Производство стирола дигидрированием эт илбензола.



Бесплатно
Узнать стоимость работы
Рассчитаем за 1 минуту, онлайн
Работа добавлена на сайт TXTRef.ru: 2019-12-03

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Бугульминский филиал

Кафедра химической технологии органических материалов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине ______Технология химических производств_______________

на тему ____Производство стирола дигидрированием этилбензола__________

____________________________________________________________________

Выполнил _____Васильева Е.С. _______

Специальность__080200   Менеджмент_ ___________________________________

Курс _______2_________

Группа ____1205______

Проверил   __Старшов М. И.__________

Оценка ___________________________

Дата  _____________________________

Бугульма – 2013 г.

Содержание

Введение 2

1  Теоретическая часть 4

1.2 Физико-химические свойства сырья 6

1.3 Физико-химические свойства целевого продукта и его применение 8

1.4 Исторический очерк производства 9

1.5 Основные промышленные способы производства 11

1.6 Проблемы экологии и правила безопасности при производстве 13

1.7 Технологическая схема и краткое описание процесса производства стирола 16

1.8 Основные проектные данные, влияющие на процесс 18

2 Технологические расчеты 21

2.1 Исходные проектные данные 21

2.2 Расчеты и составление таблицы материального баланса 22

2.3 Таблица материального баланса 24

2.5 Предложения по снижению стоимости целевого продукта 26

2.6 Предложения по улучшению качества целевого продукта 28

2.7 Совершенствование технологического процесса 30

Заключение 33

Список использованной литературы 35

 


Введение

Химическая технология — прикладная научная дисциплина о процессах, методах и средствах переработки сырья в конечный химический продукт.

Основная задача химической технологии — оптимальное сочетание в единой технологической системе разнообразных химических преобразований с физико-химическими и механическими процессами типа измельчения твердых материалов, фильтрования, воздействия высоких или низких температур, электрических полей и т. п.

Для решения задач химической технологии используют достижения всех разделов химии, физики, биологии, кибернетики, экономики. Химические технологии классифицируются по сырью (технология нефти, пластмасс), по виду товара (технология удобрений, красителей и т. п.), по группам элементов (технология щелочных металлов, технология тяжелых металлов и т. п.), по типам химических процессов (технология хлорирования и др.).

Неорганическая химическая технология включает переработку минерального сырья (кроме металлических руд), получение кислот, щелочей, минеральных удобрений. Органическая химическая технология – переработку нефти, угля, природного газа и других горючих ископаемых, получение синтетических полимеров, красителей, лекарственных средств и других веществ.

Технология – наука о наиболее экономичных способах и процессах производства промышленных продуктов из природного сырья.

Способ производства (переработки) - это совокупность всех операций, которые проходит сырье до получения из него продукта. Способ производства излагается как последовательное описание операций, протекающих в соответствующих машинах и аппаратах. Такое описание называют технологической схемой. Технологическая схема описывается в тексте или последовательным схематическим изображением связанных между собой машин и аппаратов, или же последовательным условным обозначением связанных между собой операций. Операция происходит в одном или нескольких аппаратах (машинах); она представляет собой сочетание различных технологических процессов. В каждом аппарате может протекать один или совокупность процессов. В химических аппаратах-реакторах, как правило, одновременно протекают гидравлические, тепловые, диффузионные и химические процессы.


  1. Теоретическая часть 

1.1 Актуальность изучаемой проблемы

Стирол C6H5CH=CH2 - один из важнейших продуктов нефтехимии, сырье для получения полимеров (полистирол, синтетический каучук) и сополимеров (ударопрочный полистирол на основе акрилонитрила и бутадиена).

Стирол является одним из наиболее крупнотоннажных продуктов нефтехимической промышленности. Он производится в различных странах мира, таких как Россия, США, Канада, Германия, Франция, Япония, Италия и др.

Основными потребителями стирола являются производства полистирола и полистирольных пластиков, а также бутадиен-стирольных каучуков и ненасыщенных полиэфиров. Основная масса полистирола используется в автомобилестроении, радиотехнической промышленности, в производстве упаковочных материалов и бытовых приборов. Пенополистирол широко применяется в строительстве, а сополимеры используются в автостроении, электротехнике и других областях промышленности. Из ненасыщенных полиэфиров получают литую изоляцию, цементы, покрытия и стеклопластики.

Таким образом, производство стирола имеет большое значение для экономического развития страны.

Производство стирола в настоящее время является одной из важнейших отраслей химической промышленности, как в России, так и за рубежом.

Наибольшее количество стирола идет на производство полистирола. Стирол применяют в качестве дополнительного мономера при производстве синтетических каучуков общего назначения. Помимо использования стирола в качестве мономера в промышленности синтетических каучуков он широко применяется в ряде других отраслей промышленности: пластических масс, лакокрасочной, химико-фармацевтической и т.д.

