Дипломная работа: Производство поливинилбутираля
Выбор пункта строительства – город Кусково
Московской области.
1.4ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ ПРИНЯТОГО МЕТОДА
Ацеталирование поливинилового спирта проводят
масляным альдегидом на катализаторе соляная кислота.
Процесс получения поливинилбутираля протекает в
семь стадий:
1.4.1 Подготовка сырья
а) Растворение поливинилового спирта.
Поливиниловый спирт растворяют в аппарате – подогревателе по режиму:
Модуль ванны......................1:10
Температура, °С..................50–60
Продолжительность, ч........5–6
В подогреватель подают сухой поливиниловый
спирт и обессоленную воду. В течение 5–6 часов перемешивают и подогревают
раствор до температуры 60°С.
б) Приготовление водного раствора щёлочи. В
ёмкость для растворения щёлочи центробежным насосом загружают обессоленную
воду, а через лаз в крышке шнеком загружают твёрдую щёлочь из расчёта получения
раствора 10 – 15% концентрации. Растворение щёлочи производят при перемешивании
сжатым воздухом в течение 10–15 минут. По окончанию растворения раствору дают
отстояться в течение 8–12 часов и анализируют на содержание щёлочи. Отстоявшийся
раствор через боковой штуцер сливается в мерник для загрузки в аппарат.
в) Масляный альдегид поступает в цех,
ректифицированный и дополнительной, обработке не подвергается.
г) Соляная кислота. Перед загрузкой в
ацеталятор анализируется на содержание хлорида водорода, затем разбавляется
обессоленной водой в мернике
до концентрации 10–22% и передавливается сжатым
воздухом в ацеталятор.
1.4.2 Ацеталирование поливинилового спирта
Ацеталирование
поливинилового спирта проводят в ацеталяторе при модуле ванны 1:10 масляным
альдегидом в присутствии НСl, который служит катализатором. Концентрация
поливинилового спирта при этом будет 9%. Горячий водный раствор поливинилового
спирта центробежным насосом, через фильтр, перекачивается в ацеталятор.
Ацеталятор представляет собой эмалированный аппарат, снабжённый рубашкой для
обогрева и охлаждения и якорно-лопастной мешалкой. В случае если раствор
поливинилового спирта имеет температуру ниже 60°С, его, при перемешивании,
подвергают дополнительному подогреву при температуре 60 – 70°С в течение 2
часов. После этого раствор охлаждают до 8 – 10°С. Охлаждение ацеталятора
производят сначала холодной водой, подаваемой в рубашку, а затем хладагентом
(раствор СаС12). Одновременно с началом охлаждения из ацеталятора
отбирают пробу раствора спирта для определения сухого остатка и цветности. По
результатам анализа проводят расчёт количества загруженного на ацеталирование
сухого поливинилового спирта и загружают обессоленную воду. При температуре
8–10°С и непрерывном перемешивании раствора поливинилового спирта в ацеталятор,
через фильтр, загружают масляный альдегид. После 20 минутного перемешивания
поливинилового спирта с масляным альдегидом в ацеталятор загружают разбавленную
обессоленной водой соляную кислоту из мерника. Ниже приведены нормы загрузки
компонентов в ацеталятор (в массовых частях):
Поливиниловый спирт............100
Вода обессоленная...................925
Масляный альдегид.................60
Соляная кислота, 37%.............15
С добавлением соляной кислоты температура в
аппарате увеличивается до 10 – 12°С. Реакционную смесь охлаждают, а время
достижения температуры 10°С, считают началом процесса ацеталирования. Процесс
ацеталирования ведут при перемешивании и обогреве реакционной массы горячей
водой через рубашку ацеталятора при следующем температурном режиме:
Подъём температуры от 10 до 14°С – 3 часа
от 14 до 25°С – 3 часа
от 25 до 30°С – 2 часа
от 30 до 55°С – 3 – 3,5 часа
выдержка при температуре 55°С – 1 час
всего: 12 – 12,5 часов.
По
окончании ацеталирования содержимое аппарата охлаждают до 25 –28°С. Затем
отбирают пробу маточного раствора для определения содержания в нём масляного
альдегида, которого должно быть в маточнике не более 0,4%.
