлорэтан-сырец из хлоратора поз.3(6,7) и уравнительного бачка поз. 11(6,7) поступают через смотровой фонарь в сборник 20(3,4), дыхание емкости производится через теплообменник поз.2б и на свечу рассеивания после фазоразделителя поз.С-10(6,7). Из сборника поз.20(3,4), 1,2-дихлорэтан-сырец подается насосами наверх колонны поз.201 АВ [12]

Пары дихлорэтана из фазоразделителя поз.33 поступают в хвостовой холо-

дильник-конденсатор поз.34, охлаждаемый рассолом 238 К , оттуда через фазоразделитель поз.33 по общему коллектору 1,2-дихлорэтан сливается в емкость поз.20(3,4). Пары 1,2-дихлорэтана из фазоразделителя направляются в холодильник поз.8(5).

1,2-дихлорэтан из куба колонны поз. 31/1 через смотровой фонарь и холодильник поз.206, охлаждаемый оборотной водой, поступает в сборник готового продукта поз.207. 1,2-Дихлорэтан из емкости поз.207(а,б) центробежным насосом поз.208 откачивается на склад готовой продукции (цех № 40), по той же линии - в цех № 29, а через емкость поз.207(а,б) - в цех № 21 и на склад готовой продукции.

2.1.3. Отпарка 1,2-дихлорэтана из сточных вод узла хлорирования

После фазоразделителя поз. С-10(6,7) сточные воды, содержащие дихлорэтан, сливаются в сборник сточных вод поз. 15.

Стоки от промывки оборудования сливаются в емкость поз.40, откуда насосом поз.41, откачиваются во флорентин поз.42, где происходит разделение дихлорэтана от воды.

Нижний слой (дихлорэтан), по мере накопления сливается в емкость поз.25, а верхний слой сливается в емкость поз. 15. Сточные воды с поз. 15 насосом поз. 16/1,2 через теплообменник поз. 18, где подогреваются, используя тепло очищенных сточных вод и теплообменник поз. 19, где подогреваются паром Р=0,25 МПа до температуры от 90 до 95°С, подаются в верхнюю часть отпарной колонны поз.22.

В куб колонны подается острый пар Р=0,25 МПа, температура куба колонны поз.22 регулируется приборами поз.ТR 4 и должна быть в пределах от 95 до 105°С. Уровень в кубе колонны поз.22 должен быть в пределах от 30 до 80% и регулируется прибором поз.LRC 7.

Пары азеотропа дихлорэтан - вода с парами хлористого водорода с верха колонны поступают в конденсатор поз.23, где конденсируются оборотной водой.

Затем поступают во флорентин поз.24 откуда нижний слой 1,2-дихлорэтан, сливаются в емкость поз.25, а водный слой возвращается в сборник сточных вод

поз.15.

В емкости поз.25 происходит дополнительное расслоение 1,2-дихлорэтана и водного слоя. Для возврата водного слоя с верхней части емкости поз.25 установлена перемычка в емкость поз.15. С нижней части емкости поз.25 дихлорэтан насосом поз.2б откачивается в емкость поз.20(2), откуда насосом поз.5(1,2) откачивается в колонну поз.201 (А,Б)

Условно очищенные сточные воды с куба колонны поз. 22 охлаждаются в теплообменнике поз. 17 оборотной водой и сливаются в канализацию.

2.1.4. Ректификация 1,2-дихлорэтана

1,2-Дихлорэтан-сырец из емкости поз.36(1,2) насосом поз.37(1,2) подается в колонну ректификации поз.209.

Колонна ректификации поз.209 предназначена для получения 1,2-дихлорэтана - ректификата. Она представляет собой вертикальный цилиндрический, аппарат с 61 клапанной тарелкой. Температура куба колонны контролируется прибором TR-107.3 и поддерживается от 361 до 385 К, с подачей пара давлением 0,32 МПа в испарители поз.26(а,б). Массовый расход пара, подаваемого в испарители поз.26(а,б) регулируется с помощью регулятора расхода FRC-321, регулирующий клапан которого установлен на трубопроводе подачи пара в межтрубное пространство испарителей поз.26(а,б). Массовый расход пара, составляет 6  тч-1. Температура верха колонны поз.209 поддерживается в пределах от 355 до 359 К и контролируется прибором TR.-107.4. Уровень в кубе колонны поддерживается от 50 до 80% и регистрируется прибором LR 410. Минимальное и максимальное значения уровня сигнализируются. Перепад давления в колонне поз.209 контролируется прибором РТ-209 и составляет от 0,1 до 0,9 МПа.

Пары 1,2-дихлорэтана выходят из верхней части колонны поз.209 и поступают в трубное пространство конденсатора поз.211, который представляет собой шести секционный аппарат воздушного охлаждения, состоящий из трех основных узлов: электродвигателя с вентилятором, диффузора и блока из шести секций АВО (трубных пучков).

Сконденсировавшийся в конденсаторе поз.211 1,2-дихлорэтан поступает в фазоразделителъ и стекает в сборник флегмы поз.212. Уровень в сборнике флегмы составляет от 20 до 70% и контролируется прибором LR-428 с сигнализацией максимального и минимального значения.