Спрос на стирол ежегодно возрастает на 3-4 % и в настоящее время составляет около 11 млн. т. в год.

За рубежом дегидрированием этилбензола вырабатывают 90 % общей массы стирола, в нашей стране – 84 %. Остальное количество стирола получают по гидроперекисной технологии.

На производство стирола расходуется свыше 7 % произведенного в мире этилена. Мощность по производству полистирола составляет в Западной Европе 2,4 млн. т. /год.

Объем производства полистирола около 12 % мирового производства пластмасс.


1.2 Физико-химические свойства сырья

Этилбензол (C6H5CH2CH3), бесцветная жидкость, почти нерастворим в воде, растворяется в спирте, бензоле, эфире, четыреххлористом углероде. Содержится в нефти и продуктах коксования углей. Сырьё для получения стирола; компонент моторных топлив, растворитель. Как и все арены, этилбензол горит коптящим пламенем ввиду высокого содержания углерода в молекулах.

Температура кипения: 136 °C

Температура плавления: -95 °C

Относительная плотность: 0,867 г/см3 (20 °С)

Растворимость в воде, г/ 100 мл при 20 °C: 0.015

Давление паров, кПа при 20 °C: 0.9

Относительная плотность пара (воздух = 1): 3.7

Температура самовоспламенения: 432 °C

При пропускании паров Этилбензола над катализаторами образуется Стирол, являющийся сырьем при производстве важных промышленных продуктов — некоторых видов пластмасс и синтетических каучуков. Этилбензол используют также в органическом синтезе, например для получения ацетофенона жидкофазным каталитическим окислением, как растворитель и компонент высокооктановых бензинов. Предельно допустимая концентрация паров Этилбензола в воздухе 0,05 мг/л. Растворимость в воде 0,014 г в 100 г (15 °С); смешивается с большинством органических растворителей. Обладает свойствами ароматических соединений.

Основной реакцией алкилирования бензола этиленом, протекающей в реакторе алкилирования на цеолитном катализаторе, является реакция между бензолом и этиленом с образованием этилбензола:

К химическим свойствам этилбензола относят:

  1. хлорирование:  .

Реакция проходит без нагревания в присутствии катализатора пятихлористого фосфора. Исходные продукты: этилбензол, пятихлористый фосфор (1 % от веса этилбензола), хлор (газ) в баллоне. Конечные продукты: α-хлорэтилбензол (альфа-хлорэтилбензол) и хлороводород.

2) нитрование:  с образованием α-нитроэтилбензола.

3) сульфрование:  с образованием 4-этилбензолсульфокислоты и воды.


1.3 Физико-химические свойства целевого продукта и его применение

Стирол (винилбензол, фенилэтилен) С6Н5-СН=СН2 – бесцветная жидкость с характерным сладковатым запахом, с температурой кипения 145,2 оС, с температурой плавления – 30,6 оС и с плотностью 0,906 т/м3. Плохо растворим в воде, образуя с ней азеотропную смесь с температурой кипения 34,8 оС, смешивается во всех отношениях с изопреном, этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, четыреххлористым углеродом. Хорошо растворяет различные органические вещества. Критическая температура стирола составляет 373 оС.

Пары стирола образуют с воздухом в узком интервале концентраций взрывчатые смеси с пределами воспламенения 1,1 и 6,1 % об. 

Температура вспышки стирола равна 34 оС, температура воспламенения 490 оС.

Стирол легко полимеризуется. Тепловой эффект полимеризации стирола составляет 74,5 кДж/моль.

 Стирол легко окисляется кислородом воздуха с образованием бензальдегида и формальдегида и перекисей, инициирующих его полимеризацию. Стирол легко полимеризуется с выделением тепла, особенно при нагревании, образуя метастирол – стекловидную твердую массу, которая представляет твердый раствор полистирола в стироле.

Стирол используют преимущественно как мономер для производства полистирола, бутадиенстирольных каучуков, сополимеров с акрилонитрилом, винилхлоридом и другими мономерами. В меньших количествах применятся в качестве растворителя полиэфирных пластмасс и для модификации алкидных полимеров, а также в качестве добавки к моторному топливу. Мировое производство стирола составляет около 12 млн. т в год.

Одной из важных областей применения стирола является использование его как компонента сополимеризации с бутадиеном для производства синтетического каучука.

Основные химические свойства стирола:

1) гидратация:  . Исходные продукты: стирол, вода. Конечный продукт: α-фенилэтиловый спирт.

2) гидрирование:  (этилбензол)

3) галогенирование:  (1,2-дибромэтилбензол – конечный продукт)  


1.4 Исторический очерк производства

Стирол впервые был выделен и идентифицирован в 1839 году Эдуардом Симоном из стиракса – смолы амбрового дерева. Им же было дано современное название углеводорода.