1.4.3
Выделение продукта операцией центрифугирования:
Полученную
суспензию поливинилбутираля вместе с маточником разгружают в центрифугу,
отжимают и передают в промыватель.
1.4.4
Операция промывки:
Промывку
поливинилбутираля проводят в промывателях. Промыватель – цилиндрический аппарат
с коническим днищем. Аппарат снабжён рубашкой для обогрева и охлаждения, якорно–лопастной
мешалкой со специальными люками, расположенными на нижней конической части
аппарата с устройством для отсоса промывных вод под вакуумом и загрузки
обессоленной воды под давлением. Промыватель, снабжен уровнемером для
поддержания уровня промывной воды. Температура подаваемой воды должна быть не
выше 40°С, модуль ванны 1:8. После подачи обессоленной воды производится 10
минутное перемешивание и отсос воды. Промывка считается законченной, когда
кислотность промывной воды будет не выше кислотности воды, подаваемой в
промыватель.
1.4.5Операция стабилизации поливинилбутираля
После промывки поливинилбутираля для устранения
кислотности проводят стабилизацию его водным раствором щёлочи. В аппарат при
работающей мешалке загружают из мерника раствор щёлочи. Через 10 минут после
загрузки щёлочи отбирают пробу для контроля концентрации щёлочи в ванне.
Стабилизацию проводят при перемешивании и температуре 55°С в течение 2 часов.
По окончанию стабилизации содержимое аппарата охлаждают до 200С в
течение 2 часов.
1.4.6Отжим на центрифуге:
Стабилизированный поливинилбутираль, при работающей
мешалке промывателя, поступает в центрифугу и отжимается до содержания влаги 30
– 40%.
1.4.7Сушка поливинилбутираля
Отжатый поливинилбутираль поступает в
аэрофонтанную сушилку непрерывного действия и при температуре не выше 50°С
сушится до остаточного содержания влаги 3%. Высушенный продукт просеивают на
вибрационном сите и мелкую фракцию упаковывают в мешки. Воздух уходящий из верхней
части сушилки уносит с собой небольшое количество поливинилбутираля, для его
улавливания мы ставим циклон. Мелкие частицы мы отправляем обратно в
производство.
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА
2.1ПОДРОБНОЕ
ОПИСАНИЕ ВЫПОЛНЕННОЙ ГРАФИЧЕСКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА
ИЛИ ОТДЕЛЕНИЯ
Ацеталирование поливинилового спирта проводится
масляным альдегидом на катализаторе соляная кислота.
Поливиниловый спирт растворяют в аппарате – подогревателе
ПД по режиму:
Модуль ванны.....................1:10
Температура, °С..................50–60
Продолжительность, ч........5–6
В подогреватель ПД подают сухой поливиниловый
спирт и обессоленную воду. В течение 5–6 часов перемешивают и подогревают
раствор до температуры 60°С. В ёмкость Е3 для щёлочи центробежным насосом H2 загружают
обессоленную воду, а через лаз в крышке шнеком загружают твёрдую щёлочь из
расчёта получения раствора 10 – 15% концентрации. Растворение щёлочи производят
в Е3 при перемешивание сжатым воздухом в течение 10–15 минут. По окончанию
растворения раствору дают отстояться в течение 8–12 часов и анализируют на
содержание щёлочи. Отстоявшийся раствор через боковой штуцер сливается в мерник
М2 для загрузки в аппарат. Масляный альдегид поступает в цех, ректифицированный
и дополнительной обработке не подвергается. Перед загрузкой HCl в ацеталятор
анализируется на содержание хлорида водорода, затем разбавляется обессоленной
водой в мернике М1 до концентрации 10–22 % и передавливается сжатым воздухом в
ацеталятор.
