Современные технологии химической промышленности на примере производства капролактама

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Государственный университет  управления»

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ В  ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭНЕРГЕТИКЕ

Кафедра инновационного менеджмента

 

Специальность: «Управление инновациями» – 220601

Форма обучения: очная

 

 

 

курсовая работа

 

по учебной дисциплине

«Технологии и материаловедение»

на тему:

Современные технологии химической промышленности на примере производства капролактама.

 

 

 

 

Исполнитель:

Студент II курса группы УИ II-1 д/о_____________   Ермаков С.А.

                                                                              (подпись)       (инициалы и фамилия)

 

Руководитель:

____ассистент_________  _______  _______Н.В. Смирнова_________

(ученая степень, звание)           (подпись)        (инициалы и фамилия)

 

 

 

 

 

 

Москва  – 2011 г.

Министерство  образования и науки РФ

 

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 «Государственный Университет  Управления»

Институт  управления в промышленности и энергетике

Кафедра инновационного менеджмента

 

Задание для выполнения курсовой работы

 

Студента  2 курса, группы УИ 2-1, очной формы обучения

Ермакова Сергея

    (фамилия, имя, отчество)

 

Тема курсовой работы: «Современные технологии химической промышленности на примере производства капролактама (ГОСТ 7850-86)»

Структура работы: Введение; Актуальность и характеристика выбранной проблемы; Выбор, обоснование и описание способов производства материалов. Состав, структура, свойства; Методы переработки выбранных материалов и основные области применения; Управленческие, организационные и экономические аспекты курсовой работы; Заключение.

Базовая литература:

1) Солнцев Ю.П., Вологжанина С.А. Материаловедение. Учебник. – М. : Издательский центр «Академия», 2008. – 496 с.

2) Новы технологии переработки пластмасс [Электронный ресурс] – Материалы сайта http://www.polymery.ru. Режим доступа: http://www.polymery.ru/letter.php?n_id=5321&cat_id=3

 

Срок сдачи студентом готовой  работы:____  ____2012 г.

Дата выдачи задания: «____»_____________2012г.

Руководитель курсовой

работы:______________             ассистент, Н.В. Смирнова

(подпись)      (ученая степень, инициалы и фамилия)

Задание принял к исполнению:________________

(подпись)

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………….……..4

1. Актуальность и характеристика выбранной проблемы……………………...5

2. Выбор, обоснование и описание способов производства материалов. Состав, структура, свойства……………………………………………………...7

2.1. Обоснование  производимой номенклатуры материала. Технические условия на материал………………………………………………………..7

2.2. Обоснование выбора главных видов сырья………………………….7

2.3. Характеристика основных способов переработки сырья в необходимые материалы…………………………………………………...8

2.4. Описание  метода производства выбранного  материала…………….9

2.5. Характеристика состава физико-механических и эксплуатационных свойств выбранного материала…………………………………………..14

3. Методы переработки выбранных материалов и основные области применения……………………………………………………………………….15

4. Управленческие, организационные и экономические аспекты курсовой работы…………………………………………………………………………….17

Заключение…………………………………………………………………….…20

Список литературы………………………………………………………………21

 

Введение

 

Целью моей работы в первую очередь является расширение своих знаний по учебной  дисциплине «Технологии и материаловедение». Тема моей работы «Современные технологии химической промышленности на примере производства капролактама (ГОСТ 7850-86)».

Капролактам – это белое кристаллическое  вещество с температурой плавления 69,2 градусов Цельсия – был синтезирован  О. Валлахом  в 1899 году. На протяжении последующих десятилетий это  соединение представляло интерес исключительно  для лабораторных исследований и  не имело никакого практического  значения. Отношение к капролактаму изменилось после того, как в 1938 г. немецкий химик П. Шлак установил, что  из расплава полимера можно получить при охлаждении гибкие нити, которые  вытягиваются до толщины, составляющей доли миллиметров. Тем самым было найдено новое исходное вещество для получения полиамидных волокон. Получение полиамидных волокон  из капролактама дало толчок к поиску промышленных способов его производства.