Ш. Жерар и А. Каур в 1841 году получили стирол разложением коричной кислоты, определили его состав и дали название «циннамон». 

В 1845 году Э.Копп установил тождественность обоих веществ.

В 1867 А. Бертло синтезировал стирол, пропуская через раскаленную трубку смесь паров бензола и ацетилена. Он же установил присутствие стирола в ксилольной фракции каменноугольной смолы. Стирол содержится также во многих продуктах термической деструкции органических веществ, в продуктах пиролиза природного газа, крекинга и пиролиза нефтепродуктов и сланцевом масле.

Промышленное производство стирола в нашей стране было организовано в 1949 году на Воронежском заводе синтетического каучука из этилбензола, получаемого алкилированием бензола. В 60-х годах установки алкилирования с использованием этилена обратного коксового газа мощностью не более 10 тысяч тонн в год создаются на заводах по производству синтетического аммиака. 

В 1966 – 70 годах строятся уже специальные цехи по производству этилбензола и стирола на его основе мощностью 40 тысяч тонн в год на нефтехимических предприятиях.

В период 1976 по 80-е годы вводятся в строй мощные специализированные системы по производству стирола из этилбензола в ПО «Нижнекамскнефтехим», на заводе пластмасс в городе Шевченко, в Узловском ПО и др. Мощность этих систем достигает 300 тысяч тонн в год, установки автоматизируются и оснащаются современными компьютерами.


1.5 Основные промышленные способы производства

Производство стирола - крупнотоннажное, единичная мощность современных агрегатов составляет 150-300 тысяч тонн стирола в год.

1) Основным промышленным способом производства стирола является в настоящее время дегидрирование этилбензола. Перспективным может быть получение стирола из фракции C8 пиролизной смолы.

 Дегидрирование этилбензола в стирол протекает по реакции: C6H5CH2CH2 → C6H5CH=CH2 + H2

Реакция - эндотермическая и протекает с увеличением объема. Соответственно с повышением температуры и снижением парциального давления углеводорода увеличивается степень превращения этилбензола в стирол.

2) Получение стирола методом окисления этилбензола и пропилена.

Одновременно этим методом получают два ценных продукта - окись пропилена и стирол

При этом выход окиси пропилена невысок. Этот метод разработан фирмой Halcon (США). Реакция эпоксидирования протекает с высокой скоростью и селективностью только в присутствии растворимых катализаторов (солей молибдена, вольфрама, ванадия, титана и др.). Могут использоваться нафтенаты, которые имеют практическое значение. Наиболее эффективны по скорости и селективности растворимые соли молибдена и вольфрама. Высокие селективность и выход пропиленоксида в присутствии солей молибдена и вольфрама объясняется тем, что в растворах этих солей непроизводительный распад органического пероксида минимальный и, соответственно, селективность наибольшая.

Процесс осуществляют в жидкой фазе при 2-5 кратном избытке олефина по отношению к гидропероксиду и 80-110 °С. Давление 2-7 МПа. Количество катализатора 0,001-0,005 моль на 1 моль гидропероксида. Время реакции до 2 часов. Степень превращения гидропероксида этилбензола в стирол – 95 % (мол). Селективность по ГПЭБ 80-90 % (мол). В продуктах реакции почти отсутствуют высококипящие продукты.

Достоинства метода: 

  1.  высокий выход продуктов (90 %); 
  2.  малое количество отходов; 
  3.  одновременный синтез двух целевых продуктов; 
  4.  высокая степень чистоты продуктов; 
  5.  мягкие условия; 
  6.  эндотермичность, 
  7.  повышенная конверсия, 
  8.  сниженные энергозатраты.

Недостатки:

  1.  так как в процессе применяется кислород при температуре реакции есть риск взрывоопасности;
  2.  кислород дорогой продукт. 


1.6 Проблемы экологии и правила безопасности при производстве

Стирол – это вещество, которое содержится во многих природных объектах. Синтезировать стирол в промышленных масштабах научились в 20 веке. С тех пор полистирол, продукт полимеризации стирола, прочно вошёл в нашу жизнь - это одноразовая посуда, пищевые лотки, упаковка йогурта, пластиковая обшивка камеры бытового холодильника, в которой хранятся пищевые продукты, детские игрушки и многое другое.

Полистирол - вещество безобидное, но в определенных условиях может выделять стирол. Стирол признан слабо токсичным веществом. Некоторые продукты, содержащие стирол, мы употребляем в пищу - земляника, орехи, киви, виноград и т.д.

С 2007 года использование химических веществ в странах ЕС регулируется регламентом REACH (Регламент Европейского сообщества по регистрации, оценке, авторизации и ограничению производства и использования химических веществ). В рамках REACH за 2 года создано техническое досье по стиролу. В результате изучения и систематизации всех имеющихся в настоящее время научно-исследовательских данных по стиролу принята следующая классификация и маркировка: стирол не является мутагенным, канцерогенным веществом, и не оказывает воздействие на репродуктивную деятельность организма.