Ацеталирование
поливинилового спирта проводят в ацеталяторе АЦ при модуле ванны 1:10 масляным
альдегидом в присутствии НСl, который служит катализатором. Концентрация
поливинилового спирта при этом будет 9%. Горячий водный раствор поливинилового
спирта центробежным насосом Н3, через фильтр Ф2, перекачивается в ацеталятор
АЦ. Ацеталятор АЦ представляет собой эмалированный аппарат, снабжённый рубашкой
для обогрева и охлаждения и якорно–лопастной мешалкой. В случае если раствор
поливинилового спирта имеет температуру ниже 60°С, его при перемешивании
подвергают дополнительному подогреву при температуре 60 – 70°С в течение 2
часов. После этого раствор охлаждают до 8 – 10°С. Охлаждение ацеталятора АЦ
производят сначала холодной водой, подаваемой в рубашку, а затем хладагентом
(раствор СаС12). Одновременно с началом охлаждения, из ацеталятора
АЦ отбирают пробу раствора спирта для определения сухого остатка и цветности.
По результатам анализа проводят расчёт количества загруженного на
ацеталирование сухого поливинилового спирта и загружают обессоленную воду. При
температуре 8–10°С и непрерывном перемешивании раствора поливинилового спирта в
ацеталятор, через фильтр Ф1, загружают масляный альдегид. После 20 минутного
перемешивания поливинилового спирта с масляным альдегидом в ацеталятор АЦ
загружают разбавленную обессоленной водой соляную кислоту из мерника М1. Ниже
приведены нормы загрузки компонентов в ацеталятор (в массовых частях):
Поливиниловый спирт............100
Вода обессоленная..................925
Масляный альдегид.................60
Соляная кислота, 37%.............15
С добавлением соляной кислоты температура в
аппарате увеличивается до 10–12°С. Реакционную смесь охлаждают, а время
достижения температуры 10°С, считают началом процесса ацеталирования. Процесс
ацеталирования ведут при перемешивании и обогреве реакционной массы горячей
водой через рубашку ацеталятора АЦ при следующем температурном режиме:
подъём температуры от 10 до 14°С – 3 часа
от 14 до 25°С – 3 часа
от 25 до 30°С – 2 часа
от 30 до 55°С – 3 – 3,5 часа
выдержка при температуре 55°С – 1 час
всего: 12 – 12,5 часов.
По
окончании ацеталирования содержимое аппарата охлаждают до 25–28°С. Затем
отбирают пробу маточного раствора для определения содержания в нём масляного
альдегида, которого должно быть в маточнике не более 0,4%. Полученную суспензию
поливинилбутираля вмести с маточником разгружают в центрифугу Ц, отжимают и
передают в промыватель ПК.
Промывку
поливинилбутираля проводят в промывателях. Промыватель ПК – цилиндрический
аппарат с коническим днищем. Аппарат снабжён рубашкой для обогрева и
охлаждения, якорно-лопастной мешалкой со специальными люками, расположенными на
нижней конической части аппарата с устройством для отсоса промывных вод под
вакуумом и загрузки обессоленной воды под давлением. Промыватель ПК, снабжён
уровнемером для поддержания уровня промывной воды. Температура подаваемой воды
должна быть не выше 40°С, модуль ванны 1:8. После подачи обессоленной воды
производится 10 минутное перемешивание и отсос воды. Промывка считается
законченной, когда кислотность промывной воды будет не выше кислотности воды,
подаваемой в промыватель.
После промывки поливинилбутираля для устранения
кислотности проводят стабилизацию его водным раствором щёлочи. В аппарат ПК при
работающей мешалке загружают из мерника M2 раствор щёлочи. Через
10 минут после загрузки щёлочи отбирают пробу для контроля концентрации щёлочи
в ванне. Стабилизацию проводят при перемешивании и температуре 55°С в течение 2
часов. По окончанию стабилизации содержимое аппарата охлаждают до 200С
в течение 2 часов.
Стабилизированный поливинилбутираль, при
работающей мешалке промывателя ПК, поступает в центрифугу Ц и отжимается до
содержания влаги 30 – 40%. Отжатый поливинилбутираль поступает в аэрофонтанную
сушилку СА непрерывного действия и при температуре не выше 50°С сушится до
остаточного содержания влаги 3%. Высушенный продукт просеивают на вибрационном
сите ВС и мелкую фракцию упаковывают в мешки. Воздух, уходящий из верхней части
сушилки, уносит с собой небольшое количество поливинилбутираля, для его
улавливания мы ставим циклон ЦК. Мелкие частицы мы отправляем обратно в
производство.