Часть 1,2-дихлорэтана из сборника поз.212 насосом поз.37(а,б) с помощью регулятора FRC-323 с объемным расходом 15 м ч-1 подается в колонну поз.209 в качестве флегмы. Остальной 1,2-дихлорэтан выводится в емкость nos.201 в количестве не более 200 лч-1.

1,2-Дихлорэтан-ректификат отбирается с 53 тарелки в жидком виде и после охлаждения в теплообменнике поз.31, охлаждаемый оборотной водой, с температурой не более 323 К выводится через регулятор расхода FRC-348 в емкость поз.207.

Из емкости поз.207 1,2-дихлорэтан-ректификат насосом поз.208 откачивается в цех №40. Массовая доля влаги в 1,2-дихлорэтане-ректификате должна, быть не более 10 ррm.

Кубовый продукт колонны поз.209 с объемным расходом не более 0,83 м3 ч-1 и с массовой долей 1,2-дихлорэтана не менее 90% выводится в емкость поз.41 после предварительного его охлаждения в теплообменнике поз.40, охлаждаемым оборотной водой. Из емкости поз.41 кубовый продукт колонны поз.209 откачивается в цех №40 (12].

2.2. Характеристика сырья и готовой продукции

2.2.1. Этилен

Химическая формула С2Н4, молекулярная масса 28,05.

Параметры критического состояния:

критическое давление         5,12 МПа

критическая температура               9,9°С

критическая плотность          220 кг/м3

теплота сгорания            1330,680 кДж/моль

теплота образования стандартная ∆Н°298 = 52,321 кДж/моль

энтропия вещества в стандартном состоянии    S°298 = 219,61 Дж/моль К

растворимость в воде незначительная; при 20°С растворяется     0,015 %.

Устойчив до 350°С, далее разлагается на метан и ацетилен. [3].

2.2.2. Хлор

Химическая формула Сl2, молекулярная масса 70,91.

Хлор - зеленовато-жёлтый газ с резким удушливым запахом. Плотность (по воздуху) 2,486. При нормальных условиях 1 л газа весит 3,214 г. При 0°С и давлении 6 бар сгущается в золотисто-жёлтую жидкость.

Температура плавления минус 101,3°С.

Температура кипения минус 34,1°С.

Растворим в воде (0,7291 г в 100 мл воды при 20°С), при этом вода, растворяя хлор, окрашивается в зеленоватый цвет и приобретает запах хлора (хлорная вода).

Растворим в четырёххлористом углероде, бромистом этилене и концентрированной соляной кислоте (1 л кислоты плотностью 1,19 растворяет 7,3 г хлора) [10].

Хлор - не горюч, но поддерживает горение многих органических веществ, с водородом образует смеси, взрывающиеся на солнечном свету.

2.2.3. Хлористый водород

Химическая формула НС1, молекулярная масса 36,46.

Бесцветный газ с резким раздражающим запахом.

Плотность (по воздуху) 1,268.

Параметры критического состояния:

критическая температура             51,4°С

критическое давление                82,58105Па

критическая плотность              0,42103 кг/м3

теплота плавления         1,993 кДж/моль

теплота парообразования        16,19 кДж/моль

теплота образования газа при 25°С     минус 92,44 кДж/моль

удельная теплоемкость хлористого водорода при 10°С     0,811 Дж/кг К.

Хлористый водород хорошо растворим в воде с образованием соляной кислоты.

2.2.4. Керамзит

Керамзитом называется материал ячеистого строения, вспученный при обжиге глинистых пород.

Керамзит классифицируется на следующие разновидности:

- керамзитовый гравий - легкий заполнитель бетонов и железобетонов, вспученные зерна которого имеют округлую или гравелистую форму, и прочную спекшуюся шероховатую оболочку, размерами в пределах от 5 до 40 мм в поперечнике, получают его во вращающихся печах, в кипящем слое и другими способами;

- керамзитовый щебень - легкий заполнитель бетона и железобетона произвольной, преимущественно угловатой формы с размерами зерна от 5 до 40 мм в поперечнике, полученный путем дробления крупных глыб или кусков вспученной массы керамзита, обоженного во вращающихся печах, на решетках и другими методами;

- керамзитовый песок гравелистой формы - с тонко спекшейся оболочкой размером от 0,15 до 5 мм, получаемый обжигом глинистой мелочи во вращающихся и шахтовых печах и в печах кипящего слоя;

- керамзитовый песок произвольной формы - с размером зерен от 5 до 40 мм, получаемый путем дробления крупных кусков керамзита.

Исходными сырьевыми материалами для производства керамзита служат легкоплавкие глинистые породы, сланцы аргиллита и др., обладающие способностью вспучиваться при обжиге в пределах 1050-1250°С в естественном состоянии или со специальными добавками, образовывая при этом материал ячеистого строения.

Степень вспучивания определяют коэффициентом К по формуле:

      (2.1)

где V1 и S1 - объем и плотность абсолютно сухого сырца;

      V2 и S2 - объем и плотность керамзита (в куске).

