Анализ и расчет физико-химический свойств мономера, сополимера обращающихся в технологическом процессе

Производство  полипропилена методом низкого давления включает несколько технологических схем:

- синтез  алюминийорганического катализатора;

- процесс  полимеризации пропилена

- отмывка  полипропилена от катализатора

- сушка  полипропилена

Произведем  оценку стадии синтеза металлоорганического (стадия образования катализатора).

 

 

 

 

 

 

 

Исходные  данные

№ вариан-та	Производство	Название стадии технологического процесса	Реакционная смесь	Предельные параметры стадии			Вероятность сопровождения процесса тепловым эффектом (Q)	Среда
				Т0С	Р, атм	V реакционной смеси
16	пропилена методом низкого давления	синтез металлоорганического катализатора стадия образования катализатора	Металлический натрий	120-140 (поддерживается охлаждающим органическим агентом)	3-4	60% от объема реактора	+	Бензин, масло

 

Синтез алюминийорганического  катализатора

 В  реактор -1 сесквигалоид в который заливается бензин из мерника 2, затем из бункера 3 подается порошкообразный алюминий. Смесь подогревается веретенным маслом, после чего в него заливается из мерника 4 бромистый этил для активации алюминия. По окончании процесса смесь нагревается и из мерника 5 подается хлористый этил. Раствор сескигалоида в бензине охлаждается и подается в реактор 6 для получения раствора алюминийорганического вещества. После подогрева раствора до 130-135⁰С в него подается расплавленный металлический натрий, который передавливается при помощи масла поступающего их мерника 8 при помощи дозировочного насоса 9.

При подаче натрия в количестве 6% к весу чистого  сесквигалоида в качестве готового продукта получают триэтилалюминий, при  подаче натрия до 28% получают диэтилалюминийхлорид.

2Al₂(C₂H₅)Cl₃ + 3Na = 3Al(C₂H₆)₂Cl + 3 NaCl + Al

Реакция взаимодействия натрия с сесквигалоидом проходит при 130-140^оС и давлении 3-4 атм. Реактор охлаждается органическим теплоносителем, так как реакция сопровождается выделением тепла.

После завершения реакции симметризации содержимое  реактора выдерживают в течение 3 часов (процесс созревания). Затем  смесь охлаждается и подается в отстойник 10, для отделения от шлама. Разделение происходит на фильтре 11, раствор катализатора поступает  в смеситель12 для разбавления  до 5% концентрации. Шлам промывается  бензином или циклогексаном и  поступает из отстойника  в реактор 13 для обезвреживания метиловым  спиртом, подаваемым из мерника 14. Реактор  охлаждается  органическим агентом, так как процесс  обезвреживания шлама метанолом протекает с  выделением большого количества тепла. После завершения процесса обезвреживания шлама производится отгонка избыточного  метанола путем подогрева реактора паром. В конденсаторе-холодильнике 15 пары метанола конденсируются, и жидкость через сепаратор 16 поступает в  сборник 17. Затем возвращается в  технологический цикл. Сухой шлам охлаждается, выгружается при помощи шнека 18 и отвозится в отвал.

 

 Технологическая  схема производства алюминийорганического

катализатора

Анализ  пожаровзрывоопасных свойств веществ, применяемых на стадии обезвреживания

Бензин – легковоспламеняющаяся жидкость. Химический состав – углеводороды С₄-С₉, температура вспышки t = -40^оС, концентрация паров, при t вспышки – 2,6%, концентрационный предел взрываемости 2-6% об. Температурные пределы воспламенения: нижний -17^оС, верхний +10^оС. Пары бензина пожароопасны при любых температурах, практически, при поднесении огня к открытой ёмкости с бензином, он вспыхивает мгновенно при любых температурах, взрывоопасны только в пределах объемной концентрации 2~6%. Тушащие средства – распыленная вода, пена, порошок.

Масло (индустриальное, веретенное) – Физико-химические свойства: Плотность 897 кг/м³.

Пожароопасные свойства: Горючая жидкость. Температура вспышки 164°С; температура самовоспламенения 280°С; температурные пределы распространения пламени: нижний 125°С, верхний 175°С.

Средства тушения: Воздушно-механическая пена.

Натрий - серебристо-белый металл. М = 22,997; плотность 970 кг/м³, температура плавления 97,7°С; температура кипения 883°С; тепловой эффект сгорания до Na₂О₂ 10878 кДж/кг. При нагревании на воздухе легко воспламеняется. Температура горения ~ 900°С.