2.2 АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Для достижения наибольшей эффективности
процесса необходимо:
1. Получить продукт высокого качества в
соответствии с ГОСТом на него;
2. Обезопасить технологическое оборудование и,
соответственно, обслуживающий персонал от возможных неполадок;
3. Поддерживать параметры технологического режима
и т.д.
По мере осуществления механизации производства сокращается
тяжёлый физический труд, уменьшается численность рабочих, непосредственно
занятых в производстве, увеличивается производительность труда. Внедрение специальных
автоматических устройств способствует: безаварийной работе оборудования
(аппаратов), исключая случаи травматизма, предупреждает загрязнения
атмосферного воздуха и водоёмов промышленными отходами. Комплексная
автоматизация процессов химической технологии предполагает не только
автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием
различных автоматических устройств, но и автоматическое управление пуском и
остановкой аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях.
Возмущение – это причина, вызывающая нарушение
режима работы объекта. Существуют два вида возмущений: внутренние и внешние.
При увеличении соотношения расходов масляного альдегида к поливиниловому спирту
(6,6м3/ч:0,9м3/ч) время контактирования уменьшается, что
приведёт к увеличению не прореагировавших продуктов реакции. При уменьшении
соотношения расходов масляного альдегида к поливиниловому спирту температура,
которая должна поддерживаться 600С, в ацеталяторе понижается, и
из–за этого перестанет протекать реакция ацеталирования, поэтому необходимо
регулировать соотношение расходов. Для подогревателя ставятся тензовесы, на
которые приходят сигналы: о расходе горячей воды от ротаметра–преобразователя,
установленного в трубопроводе с горячей водой и от тензодатчика, о весе
твёрдого поливинилового спирта, установленного под шнеком. В ацеталяторе
ставится командное электропневматическое устройство, которое переключает
клапаны с горячей, холодной водой и рассолом через определенные промежутки
времени. Необходимо сигнализировать уровни в ёмкостях 1, 2 и 3, а также в мерниках
1 и 2. Для готового продукта устанавливаем автоматические дозировочные весы. В
промывной колонне необходимо поддерживать температуру 400С, для этого
ставим клапан в трубопроводе подачи пара, а также сигнализируем понижение
уровня. Температуру в калорифере поддерживаем 500С, для этого в
калорифер устанавливаем термоэлектрический преобразователь, а клапан – на
трубопровод подачи пара. В трубопроводе, на выходе воздуха из циклона,
необходимо измерять, контролировать и сигнализировать превышение концентрации
взвешенных частиц. Для сигнализации повышения давления (выше 0,2МПа) в мерник 1
устанавливаем датчик-реле давления.
2.3 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. ОТХОДЫ ПРОИЗВОДСТВА
И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
В
соответствии с требованиями охраны окружающей среды, содержание вредных веществ
и примесей в атмосферном воздухе и водоёмах не должно вызывать патологических
реакций в организме человека или приводить к заметным воздействиям на флору и
фауну. Для оценки состояния атмосферного воздуха устанавливаются нормативы
предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ. Эти нормативы должны
отвечать интересам охраны здоровья людей и охраны окружающей природной среды. В
производстве поливинилбутираля ацеталированием поливинилового спирта,
образуются газообразные, жидкие и твёрдые отходы. Газообразные отходы
образуются на стадиях: подготовка сырья, ацеталирование и промывка готового
продукта, так же к ним относятся вентиляционные выбросы цеха, которые могут
быть частично загрязнены исходными веществами и продуктами ацеталирования, в случае
не герметичности оборудования. Газообразные отходы содержат: поливиниловый
спирт, масляный альдегид, соляную кислоту и щёлочь. В газообразных отходах
вредные примеси должны содержаться в концентрациях, не превышающих предельно
допустимые концентрации: для соляной кислоты ПДК = 0,1 мг/м3, для
поливинилового спирта ПДК = 0,5 мг/м3, для щёлочи ПДК = 0,5 мг/м3,
для масляного альдегида ПДК = 5 мг/м3. Для очистки газов от вредных
органических примесей осуществляется следующие методы: абсорбция, адсорбция,
каталитический, термический, конденсация и нейтрализация. Отходящие газы,
содержащие органические и неорганические примеси, поступают в коллектор для
сбора газов. Далее газы идут в отпарную колонну, которая орошается водой, где
под действием температуры (за счёт подогрева змеевика паром) органические примеси
уходят из верхней части колонны и поступают на сжигание (рисунок 3). Для
обезвреживания воздуха применяют каталитическое сжигание. Если термическое
сжигание применяют главным образом при высокой концентрации примесей и при
значительном содержании в газах кислорода (при температуре 800 – 11000С),
то при каталитическом методе окисления температура не превышает 250 – 3000С.