Исходные сырьевые материалы условно подразделяются на слабо (К<2,5), средне (2,5 < К < 4,5), (К > 4,5) вспучивающиеся.

Химический, минералогический и гранулометрические составы легковоспламеняющихся глинистых пород оказывают решающее влияние на их вспучивание и образование пористой структуры.

В легкоплавких глинистых породах, как показатели исследования, состав основных составляющих варьируется в весьма широких пределах: SiO2 от 48 до 80%; А12О3 от 7 до 27%; Fe2O3 + FeO от 0,5 до 20%; MgO от 0,3 до 12%; К2О + Na2О от 0,5 до 7,5%.

Обычно глинистое сырье разделяют на 4 группы.

Первая группа представлена хорошо вспучивающимся сырьем, с коэффициентом вспучивания 4,5, из которого получают керамзит с насыпным объемным весом от 250 до 350 кг/м3, а в куске от 400 до 600 кг/м3.

Ко второй группе отнесено средне вспучивающееся сырье, из которого получают керамзит с насыпным объемным весом от 400 до 550 кг/м3, и в куске от 600 до 850 кг/м3, с коэффициентов вспучивания около 2-3.

К третьей группе отнесено слабо вспучивающееся сырье, из которого получают керамзит с объемным весом от 550 до 850 кг/м3, и в куске от 850 до 1350 кг/м3, с коэффициентов вспучивания около 1,2-2.

К четвертой группе отнесено практически не вспучивающееся при обжиге
сырье.

По насыпной плотности керамзит подразделяют на марки до 250 кг/м3, от 250 до 400 кг/м3 (с интервалом 50 кг/м3) и 400 до 1200 кг/м3 (с интервалом 100 кг/м3).

Истинная плотность керамзитов от 2,6 до 2,7 г/см3, средняя плотность в куске равна от 0,7 до 1,8 г/см3, истинная пористость (общая) находится в пределах от 40 до 75 %, пористость кажущаяся (открытая) от 30 до 65%, пористость закрытая от 10 до 20 %.

Водопоглощение керамзита в % через 48 часов составляет от 20 до 30.

Измерение показали, что в керамзите более 98% пор имеют менее 1мм. Мельчайших пор в керамзите до 40%.

2.2.5 1,2 - Дихлорэтан

Химическая формула С2Н4С12, молекулярная масса 98,96.

Бесцветная легколетучая жидкость со сладковатым запахом, при влажности менее 0,1% является гигроскопической жидкостью.

Температура кипения - 83,47°С, температура плавления - минус 35,36°С.

Относительная плотность пара (по воздуху) 3,4.

Параметры критического состояния:

критическое давление         5,37 МПа

критическая температура              288°С

критическая плотность           440 кг/м3

теплота сгорания             1134,7 кДж/кг

теплота плавления                88,4 кДж/кг

теплота образования стандартная         ∆Н°298 = -129,7 кДж/моль

энтропия вещества в стандартном состоянии...... S°298=308,82 Дж/(мольК).

Дихлорэтан хорошо растворяется в спирте, эфире, нефтяных углеводородах, плохо растворяется в воде.

С водой образует азеотропную смесь ДХЭ : вода = 91,8 : 8,2, кипящую при температуре 71,6°С.

Таблица 2.2

Технические требования к готовому продукту по ГОСТ 1942-86

Наименование показателя

Нормы для сорта

Высшего

Первого

Второго

1. Массовая доля 1,2-дихлорэтана, %,

не менее

99,9

99,4

98

2. Массовая доля органических приме-

сей, %, не более:

- винилхлорида

- 1,2-дихлорпропана

- хлористого аллила

0,002

0,005

0,002

-

-

-

-

-

-

3. Температурные пределы перегонки

(при 101,33 кПа),°С

- начало перегонки, не ниже

- конец перегонки

-

-

-

-

81

86

4. Массовая доля воды, %, не более

0,005

0,05

0,12

5. Массовая доля кислот в пересчете

на НС1,%, не более

0,0002

0,002

0,004

6. Массовая доля нелетучего остатка,

%, не более

0,0008

0,0004

-

7. Массовая доля железа, %, не более

0,0004

0,0004

-

Таблица 2.3

Характеристика материалов и полупродуктов

Наименование сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов

Государственный или отраслевой стандарт, тех. условия, СТП, регламент или методика на подготовку сырья

Показатели обязательные для проверки

Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями

Натр едкий технический жидкий (марка РР)

По регламенту цеха №4

Массовая доля едкого натра в %

15...20

Азот сжатый

Р = 0,6 Мпа

В соответствии с регламентом цеха №30

Объемная доля кислорода

Точка росы, К

Не более

0,005

233

Продолжение таблицы 2.3

Наименование сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов

Государственный или отраслевой стандарт, тех. условия, СТП, регламент или методика на подготовку сырья

Показатели обязательные для проверки

Регламентируемые показатели с допустимыми отклонениями

Воздух сжатый

Р = 0,6Мпа

Тоже

Точка росы, К

233

Воздух КИП

По регламенту

цеха№30

Спирт этиловый ректификованный

ГОСТ 18300-87

Вода захоложенная

(283...285)К

По регламенту

цеха №39

Рассол 238К

По регламенту

цеха №39

Оборотная вода

Пap

Электроэнергия

2.3. Очистка газовых выбросов от 1,2-дихлорэтана

Ранее были проведены исследования о возможности применения гидрофобных материалов на основе керамзита для очистки сточных вод и газовых выбросов. Была разработана технология обработки керамзита с целью помещения на его поверхности жидких добавок, обладающих адсорбционными свойствами [18].