Сейчас капролактам  активно производится как у нас, так и за рубежом. Уже существуют разные способы производства капролактама, одни из которых: фенольный, толуольный и бензольный. В дальнейшем мною будут выявлены плюсы и минусы каждого из этих способов производства, и будет выбран один наиболее лучший, для дальнейшего рассмотрения и подробного описания его технологии. Капролактам широко используется для производства полиамидных волокон и нитей, кроме того он применяется в производстве инженерных пластиков, полиамидных плёнок и некоторых других изделий. Поэтому мной так же будет рассмотрен один из способов переработки капролактама в какое-либо изделие.

 

1. Актуальность и характеристика  выбранной проблемы.

 

Мировой спрос  на капролактам составляет 4,4 млн. тонн и будет расти, согласно оценкам, в среднем на 2% ежегодно в течение  ближайших пяти лет. При этом традиционное использование капролактама для  выпуска полиамидных волокон  уступает позиции новым продуктам  – пластикам и пленкам на основе полиамида, на которые приходится уже 28 и 10% потребления соответственно. При этом за прошедшее десятилетие  потребление полиамидных волокон  выросло крайне незначительно и  только за счет технических нитей, использование  полиамида в текстильной индустрии  сократилось.

География мирового производства и потребления капролактама сильно не совпадают друг с другом, поскольку азиатский рынок, на который  приходится более половины мирового спроса, для удовлетворения потребностей импортирует более 1 млн. тонн капролактама из других регионов, в основном из Европы и стран СНГ. В то же время Европа, США и страны СНГ унаследовали от эпохи широкого использования  полиамидных волокон в текстильной  индустрии значительные мощности по выпуску капролактама, которые сейчас используются для удовлетворения растущего  спроса в Азии. В результате мировые  мощности загружены почти полностью, однако азиатские, прежде всего, китайские  компании активно расширяют производство, поэтому объемы импорта капролактама в Азию, по прогнозам, будут постепенно сокращаться.

Страны СНГ  стали крупными экспортерами капролактама в результате обвального спада в  индустрии его переработки в  полиамидные волокна, прежде всего, текстильные, в 1990-е годы. В 2000-е экспортная направленность индустрии капролактама позволила восстановить объемы производства и увеличить мощности. Сейчас экспортируется более 60% производимого капролактама, при этом мощности всех производителей полностью загружены и планируется  их расширение.

Российский  рынок полиамида пережил тяжелый  спад в ходе недавнего кризиса, однако полностью восстановился уже  в 2010 году. Пока, в отличие от большинства  развитых стран, использование полиамидных  пластиков в СНГ невелико, большая  часть полиамида перерабатывается в волокна и нити, а также  экспортируется. Предполагается, однако, что к 2015 году потребление полиамида  вырастет на 37%, а доля его экспорта сократится.

В России работают три производителя капролактама: OАО «КуйбышевАзот» (Тольятти), ОАО «Азот» (Кемерово; холдинг СИБУР) и ОАО  «Щекиноазот» (Тульская область). Крупнейшим производителем капролактама и полиамида-6 является «КуйбышевАзот», занимая более 70% отечественного рынка. Компания, выбрав полиамидное направление в качестве ключевого, непрерывно занимается модернизацией. Так же компания «КуйбышевАзот» на сегодняшний день является крупнейшим потребителем капролактама в России, с 2003 года реализовав проекты по его  дальнейшей переработки. На сегодняшний  день доля внутреннего потребления  на ее производствах в Тольятти составляет около 50% выпущенного объема капролактама, который перерабатывается в полиамид-6. На его основе производятся технические  нити, кордные ткани, инженерные пластики. Большая часть товарного ПА-6 (гранулята) экспортируется; продукт поставляется и российским потребителям (в частности, на "Сибур-Волжский", также начаты поставки на Щекинское «Химволокно»).

2. Выбор, обоснование  и описание способов производства  материала. Состав, структура, свойства.

 

2.1. Обоснование производимой  номенклатуры материалов. Технические  условия на материалы

 

Таблица 1 -   Технические условия на материалы

 

№ п/п	Наименование материала	№ стандартов ГОСТ	Примечание
1	2	3	4
1	Капролактам	ГОСТ 7850-86	Используются в производстве полиамидных  нитей и волокон, а также конструкционных  пластиков.