Каталитическая очистка дешевле в 2–3 раза высокотемпературного сжигания при
высокой эффективности процесса. Из нижней части колонны с водой уходят щёлочь и
соляная кислота, которые затем поступают в ёмкость, где смешиваются с другими
загрязнёнными водами. Твердые частицы продукта собирают с помощью циклона или
акустического смесителя и возвращают в производство (на вибрационное сито).
Жидкие отходы включают в себя бытовые сточные воды и загрязнённые
производственные воды, содержащие соляную кислоту, щёлочь, поливиниловый спирт,
масляный альдегид, метиловый спирт и CH3COONa. Эта вода собирается в
ёмкость и из неё направляется на очистку. Для очистки воды от такого
разнообразия примесей мы применяем термический метод очистки. И только после
очистки воду можно смешать с бытовыми водами и отправить на заводские очистные
сооружения, где они подвергнутся биологической очистке. После очистки вредные
примеси, содержащиеся в воде, не должны превышать предельно–допустимых
концентраций (ПДК).
На рисунке
1 представлена блок – схема, с указанием всех входящих и выходящих материальных
потоков. На рисунке 2 – схема водопотребления и водоотведения производства
поливинилбутираля. На рисунке 3 представлена схема очистки отходящих газов.
2.4 ИЗМЕНЕНИЯ, ВНЕСЁННЫЕ В ПРОЕКТ ПО СРАВНЕНИЮ С
ДЕЙСТВУЮЩИМ ПРОИЗВОДСТВОМ
Загрузка
твёрдой щёлочи и твёрдого поливинилового спирта производим шнековым дозатором,
а не в ручную. Так же в проекте вместо распылительной сушилки установили
сушилку аэрофонтанного типа. Её достоинствами являются: интенсивная сушка (напряжение
объёма сушильной камеры может достичь, несколько сотен кг/м3 • час);
высокая степень использования сушильного агента; влажность автоматического
регулирования параметров процесса (в том числе пребывание частиц материала в
аппарате). Все сточные воды производства очищаются на очистных установках.
Пыль, образовавшаяся в результате измельчения, просева и сушки, улавливается в
циклон. Достоинствами циклона являются: простота конструкции и низкая
стоимость. Газообразные примеси со всех стадий процесса собираются в коллектор
и оттуда поступают в отпарную колонну, орошаемую водой. Отпарная колонна
обогревается паром, для того чтобы в ней органические примеси отделились от
неорганических, и вместе с воздухом ушли на сжигание в печь.
2.5 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ, ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ
МЕРОПРИЯТИЯ И ОХРАНА ТРУДА
В технологических процессах органического
синтеза используемое сырьё, полупродукты, целевой и побочные продукты обладают
в той или иной степени токсичностью и опасны в пожарном отношении. Некоторые из
них являются взрывчатыми веществами; газообразные или парообразные органические
вещества, как правило, образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Во избежание
аварий и несчастных случаев (отравлений, ожогов и тому подобное), а также для
предупреждения хронических профессиональных заболеваний обслуживающий персонал
должен тщательно изучить и строго выполнять все противопожарные инструкции и
нормы по технике безопасности. Наряду с изучением технологического процесса и
физико–химических свойств сырья и продуктов, работающие в данном производстве
должны хорошо знать физиологическое действие на человеческий организм всех
применяемых в цехе материалов, соблюдать правила личной гигиены, уметь
пользоваться индивидуальными средствами защиты и средствами гашения пламени,
уметь оказывать первую медицинскую помощь пострадавшему, знать и выполнять
правила безопасного обращения с электрооборудованием.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|