Для этого наносимую жидкую фазу растворяют в подходящем растворителе. Далее этим раствором пропитывают керамзит, а затем сушат его.

Пористые материалы, типа керамзитового гравия, после гидрофобизации приобретают способности извлекать из воды органические примеси типа мазут, керосин, пищевых жиров. Извлечение идет за счет адсорбированных процессов, причем сорбируемая органика накапливается в открытых порах загрузки фильтра, что обеспечивает его долговременную работу. По мере отработки, загрузочный материал регенерируется в том же модификаторе с извлечением собранного продукта для повторного использования.

Объемная гидрофобизация пористых материалов может быть использована для получения заполнителей для легких и теплоизоляционных бетонов.

Строительные изделия из гидрофобизированных материалов обладают высокими теплоизоляционными свойствами, практически не поглощают влагу и могут быть использованы для изоляции кровли, трубопроводов и т.д.

Гидрофобизирующие минеральные добавки в асфальтобетонные смеси значительно сокращают расход битумов, повышают качество смеси и покрытых ею дорог.

Пористые гидрофобизированные материалы применяют при аварийных разливах нефти, очистке поверхности водостоков от плавающих нефтепродуктов, очистке промышленных сточных вод.

Эксперимент проводился следующим образом. Была создана опытная установка доочистки газовых выбросов. Установка представляла собой стальную трубу с фланцами длинной 1800 мм и диаметром 80 мм. В нее засыпался керамзит, пропитанный глицерином и пропускались газовые выбросы производства. Концентрация поступающих и очищенных газов анализировалась хроматографически.

Данная дипломная работа посвящена очистке газовых выбросов, образующихся в производстве 1,2-дихлорэтана в цехе №7 ЗАО "Каустик".

В качестве адсорбента для очистки абгазов использован керамзит, на поверхности которого нанесен водный раствор глицерина.

Из емкости поз.С-10 абгазы поступают на адсорбцию в аппарат поз.27(1,2).

Адсорбер no3.27(1,2) представляет собой цилиндрический аппарат с насадкой.

Абгазы, проходя через насадку, контактируют с развитой ее поверхностью. 1,2 - Дихлорэтан адсорбируется на поверхности носителя, наносимого на керамзит (процесс схож с хроматографией), а очищенный газовый поток направляется

на свечу рассеивания.

После загрязнения насадки необходимо производить процесс десорбции.

Десорбцию проводят острым паром 0,25 МПа; Т=383 К. Пар подается в нижнюю часть адсорбера и контактируя с поверхностью насадки уносит с собой дихлорэтан. Образующаяся при этом паро-газовая смесь направляется в теплообменник поз.28, где она охлаждается оборотной водой. Затем поступает в фазоразделитель поз.29, где происходит отделение дихлорэтана от абгазов. Дихлорэтан-сырец поступает в хлоратор поз.3 и далее участвует в процессе хлорирования этилена. Абгазы из фазоразделителя поз.29 направляются на абсорбцию в аппарат поз.А-9 и далее обезвреживаются по выше описанной схеме.


3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

3.1. Расчет материального баланса узла хлорирования этилена

Исходные данные для расчета:

производительность установки - 180000 тыс. тн 1,2-дихлорэтана в год

число часов работы...........................................…………..24 350 = 8400

потери.......................................................................………………....0,0%

выход ДХЭ...............................................................……………......99,9%

выход ТХЭ..................................................................……………….0,1%

соотношение C2H4 : С12 = 1,1 : 1,0

состав этилена:.........................................................…....С2Н4 - 99,9% об.

С2Н6 - 0,1% об.

состав абгазного хлора:......................................………...С12 - 80,0% об.

      О2 - 4,0% об.

      Н2 - 1,2% об.

    СО2 - 0,8% об.

   N2 - 14,0% об.

Определим часовую производительность установки с учетом потерь

при этом образуется трихлорэтана - 21,45 кг/ч.

Количество этилена, участвующего в реакциях:

С2Н4 + С12 → С2Н4С12 + 21450,02 кДж/кг

С2Н4С12 + С12 → С2Н3С13 + HCI + кДж/кг

кг/ч

где 21450,02 и 21,45 - количество образовавшихся по уравнениям

дихлорэтана и трихлорэтана соответственно, кг/ч;

28 - молекулярная масса этилена;

99 и 133,5 - молекулярные массы дихлорэтана и трихлорэтана

или объемный расход этилена

м3

с учетом 10% -го избытка

.

или 6684,96 кг/ч, откуда содержание этана в этиленовой фракции - 5,35м3/ч или 7,17 кг/ч, итого расход этиленовой фракции 6692,13 кг/ч.