 

2.2.Обоснование  выбора главных видов сырья

 

Таблица 2 -  Исходное сырье

 

№ п/п	Наименование  сырья	Техническая характеристика	Стандарты или тех.условия
1	2	3	4
1	Бензол нефтяной	не менее 99,7%	ГОСТ 9572-93

 

В качестве нашего сырья будет использоваться бензол, поскольку он дешёвый. Стоимость  килограмма бензола составляет от 60 рублей за килограмм, когда фенол  стоит от 190 рублей за килограмм, а  толуол от 90 рублей за килограмм. Даже смотря на цену бензола, можно сказать, что он не является дефицитным. Для  получения бензола могут быть использованы разные методы, например: 
 - Получение бензола из каменноугольного сырья

- Получение  бензола каталитическом риформингом  нефтяных фракций

- Получение  бензола гидродеалкилированием  толуола

- Получение  бензола диспропорционированием  толуола

- Получение  бензола из смолы пиролиза.

Наиболее  экономически выгодным является последний  метод, метод выделения бензола  из жидких продуктов пиролиза нефтепродуктов, образующихся в производстве этилена  и пропилена.

        Производство  бензола по данной технологии  напрямую зависит от производства  олефинов, сырья для производства  олефинов и рынка смолы пиролиза (пироконденсата), который является  весьма ограниченным.

        Выделение  бензола из пироконденсата заключается  в гидроочистке соответствующей  фракции продуктов пиролиза от  непредельных и сернистых соединений, последующем гидродеалкилировании  полученной смеси, содержащей  бензол, толуол и ксилолы и  последующей доочистке полученного  бензола. Разделение БТК-фракции  с получением бензола проводят  экстракцией растворителем или  экстрактивной перегонкой. Наиболее  часто применяется экстракция  смесью N-метилпирролидона с этиленгликолем. Также в качестве экстрагентов  применяют гликоли, сульфолан,  диметилсульфоксид и др. растворители.

 

2.3. Характеристика основных  способов переработки сырья в  необходимые материалы.

Существует  три основных способа производства капролактама: бензольный, фенольный и толуольный, производящие капролактам по схемам:

По технологии производства методы чем-то похожи. Разница в затратах на оборудование и время производства не сильно велика. Существенная разница в методах производства, это себестоимость на исходное сырьё. Себестоимость капролактама производимого фенольным способом уступает всем остальным методам из-за высокой стоимости фенола, что не компенсируется относительно низким расходам энергетических ресурсов и небольшой стоимостью установки. Толуольный способ производства, несмотря на использование достаточно дешёвого сырья, по себестоимости тоже не превосходит бензольный способ производства. В связи с этим можно сказать, что бензольный способ производства самый выгодный, и в дальнейшем мы будем рассматривать именно его.

 

2.4. Описание метода производства  выбранного материала.

1. Гидрирование бензола.

Задачей процесса гидрирование является получение циклогексана.

Процесс протекает в две стадии. На первой из них осуществляется гидрирование основной части бензола на суспендированном непирофорном никеле Ренея, на второй — дегидрирование на стационарном катализаторе Ni/Al₂O₃ . Бензол и водород поступают в основной реактор жидкофазного гидрирования, куда насосом подается и катализатор в виде суспензии. Однородность распределения катализатора обеспечивается барботированием газа через жидкость и интенсивной циркуляцией реакционного раствора через выносной теплообменник, в котором генерируется технический пар низкого давления. Температура в реакторе регулируется за счет испарения циклогексана. Гидрирование проводится при 200 °С и 4 МПа (парциальное давление водорода приблизительно 0,3 МПа). Продукты реакции из верхней части основного реактора гидрирования поступают во вспомогательный реактор, в котором обеспечивается практически 100%-ная степень превращения бензола в циклогексан. Затем продукты отводятся в сепаратор высокого давления и подвергаются фракционированию в колонне стабилизации. Газообразные продукты из сепаратора частично возвращаются на рецикл.

¯

t=200°С P=4 МПа

Гидрирование __________                           __________ бензола

Гидратор S533

¯

Рисунок 1 -  Графическое изображение гидрирования бензола