Токсичным и опасным для здоровья стирол может быть в большой концентрации. Согласитесь, что в больших дозах вредно практически всё.

Российские гигиенические нормативы (ГН 2.1.6.1338-03) определяют предельно допустимую концентрацию в воздухе (ПДК) около семи сотен веществ. Для стирола установлена максимальная разовая ПДК 0,04 мг/м3, среднесуточная (ПДКсс) - 0,002 мг/м3. Наименьшая концентрация, при которой отмечено отрицательное воздействие стирола на человека - 84 мг/м3. Это в 2000 раз больше максимальной разовой и в 42000 раз больше среднесуточной ПДК для атмосферного воздуха!

Официальный уровень референтной концентрации, выбранный на основе углубленного анализа международных и зарубежных уровней безопасного воздействия для стирола - 1 мг/м3. Это в 500 раз выше российской среднесуточной ПДК для атмосферного воздуха.

Обследование рабочих в США, работающих по 8 часов в условиях концентрации стирола 160 мг/м3, накопления стирола в организме не выявило. Получается, что по так называемой линейной концепции 8 часов при такой концентрации соответствует 73 годам жизни в условиях ПДКсс.

Обнаружить влияние стирола на печень человека даже при производственных концентрациях не удается. Поэтому опыты проводятся на животных. Опыты на мышах никаких изменений в печени не выявили.

Однако, при концентрации в 400 ppm стирол подразнивает сетчатку глаз и дыхательную систему, а при контакте с парами стирола концентрации более 10000 ppm бывает смертельный исход.

Кроме всего прочего, существуют требования к технологическим процессам и оборудованию при производстве стирола и его полимеров:

  1. Подача сырья и полупродуктов в цеховые емкости и аппараты должна производиться по закрытой сети трубопроводов автоматически;
  2. На линии передачи мономеров или полупродуктов трубопроводы должны быть герметичны;
  3. Технологические выбросы и выбросы местных вентиляционных систем необходимо подвергать очистке от паров вредных веществ (стирол, нитрил акриловой кислоты и др.);
  4. Монтажные проемы в междуэтажных перекрытиях, а также проемы для оборудования и коммуникаций должны заделываться или иметь съемные закрывающиеся щиты для локализации производственных вредностей;
  5. Оборудование цехов по производству полимеров и сополимеров стирола должно, как правило, оснащаться встроенными отсосами или вентилируемыми укрытиями с отсосом;
  6. Рабочие, подвергающиеся воздействию стирола, должны быть обеспечены индивидуальными средствами защиты органов дыхания и кожных покровов в соответствии с типовыми отраслевыми нормами бесплатной выдачи спецодежды, спецобуви и предохранительных приспособлений;
  7. Смена спецодежды должна производиться не реже одного раза в неделю и немедленно после загрязнения;
  8. На работах, связанных с воздействием стирола, не допускается использовать труд женщин с момента установления беременности, а также кормящих матерей и подростков до 18 лет.


1.7 Технологическая схема и краткое описание процесса производства стирола

Технологический процесс производства стирола из этилбензола состоит из двух основных этапов: дегидрирование этилбензола и выделение стирола-ректификата. Процесс построен как циркуляционный и предусматривает возвращение в цикл избытка этилбензола и использование конденсата водяного пара для выработки свежего перегретого пара. Технологическая схема этого процесса представлена на рис. 1

 1 – котел-утилизатор,  2 – испаритель, 3 – теплообменник, 4 – трубчатая печь, 5 – реактор, 6 – водяной холодильник, 7 – рассольный холодильник, 8 – сепаратор отделения газа, 9 – сепаратор отделения конденсата, 10, 11, 12, 13 – ректификационные колонны

Рисунок 1 - Технологическая схема производства стирола дегидрированием этилбензола.