Количество хлора, участвующего в процессе:

где 71 - молекулярная масса хлора;

или объемный расход хлора

.

с учетом концентрации хлора объемный расход абгазного хлора составит

,

тогда состав абгазного хлора:.........……..С12 - 4860,53 м3/ч (15406,16 кг/ч)

N2 - 850,59 м3/ч (1063,24 кг/ч)

СО2 - 48,605 м3/ч (95,47 кг/ч)

О2 - 243,03 м3/ч (347,19 кг/ч)

Н2 - 72,91 м3/ч (6,51 кг/ч).

Количество образующегося хлористого водорода

Состав и количество отходящих газов приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1.

Состав абгазов, отходящих из хлоратора

Газы

Объемный расход, м3

Состав, % об.

Массовый

расход, кг/ч

Этилен

5369,48 0,999 - 4876,46 = 487,65

28,59

Азот

850,59

50,07

1063,24

Кислород

243,03

16,35

347,19

Водород

72,91

0,31

6,51

Углекислый газ

48,605

4,5

95,47

Хлористый водород

3,6 0,7 = 2,52

0,19

4,11

Всего

100,00

2123,64

Количество отходящих газов GДХЭ, кг/ч, насыщенных дихлорэтаном, вычисляют по формуле

   (3.1)

где Gr - количество газов, пропускаемых через ДХЭ, кг/ч;

φ - коэффициент насыщения, равный 1;

р - давление над жидкостью, (при 40°С для дихлорэтана р= 140 мм

рт.ст, 18662 Па);

Р - общее давление в системе, 0,15 Мпа;

Мж - молекулярный вес дихлорэтана;

Мг - средний молекулярный вес газовой смеси вычисляют по формуле

    (3.2)

где mi - массовая доля компонентов газовой смеси;

Мв - молекулярный вес каждого компонента.

Мв = 0,285928 + 0,500728 + 0,163532 + 0,00312 + 0,001936,5 + 0,04544 = 29,31.

Тогда унос паров дихлорэтана с абгазами составит

Количество отводимого жидкого дихлорэтана составляет

21450,02 - 1026,76 = 20423,26 кг/ч.

Материальный баланс узла хлорирования этилена сведен в таблицу 3.2

3.1.2. Материальный баланс узла очистки газовых выбросов

Данные сведем в таблицу 3.3.

Таблица 3.2.

Материальный баланс узла хлорирования этилена

Приход

кг/ч

кмоль/ч

%вес.

Расход

кг/ч

К

моль/ч

%вес

Этиленовая

фракция,

в т.ч.: этилен

         этан

6692,13

6684,96

7,17

238,75

0,24

100,0

99,9

0,1

ДХЭ-сырец

в т.ч.: ДХЭ

          ТХЭ

20444,71

20423,26

21,45

206,3

0,16

100,0

99,9

0,1

Хлоргаз,

в т.ч.: хлор

         кислород

         водород

         углек.газ

         азот

16918,57

15406,16

347,19

6,51

95,47

1063,24

216,99

1085

3,26

2,17

37,97

100,0

91,06

2,05

0,04

0,56

6,28

Абг. хлор-я,

в т.ч. этилен

дихлорэтан

этан

азот

кислород

углекисл.газ

водород

хлорводород

3157,57

607,12

1026,76

7,17

1063,21

347,19

95,47

6,51

4,11

21,68

10,37

0,24

37,97

10,85

2,17

3,26

0,11

100,0

19,23

32,52

0,23

33,67

11,0

3,02

0,21

0,13

ИТОГО

23610,7

ИТОГО

23610,7

Таблица 3.3

Материальный баланс узла очистки газовых выбросов

Приход

кг/ч

%

Расход

кг/ч

%

Этилен

127,125

17,77

Этилен

38,134

5,33

Дихлорэтан

34,905

4,88

Дихлорэтан

0,035

0,00

Хлористый

0,105

0,01

Хлористый

-

-

Водород

Водород

Хлор

0,0006

0,00

Хлор

-

-

Инерты

553,445

77,34

Инерты

545,143

76,19

Количество

уловленных

газов

132,1882

18,47

Итого

715,5006

100,00

Итого

715,5006

100,00

Рассчитаем количество дихлорэтана адсорбируемого в адсорбере поз.28 с учетом 99,9% степени очистки

34,905 - 0,035 = 34,87 кг/ч

3.2. Расчет теплового баланса

3.2.1. Расчет теплового баланса узла хлорирования этилена

3.2.1.1. Тепловой баланс хлоратора поз.3

Тепловой баланс хлоратора вычисляют по формуле

Q = Qпр - Qух     (3.3)

где Qnp. = Q1 + Qp - тепло, приносимое в хлоратор;

Qyx. = Q2 + Q3 - тепло, уносимое из хлоратора,

где Q1 - тепло, вносимое в хлоратор материальными потоками, ккал/ч;

Qp - тепло, выделяемое при реакции, ккал/ч;

Q2 - тепло, затраченное на нагрев материальных потоков, ккал/ч;

Q3 - тепло, уносимое из хлоратора продуктами реакции, ккал/ч.

а) тепло Q1, кДж/ч, вводимое в хлоратор материальными потоками вычисляют по формуле

Q1 = ∑ mi  Cpi  t,      (3.4)

где mi - мольные доли компонентов сырья, кмоль/ч;

Cpi - удельная теплоемкость каждого компонента при t = 25°С,

кДж/кмоль К;

t - температура, К.

Q1 = (238,75 43,63 + 0,24 52,70 + 216,99 33,84 + 10,85 29,36 +

+ 3,26 28,83 + 2,17 37,13 + 37,97 29,10) 298 103 = 5772 кДж/ч,

б) тепло Q2, кДж/ч , необходимое для нагрева сырья от 25°С до 90°С, вычисляют по формуле

Q2 = m Cp  ∆t,      (3.5)

где Ср - теплоемкость каждого компонента сырья, которую при заданной

температуре вычисляют по формуле

Ср = а + bТ + сТ2   или  Ср = а +bТ + с/Т2   (3.6)

где ∆t - перепад температур, 65°С.

Q2 = (238,75 43,63 + 0,24 52,70 + 216,99 33,84 + 10,85 29,36 +

+ 3,26 28,83 + 2,17 37,13 + 37,97 29,10) 65 10-3 = 1259 кДж/ч

в) тепло Q3, кДж/ч, уносимое продуктами реакции при температуре процесса 90°С, в т.ч.

1)с абгазами:

Q3a = (21,68 49,63 + 0,24 60,79 + 0,11 29,03 + 10,85 29,83 + 3,26 28,84

+ 2,17 40,95 + 37,97 29,42 + 10,37 93,16) 363 = 1337,1 кДж/ч;

2) сырым дихлорэтаном при температуре 90°С:

Q3ДХЭ = (206,30 93,16 + 0,16 95,29) 363 = 6982 кДж/ч;

г) тепло Qp, кДж/ч, выделяемое при реакциях:

Qp = (21450,02 586 + 21,45 242) 4,19 = 52667092,1 кДж/ч.

Таким образом, количество тепла, которое необходимо снять

Q = 5772 + 52667092,1 - 1259 - 1337,1 - 6982 = 52663286 кДж/ч.

С учетом потерь (2%) - 53716551,7 кДж/ч.

д) тепло Q отводится возвратным дихлорэтаном при его испарении, количество дихлорэтана m, кг/ч, необходимого для отвода этого количества тепла, вычисляют по формуле

QДХЭ = m  cp  T + λ,     (3.7)

где Q - тепло, отводимое возвратным дихлорэтаном, к/ч;

С - теплоемкость дихлорэтана, 0,313 кДж/кмоль К;

λ, - теплота испарения дихлорэтана, кДж/кмоль К;

Т - температура сконденсировавшегося дихлорэтана, 40°С.

     (3.8)

    

3.3. Технологический расчет

3.3.1. Технологический расчет адсорбера поз.27

Массу сорбируемого дихлорэтана L, кг за суточный период работы вычисляют по формуле

L = Х дхэ Т адс,     (3.9)

где L - масса сорбируемого ДХЭ за 7 дней, кг;

X дхэ - масса, сорбируемого ДХЭ за. 1 час, кг/ч;

Т адс. - время адсорбции, час.

L = 34,905 1 24 = 837,72 кг

Активность адсорбента (керамзита) по отношению к ДХЭ вычисляют по формуле

     (3.10)

где Адхэ - активность адсорбента по отношению к ДХЭ, кг/кг;

L max - максимальное количество поглощенного ДХЭ, кг;

М - масса адсорбента, кг.

Масса адсорбента М, кг, необходимая для суточного режима работы, вычисляют по формуле

     (3.11)

где М - масса адсорбента для суточного режима работы, кг.

Объем загрузки адсорбента Vа; м3 для суточного режима работы вычисляют по формуле

    (3-12)

где Va - объем загрузки адсорбента для суточного режима, работы м3;

рн - насыпная плотность керамзита, принимается равной 650кг/м3.

Объем принимаем равным V = 8,6 м3.

Мольные доли ДХЭ и воздуха в смеси вычисляют по формуле

    (3.13)

где Y - мольная доля компонента в смеси, моль.доля;

С - концентрация компонента в смеси, кг/м;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К);

Р - давление потока, Па;

М - молекулярная масса компонента смеси, г/моль.

Температура принимается равной Т=15°С, а давление потока Р=101325 Па (данные из регламента производства 1,2-дихлорэтана)

Yвоз = 1 – 0,0137 = 0,9863 моль.доли

Молекулярную массу смеси вычисляют по формуле

Mсм = Y1  M1 + Y2  M2,    (3.14)

где Мсм - молекулярная масса смеси, г/моль;

Y1 - мольная доля первого компонента в смеси, моль.доля;

M1 - молекулярная масса первого компонента смеси, г/моль;

Y2 - мольная доля второго компонента в смеси, моль.доля;

M2 - молекулярная масса второго компонента смеси, г/моль.