Свежий и возвратный (циркуляционный) этилбензол смешиваются с небольшим количеством пара, вырабатываемого в котле-утилизаторе 1, и проходят последовательно испаритель 2 и теплообменник 3, обогреваемые горячей реакционной смесью. Нагретые до 520–530 °С пары бензола смешиваются затем с перегретым до 700 °С водяным паром, вырабатываемом в трубчатой печи 4, и подаются в реактор 5. Продукты реакции отдают тепло в теплообменнике 3, испарителе 2 и котле-утилизаторе 1, охлаждаются окончательно в водяном холодильнике 6 и рассольном холодильнике 7 и поступают в сепаратор 8 для отделения конденсата от газа. Углеводородный газ используется на обогрев печи 4. Конденсат из газового сепаратора 8 поступает в сепаратор 9, где разделяется на водную и углеводородную фазы. Водный слой подается в печь 4 и используется для выработки водяного пара, а углеводородный слой ("печное масло") направляется на ректификацию. В состав печного масла входят стирол (до 55 % масс.), остаточный этилбензол (40%), побочные продукты (бензол 2 % и толуол 2 %) и смолы. Чтобы избежать полимеризации стирола в печное масло перед ректификацией вводится ингибитор, а ректификацию проводят в вакууме, что позволяет снизить температуру процесса. Система ректификации состоит из четырех колонн. Печное масло из сепаратора 9 подается в вакуум-ректификационную колонну 10, где из него отгоняется бензол, толуол и большая часть не вступившего в реакцию этилбензола. Этот дистиллят поступает в колонну 11 и разделяется на бензольно-толуольную фракцию (бентол) и этилбензол, который возвращается на дегидрирование. Кубовая жидкость из колонны 10, содержащая стирол, подается в вакуум-ректификационную колонну 12, в которой из нее отгоняются остатки этилбензола с частью стирола. Этот отгон возвращается на ректификацию в колонну 10. Кубовая жидкость из колонны 12, представляющая сырой стирол, поступает на окончательную ректификацию в колонну 13, из которой отбирается дистиллят в виде 99,8 % –ного стирола.


1.8 Основные проектные данные, влияющие на процесс

Процесс дегидрирования этилбензола необходимо проводить при достаточно высокой температуре (600-630  °С) при разбавлении водяным паром в массовом соотношении (2,5-3) : 1 и общем атмосферном давлении. При дегидрировании этилбензола происходит отщепление водорода. Таким образом, при протекании реакции объем системы возрастает. Следовательно, повышению степени конверсии благоприятствует низкое давление.

В качестве катализаторов дегидрирования применяют сложные композиции на основе оксидов цинка или железа. Раньше наиболее распространенным был катализатор стирол-контакт на основе ZnO. В последнее время используют, главным образом, железооксидные катализаторы, содержащие 55-80 % Fe2O3 и некоторые оксидные добавки. В нашей стране широко используется катализатор в котором содержится карбонат калия К2СО3 (до 20 %). Большое его содержание в катализаторе обусловлено тем, что данное химическое соединение способствует дополнительной самогенерации катализатора за счет конверсии углеродистых отложений водяным паром. Катализатор работает непрерывно в течение двух месяцев, после чего он подвергается регенерации, предусматривающей выжигание кокса воздухом. При этом общий срок работы катализатора составляет два года.

При дегидрировании этилбензола наряду со стиролом происходит образование ряда побочных продуктов. В частности, в соответствии со схемой химических превращений, приведенной ниже, в наибольших количествах получают бензол и толуол.

В образующемся газе кроме водорода содержатся метан, этилен, этан и оксиды углерода (за счет конверсии кокса). Таким образом, селективность дегидрирования этилбензола зависит от катализатора, температуры, степени разбавления водяным паром и конверсии этилбензола.


1.9 Основной аппарат (реактор)

Основным аппаратом технологической схемы является реактор дегидрирования. Наиболее распространены реакторы адиабатического типа, в которых тепло, необходимое для проведения реакции, подводится с перегретым водяным паром.

1 устройство для смешения паров воды и этилбензола, 2 люк для загрузки катализатора, 3 распределительное устройство, 4 слой колец Рашига, 5 слой катализатора, 6 термопары, 7 разгрузочный конус, 8 люк для выгрузки катализатора.

Рисунок  2 - Адиабатический реактор для дегидрирования этилбензола

Аппарат цилиндрической формы с коническим днищем изготовлен из обычной углеродистой стали и футерован изнутри огнеупорным кирпичом диаметром 4 м и общей высотой 7,5 м. В верхнюю часть аппарата вмонтированы люк для загрузки катализатора, смеситель и распределитель паров по сечению аппарата. Реактор загружают керамическими кольцами Рашига и катализатором. Для облегчения замены отработанного катализатора свежим в аппарат вставлен металлический полый конус; при подъеме конуса катализатор и посадочные кольца высыпаются через нижний люк. Стенки конуса перфорированы для прохождения парой и газов. Загрузка колец и катализатора производится через верхний люк; конус предварительно опускают вниз для перекрытия выгрузного отверстия. Внутри реактора на решетке размещаются слои насадки, обеспечивающей равномерное распределение газового потока по сечению реактора, между которыми помещен слой катализатора. Применяемый в процессе катализатор К-22 способен к саморегенерированию и может работать непрерывно в течение 1–2 месяцев, после чего его регенерируют, подавая в реактор воздух для выжигания отложившегося на зернах катализатора кокса. Технико-экономические показатели процесса:

Температура, °С: 590–620

Объемная скорость подачи сырья: 0,35–0,50

Массовое отношение этилбензол: пар: 1,0: 2,6

Конверсия этилбензола, долей ед.: 0,45

Селективность процесса, долей ед.: 0,90

Выход стирола на этилбензол, долей ед.: 0,40


  1.  Технологические расчеты

2.1 Исходные проектные данные

  1. Начертить технологическую схему и кратко описать производство стирола дигидрированием этилбензола.
  2. Выполнить расчет и составить таблицу материального баланса процесса производства стирола дигидрированием этилбензола.
  3. Рассчитать выход стирола по поданному этилбензола, расходные коэфициенты реагентов.

Таблица 1 – исходные данные.

Исходные данные

В реактор поступает сырье, т\ч

Состав сырья (массовые доли),%

Этилбензол

Бензол

Толуол

Конверсия этилбензола,%

100

91

5

4

45

В реакторе протекает реакция:

С6Н52Н5↔С6Н5-СН=СН22    


2.2 Расчеты и составление таблицы материального баланса

  1. Строим диаграмму материальных потоков

      Р

      Е

      А

      К

      Т

      О

     Р

Стирол

Бензол

Толуол

 

Этилбензол

Водород

             Этилбензол

        сырье     Бензол

             Толуол

  1. Молекулярные массы веществ:

М(этилбензола,C6H5-C2H5)=106   

М(стирола,C6H5-CH-CH2) =104   

М(водорода,H2)=2

  1. Расчет массы этилбензола, т/ч:

x1=91 %

100-100 %

x1=91

  1. Расчет массы бензола, т/ч:

100-100 %

X2-5 %

X2=5

  1. Расчет массы толуола, т/ч:

100-100 %

X3-4 %

X3=4

  1. Расчет массы этилбензола с учетом конверсии, т/ч:

91-100 %

X4-45 %

X4=40,95

  1. Расчет массы не прореагировавшего этилбензола, т/ч:

91-40,95=50,05

  1. Расчет массы стирола, т/ч:

40,95-106

X5-104

X5=40,18

  1. Расчет массы водорода, т/ч:

40,95-106

X6-2

X6=0,77


2.3 Таблица материального баланса

Таблица 2- Таблица материального баланса

№ п\п

Наименование

Кг/ч

%

№ п\п

Наименование

Кг/ч

%

1.

2.

3.

Этилбензол

Бензол

Толуол

91,00

5,00

4,00

91

5

4

1.

2.

3.

4.

5.

Стирол

Бензол

Толуол

Этилбензол

Водород

40,18

5,00

4,00

50,50

0,77

40

5

4

50

1

ИТОГО

100,00

100

ИТОГО

100,00

100


2.4 Технологические показатели процесса

  1. Выход стирола по поданному этилбензолу:

β=Gфакт/Gтеор

Gфакт=40177,36

Gтеор=?

91000-Gтеор

106–104

Gтеор=91000*104/106=89283

β=Gфакт/Gтеор=40177,36/89283=0,45=45  %

  1. Расходные коэффициенты по этилбензолу:

Ктеор=М(этилбензола)/М(стирола)=106/104=1,02 т/т

Кпракт=m(этилбензола)/m(стирола)=91000/40177.36=2,26 т/т


2.5 Предложения по снижению стоимости целевого продукта

Себестоимость – это сумма затрат на производство и реализацию продукции. Себестоимость складывается из стоимости сырья и продуктов, стоимости энергии и топлива, зарплаты персонала, амортизации и цеховых расходов.

В себестоимость продукции включаются:

- затраты непосредственно связанные с выпуском продукции, включая затраты на управление;

- затраты на освоение продукции новых видов;

- затраты, связанные с улучшением качества продукции, с совершенствованием техники и технологии, организации производства, осуществляемые в ходе производственного процесса (кроме затрат, осуществляемых за счет капиталовложений);

- затраты на улучшение условий труда, техники безопасности, повышения квалификации работников;

- затраты по сбыту.

Различают фабрично-заводскую себестоимость промышленной продукции. Затраты, связанные с производством продукции и оказанием услуг, составляют фабрично-заводскую себестоимость. В состав полной себестоимости, помимо этих затрат, включают внепроизводственные затраты – на реализацию продукции, подготовку кадров, научно-исследовательские и опытные работы.

В химической промышленности быстрый рост объемов производства предопределил увеличение общей суммы затрат. Изыскание путей снижения себестоимости продукции остается одной из важнейших задач химического производства.

Снижение себестоимости продукции можно обеспечить сокращением затрат на сырье, энергию, реагенты, катализаторы, за счет увеличения объемов производства на действующих установках, совершенствования автоматизации, механизации и организации производства, а также ликвидации непроизводительных затрат и потерь всевозможного рода.

С учетом структуры себестоимости продукции наибольшее снижение ее можно обеспечить улучшением использования сырья: за счет лучшего подбора и подготовки сырья, стабилизации его состава, совершенствования и стабилизации технологического режима, лучшего подбора катализаторов, применения более дешевого сырья.