Мсм = 98,96 0,0137 + 28,96 0,9863 = 29,9185 г/моль

Плотность газовой смеси вычисляют по формуле

    (3.15)

где ρсм - плотность газовой смеси, кг/м;

Р - давление газовой смеси, Па;

Мсм - - молекулярная масса смеси, г/моль;

Т - температура газовой смеси, К.

Максимально допустимую линейную скорость газа в адсорбенте вычисляют по формуле

   (3.16)

где Wmax - максимально допустимая линейная скорость

газа в адсорбенте,м/с;

ρнас - насыпная плотность адсорбента, кг/м;

D - диаметр гранул адсорбента, м;

G - ускорение свободного падения, м/с;

рсм - плотность газовой смеси, кг/м.

Для керамзита диаметр гранул принимается равным Dвн=0,0007 м.

Внутренний диаметр адсорбера принимается равным Dвн = 2,4 м.

Рабочую линейную скорость газа в адсорбере вычисляют по формуле

    (3.17)

где Wp - рабочая линейная скорость газа в адсорбере, м/ч;

VГ - объемный расход газовой смеси, м/ч;

П - число пи.

Проверяется условие

WMAX  WP

0,2426 > 0,09

Высоту слоя сорбента вычисляют по формуле

    (3.18)

где Н - высота слоя сорбента в адсорбере, м;

V - объем загрузки адсорбента, м;

DBH - внутренний диаметр адсорбера, м.

Расстояние между днищем адсорбера и насадкой принимаем равным 1,1D, расстояние от верха насадки до крышки адсорбера зависит от размеров распределительного устройства - принимаем равным 1,0 м. Тогда общая высота адсорбера принимает следующее значение

Н = 4,6 + 1,1 2,4 + 1,0 = 8,24 м

3.3.2. Определение диаметра штуцера для ввода газовой смеси в адсорбер.

Объемный расход газовой смеси в адсорбере поз.27 (из материального баланса)

Yг.с. = 583,3 м3/ч или

При заданном расходе Yсек, м3/с и принимаемой скорости газовой смеси равной 0,09 м/с диаметр штуцера вычисляют по формуле

     (3.19)

Принимаем Dy = 53 мм

Расчет количества отверстий в решетках перфорации для разбрызгивания водного раствора глицерина в адсорбере поз. 27.

Сечение трубопровода S, м2, вычисляют по формуле

     (3.20)

Принимаем живое сечение перегородки равным 0,9, тогда

S = 0,0022 0,9 = 0,002м2.

Принимаем диаметр отверстий в перегородке dотв, = 10 мм, тогда сечение отверстия

Количество отверстий

3.3.3. Рассчитаем процесс десорбции в адсорбере поз.27.

Тепло необходимое на десорбцию дихлорэтана вычисляют по формуле

Qg = w  g,      (3.21)

где g - теплота испарения дихлорэтана g = 0.585 кДж;

w - количество адсорбированного дихлорэтана (из материального

баланса), кг.

Qg = 34,87 0,585 = 20,399 кДж.

Расход тепла Q1, кДж, на нагревание адсорбера вычисляют по формуле

Q1 = m c ∆t     (3.22)

где m - масса соответствующего компонента, кг;

t - разница температур ,°С;

с - теплоемкость соответствующего компонента, кДж/кг град.

Q1 = 206,3 (100-20) 91,62 = 1512,1 кДж

Количество  тепла  Q2, кДж, необходимое на нагревание адсорбента вычисляют по формуле (3.30)

Q2 = 1569 (100-20) 0,21 = 110,17 кДж

Необходимое количество тепла Qs, кДж, на испарение дихлорэтана адсорбированного на керамзите вычисляют по формуле:

Qи = m  сдхэ t     (3.23)

Qи = 5864,04 91,62 (100-20) = 42981,1 кДж

Количество потерянного тепла Qпот, кДж, с учетом 1%-та  потерь вычисляют по формуле:

Qпот = ∑ (Q1+Q2+Qи+Qg) 0,01    (3-24)

Общее количество тепла Ообщ, кДж, необходимое для десорбции вычисляют по формуле:

Ообщ = Q1+Q2+Qи+Qg + Ообщ    (3.25)

Ообщ = (20,4 + 1512,1 + 110,17 + 42981,1) 0,01 = 446,24 кДж

В качестве греющего агента выбираем пар с давлением 0,25 МПа, с теплотой конденсации Окон = 1,88 кДж/кг

Расход пара на десорбцию q, кг, вычисляют по формуле

     (3.26)

3.3.4. Технологический расчет конденсатора поз.28

Исходные данные

Конденсатор предназначен  для  конденсации  парогазовой  смеси после десорбции. Хладоагент - вода оборотная с температурой 12°С.

Температура парогазовой смеси на входе в конденсатор - 100°С, на выходе из конденсатора 40°С.

Количество тепла, которое необходимо снять в конденсаторе вычисляют по формуле

Q= Q1 + Q2 + О3,     (3.27)

где Q1 - тепло, выделяемое при конденсации паров дихлорэтана, кДж;

Q2 - тепло, выделяемое при охлаждении паров дихлорэтана, кДж;

Q3 - тепло, выделяемое при охлаждении парогазовой смеси, кДж.

Тепло, выделяемое при конденсации паров дихлорэтана Q1, кДж, вычисляют по формуле:

Q1 = mдхэ  qкон ДХЭ    (3.28)

Q1  = 5864,04 85,4 4,19 = 2098,31 кДж

Тепло, выделяемое при охлаждении паров дихлорэтана Q2, кДж, вычисляют по формуле:

Q2 = ma6r  Cp a6r(tн - tk)    (3.29)

Q2 = 5864,04 0,36 (100 - 20) 4,19 = 707,63 кДж

Тепло, выделяемое при охлаждении парогазовой смеси Qs, кДж, вычисляют по формуле:

Q3 = mпар  Cр пар  (tн - tк)    (3.30)

Q3 = 23736 0,566 80 4,19 = 45,03 кДж

Q = 2098,31 + 707,63 + 45,03 = 2850,97 кДж

Поверхность теплообмена F, м2, вычисляют по формуле:

     (3.31)

Принимаем К = 167,6 кДж/м2  ч °С

    (332)

Длина трубок 1; м, вычисляют по формуле:

    (3.36)

где dp - диаметр трубок, м;

n - количество трубок, 6 шт.

Общая длинна кожухотрубного аппарата равна сумме активной длины труб и высоты двух распределительных камер

L = 1 + 2h  L = 1,0 + 2 0,3 = 1,6м

Принимаем теплообменник из стандартного ряда с длинной L = l ,6 м


ВЫВОДЫ

1 В основу курсового проекта принято улавливание 1,2-дихлорэтана из газовых выбросов в адсорбере, с керамзитом в качестве насадки.

2 В результате внедрения новой технологии утилизации дихлорэтана из газовых выбросов мощность установки по производству 1,2-дихлорэтана увеличивается на 633,6 т.

3 Содержание дихлорэтана в газовых выбросах после прелагаемой реконструкции снижается на 99,9%.

4 Впервые предложена технология улавливания 1,2-дихлорэтана из газовых выбросов в адсорбере при помощи керамзита в качестве адсорбента.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Л.З. Альперт Основы проектирования химических установок. - М.: Высшая школа, 1970. - 328с.: ил.

2 И.Ф. Бабицкий, Г.Л.Вихман, С.Н.Вольфсон Расчет и конструирование аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов. - М.: Недра, 1965. - 900 с.

3 П.С. Белов, И.А. Голубева, С.А. Низова Экология производства, химических продуктов из углеводородов нефти и газа: Учебник для вузов. - М.: Химия, 1991.-256 с.; ил.

4 В. С. Бесков Общая химическая технология промышленной экологии. - М.: Химия, 1994.-230с.

5 Ю.И. Дытнерский Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1991.-469 с.

6 А.А. Кондратьев, Б.К. Марушкин, Ю.Ф. Соков Технология нефти и газа. - Б.: Уфа, 1971.-335с.

7 А.А. Кузнецов, С.М. Кагерманов, Е.Н. Судаков Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. - Л.: Химия, 1974. -344с.

8 В.П. Кумелов, Г.Г. Орлов, Ю.Г. Сорокин Охрана труда нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - М.: Химия, 1983.-472 с.

9 Н.Н. Лебедев Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1988. - 592 с.

10 Л.А. Ошин Промышленные хлорорганические продукты. - М.: Химия, 1985.-599с.

11 Изменение № 1 к постоянному технологическому регламенту № 4-89 производства 1,2-дихлорэтана. Стерлитамак. ЗАО "Каустик", 1998.

12 Технический регламент цеха № 7 ЗАО "Каустик" с изменениями 1, 2, 3. 1990.-264с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

61999. Выгоночные растения 1.62 MB
  В результате изучения данной темы обучающиеся должны иметь практический опыт: выгонки луковичных растений зимующих в открытом грунте; уметь: определять качество выгоночного материала; создавать необходимый температурный режим в течении длительного периода времени...
62000. Метод круговой тренировки 132.81 KB
  Задачи урока: Совершенствование физических упражнений, закрепление знаний и умений. Развитие физических и психических качеств; силовых, скоростно-силовых способностей. Воспитание волевых качеств, самостоятельности, взаимопомощи, взаимовыручки, трудолюбия, чувства коллективизма.
62001. Hippocrates – «The Father of Medicine» 72.24 KB
  Цели занятия: Дидактические: изучить новые лексические единицы по теме и применять их при чтении текста о выдающимся греческом ученом Гиппократе; развивать навыки аудирования и монологического высказывания диалогической речи...
62006. Джаз – искусство XX века 25.64 KB
  Познакомить учащихся с истоками джазовой музыки (спиричуэл, блюз), со стилем “джаз”; историей возникновения этого музыкального направления; с характерными особенностями стиля; со знаменитыми исполнителями джазовой музыки...
62007. Категории человеческого бытия 45.79 KB
  Категории человеческого бытия Основные категории бытия человека определяющие его жизнь это прежде всего свобода смысл жизни творчество любовь счастье вера смерть. Любовь Любовь самый верный свидетель моего существования.