Важнейший источник снижения себестоимости продукции – повышение интенсивного и интенсивного использования действующих производственных мощностей. Интенсивное использование действующих мощностей можно увеличить увеличением мощности действующих установок. Экстенсивное использование действующих мощностей можно увеличить  сокращением простоев на ремонты, улучшением их организации и уменьшением простоев по организационно-техническим причинам (отсутствие сырья, емкостей, перегрузки катализаторов и т.п.)

В целом по химической промышленности большие резервы снижения себестоимости кроются в совершенствовании организационной структуры производства, методов управления и улучшения материально-технического снабжения.

Для определения наиболее существенных и рациональных путей снижения себестоимости продукции в каждом конкретном случае необходим постоянный детальный анализ структуры себестоимости и ее динамики.

2.6 Предложения по улучшению качества целевого продукта

По мере обострения проблемы обеспечения качества продукции разрабатывались и совершенствовались методы ее решения, развитие которых привело к созданию техники управления качеством, разработке новых способов его повышения. Главным достижением в области повышения качества является комплексный, системный подход к управлению качеством и на его основе - создание систем управления качеством на разных уровнях управления.

Система качества должна удовлетворять следующим требованиям:

  1. должны удовлетворяться требования потребителя, предъявляемые к продукции или услуге;
  2. проблемы (дефекты) должны предупреждаться, а не выявляться после возникновения;
  3. если дефект или несоответствие требованиям допущены, система должна обеспечить их обнаружение;
  4. система должна гарантировать недопущение поступления в дальнейшее производство или потребителю обнаруженной дефектной или несоответствующей продукции;
  5. система должна обеспечивать постоянное и повсеместное совершенствование продукции, элементов производства и системы качества.

Основные факторы, влияющие на качество продукции:

  1. Факторы внешней среды:

- уровень требований к качеству (прогресс, конкуренты);

- наличие поставщиков капитала, трудовых ресурсов, материалов, энергии, услуг;

- действующее законодательство в области качества и работа государственных органов.

2) Внутренние факторы предприятия:

- Материальная база предприятия (финансы, оборудование, инфраструктура);

- Персонал (квалификация и мотивация);

- Качество проекта;

- Качество исполнения (применение передовых технологий);

3) Важным фактором является менеджмент (организация работ и управление предприятием), в том числе — система управления качеством, предусматривающая:

- маркетинг;

- взаимоотношение с заказчиками (контракты, сервис);

- контроль качества на всех этапах создания продукции;

- оперативное реагирование на проблемы с качеством.

Таким образом, важнейшим фактором экономики химического производства является улучшение качества продукции при наименьших затратах промышленных и человеческих ресурсов.


2.7 Совершенствование технологического процесса

Невысокое значение теплового КПД в промышленных агрегатах дегидрирования этилбензола, как правило, не превышающее 28 - 33 %, обусловлено необратимыми энергетическими потерями, многократной конденсацией и испарением водяного пара, утилизацией теплоты во многих теплообменниках, потерями теплоты конденсации паров воды и углеводородов в окружающую среду с потоком воздуха в воздушных конденсаторах и с оборотной водой.

Значительно улучшить использование энергетического потенциала процесса можно в энерготехнологической системе. Пример такой системы в производстве стирола интересен тем, что он вытекает из физико-химического анализа условий реакции дегидрирования. Как отмечено выше, разбавление этилбензола водяным паром преследует две цели: сдвинуть равновесие реакции вправо и создать условия непрерывной регенерации катализатора. Сам же водяной пар в реакции не участвует; его приходится получать испарением воды и потом отделять от продуктов реакции конденсацией. Несмотря на регенерацию тепла потоков, испарение и нагрев, охлаждение и конденсация - процессы в производстве термодинамически необратимые, и энергетический потенциал используется далеко не полностью.

Такое же влияние на процесс, как и водяной пар, может оказать и другой компонент, например диоксид углерода CO2. Он инертен в реакции, т. е. может быть разбавителем, и способствует регенерации катализатора, взаимодействуя с углистыми отложениями. Получают СO2 сжиганием топливного газа. Продукты горения являются энергоносителем. Это дополнительное свойство разбавителя позволяет создать энерготехнологическую схему производства стирола, основная часть которой показана на рисунке 3.

                                   

1— печь; 2— реактор-окислитель; 3— газовая турбина; 4, 6— реакторы дегидрирования; 5 — теплообменник; К — компрессор; Г — генератор.

Рисунок 3 - Энерготехнологическая схема производства стирола.

Природный газ сжигают в печи, а горючие газы, образующиеся в технологическом процессе, - в каталитическом реакторе-окислителе. Образующаяся смесь газов с температурой 1050 °С направляется в газовую турбину для привода компрессора и выработки энергии. Далее газы с температурой 750 °С смешиваются с этилбензолом и направляются в реакционный узел, состоящий из двух реакторов. Разбавление этилбензола такое же, как в традиционном процессе с паром. Промежуточный нагрев реагирующей смеси осуществляют в теплообменнике 5 горячими газами. Образующиеся продукты направляются в систему сепарации. Ее схема отлична от ХТС с использованием водяного пара, поскольку различаются компоненты разделяемой смеси. Но в данном случае это не принципиально. В системе сепарации горючие газы возвращаются в энергоузел системы, а углеводородная смесь направляется на ректификацию. В энерготехнологической схеме есть еще ряд узлов - для нагрева этилбензола, воздуха, топливного газа, использующих тепло нагретых потоков. Последние необходимы, чтобы сбалансировать тепловые потоки всей ХТС. На рисунке 3 они не приведены, поскольку все внимание здесь обращено на основную часть энерготехнологического узла. Данный метод получения стирола дегидрированием этилбензола позволяет увеличить энергетический КПД почти вдвое - до 70 %.


Заключение

Технология производства стирола дегидрированием этилбензола относится к одностадийным химическим процессам. В качестве исходного сырья используется доступный этилбензол, получаемый алкилированием бензола олефинами. Применяемые в промышленности технологические решения с введением пара между двумя-тремя слоями катализатора, использование встроенных в реактор теплообменных устройств, а также эффективная каталитическая система позволяют при достаточно высокой селективности около 90 % добиться конверсии этил бензол а за один проход на уровне 60-75 %. Рециркуляционный поток бензола, связывающий разделительную и реакторную подсистемы технологии, обеспечивает полную конверсию исходного сырья.

Снижение энергозатрат на процесс дегидрирования может достигаться не только за счет эффективного теплообмена между входящими и выходящими потоками, но и за счет использования вместо водяного пара (энергоноситель и разбавитель) инертного газа. В этом случае тепло должно подводиться между слоями катализатора с помощью встроенных теплообменников. Замена пара на инертный газ (азот, С02) позволяет избежать многократного испарения и конденсации воды, обладающей высокой скрытой теплотой испарения. В этом случае также снизятся и затраты на очистку водного конденсата, загрязненного ароматическими соединениями, и в целом уменьшится суммарное потребление воды производством.

Важной составляющей частью технологии выступает подсистема разделения. В данном случае, как отмечено ранее, существенным фактором, влияющим на суммарные показатели технологии, являются режимы ректификационного разделения. Они должны обеспечивать условия, при которых отсутствует термополимеризация стирола. Энергетически наиболее целесообразно применять вместо двойной ректификации одну насадочную колонну с низким гидравлическим сопротивлением, либо схему из комплексов гетероазеотропной ректификации.

Наконец, гетерогенно-каталитический характер процесса позволяет достаточно просто создавать аппараты и технологические линии большой единичной мощности.


Список использованной литературы

1. Оганесян. Э.Т. Руководство по химии: справ. пособие. – М.: Высш. школа, 1987. – 399с., ил.

2. Еремина Е.А. и др. Справочник по химии/ Еремина Е.А., Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. – М.: Дрофа, 1996.-208с., ил.

3. ГОСТ 12.1.005-88 "Система стандартной безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны".

4. Соколов Р.С. Химическая технология: учебное пособие для студентов ВУЗов: в 2 томах: Гуманит. Изд. центр ВЛАДОС, 2003.т.2.-368с., ил.

5.  Максименко О. О. Химия: учебное пособие. – М.: Слово. 1999. – 638с.

6. Кузьменко Н.Е. Химия для школьников. М.: Оникс 21 век, 2002. – 544 с., ил.

7. Кондраков Н.П. Химия. Учебник для школ. М.: Наука, 2004

8. А.С. Егоров. Химия, пособие –репетитор. – М.: Феникс, 2002. 767с., ил.

9. Третьяков Ю.Д. Органическая химия: учебник для студентов вузов. – 3-е изд. Перераб. –М.: Просвещение, 1997. – 287с.

10. http://allbest.ru/ 

11. http://bibliofond.ru/

12. http://ru.wikipedia.org/wiki/ 

Другие работы

по теме ПОНЯТИЕ- мышление начинается с поняти...


закон ограничения объёма; структура понятия позволяет образовывать понятия различных видов и устанавливать между ними различные отношения; содер...

Подробнее ...

четырех сторон света- the North север the Sou...


I Определенный артикль the употребляется с названиями: 1 четырех сторон света: the North север the South юг the Est восток the West запад; Но ес...

Подробнее ...

на тему- Поняття і предмет криміналістичної т...


Співвідношення тактики і організації проведення слідчої дії. Розмежування тактики досудового і судового слідства як один із напрямів розвитку кр...

Подробнее ...

Тема 1.3. Синтетический учет поступления и пр...


Синтетический учет поступления и продажи товаров в розничной торговле с применением пластиковых карт Разновидностью реализации товаров в кредит ...

Подробнее ...