Пожароопасные свойства: Горючий металл. Температура самовоспламенения: в воздухе 330-360°С (в присутствии пероксида натрия 97-106°С), в кислороде 118°С; МВСК 5% об.; скорость выгорания (1,1-1,5) -10² кг/(м²-с). При сгорании в избытке кислорода образуется Na₂О₂, реагирующий с легкоокисляющимися веществами (порошками алюминия, серой, углем и др.), очень энергично, иногда со взрывом. Реакция со льдом начинается при -98°С с выделением водорода. При соприкосновении значительных количеств натрия и воды реакция сопровождается взрывом. Взаимодействие с растворами кислот протекает подобно реакции с водой. Взаимодействие натрия с органическими соединениями зависит от их природы и температуры. Натрий, особенно расплавленный, при определенных условиях (например, при горении) образует взрывоопасные смеси с галоидопроизводными углеводородов. Вследствие повышенной химической активности натрий хранят под слоем керосина или минерального масла.

Средства тушения: Порошки ПГС, МГС, объемное тушение составом N₂ (94%) + СО₂ (6%).

 

Оценка  пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов при нормальной их работе.

№ п/п	№ на схеме	Наименование аппарата	Наличие паровоздушного простраства	Раб. температура оС	Раб. давление, атм	Температурные пределы воспламенения  для ЛВЖ		Заключение о горючести среды
						верхний	нижний
1.	6	Реактор	да	120-140	3-4	-17	+10	нет

 

Аппарат заполнен на 60% от своего объема и в нем возможно образование паровоздушной смеси, однако концентрация паров бензина и масла в образующейся смеси выше верхнего концентрационного предела взрываемости для них, поэтому работа реактора при регламентных параметрах не взрывоопасна.

Реактор находится под избыточным давлением, возможно повышение давления выше регламентированного т.к. реакция протекает с выделением тепла, а избыточное тепло может привести к разрушению аппаратов и трубопроводов за счет повышения давления и снижения механических качеств стали. Поэтому реактор должен быть оснащен предохранительными клапанами, сброс с которых предусмотрен в отдельную емкость с целью недопущения поступления пожаро-, взрывоопасных и токсических веществ в атмосферу.

Пожарная опасность возникает только в случае выхода рабочих параметров за пределы рабочих, а так же в случае появления неплотностей и повреждений (разгерметизации оборудования, трубопроводов), а так же в период пуска и останова технологического оборудования, когда возможно попадание воздуха в аппараты и трубопроводы с образование паровоздушных смесей взрывоопасных концентраций.

В процессе эксплуатации оборудования, даже при  их исправном состоянии возможны утечки горючих веществ через  различные неплотности, например разъемные (флацевые) соединения. Реактор может  так же стать причиной таких утечек. Предотвратить их абсолютно к сожалению невозможно, ведь даже при самой тщательной обработке нельзя получить полностью герметичное соединение. Подсчитать точное количество вещества поступающего из всех возможных мест утечки затруднительно.

Обычно  подобные утечки не представляют реальной пожарной опасности, если обеспечен  воздухообмен.

В связи  с этим следует предельно внимательно  контролировать параметры процесса, не допуская их выход за пределы  расчетных. Так же необходимо отделить данный блок от остальных технологических блоков отсечными клапанами или электрозадвижками. Они обеспечат прекращение подачи натрия и масла в случае разгерметизации в зону аварии.

Так же для  предотвращения распространения пожара по производственным коммуникациям  применяют сухие огнепреградители (в виде гидравлический затворов), затворы  из твердых измельченных материалов, водяные завесы и т.п.

 

 

6. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ОПАСНОСТЕЙ  ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ГАЗОПАРОВОЗДУШНОЙ  СМЕСИ

6.1. Определить возможность возникновения  опасности, при истечении газопаровоздушной  смеси из компрессора при заданном  уровне расположения вентиляционной  шахты в промышленном помещении,  где идет процесс компрессии  смеси.

 

Исходные  данные:

Плотность паров смеси по воздуху 

Мономер: бутадиен-1,3

Сополимер: этилен

Соотношение мономер/сополимер = 2:3

Уровень вентиляционной шахты над полом: 1/2

 

Газы, у  которых относительная плотность  по воздуху больше 1, тяжелее воздуха, т.е.

 

 

При отсутствии вентиляционной системы в промпомещение, аварийное истечение смеси бутадиена-1,3 и этилена, приведет к скапливанию его в придонной части реактора, горючие пары газопаровоздушного облака будут с большей вероятностью скапливаться в нижней части помещения. Вентиляционные проемы должны располагаться в нижней части одной из стен помещения.

По условию  вентиляционная шахта расположена  на отм. ½ от уровня пола, соответственно возникает опасность скопления  смеси газом в нижней части  помещения.

 

6.2. Определить возможность возникновения  опасности истечения газопаровоздушной  смеси, если реактор выдерживает  давление равное Р_max. Сохранность ли конструкция свою целостность. Как изменится и во сколько раз плотность газопаровоздушной смеси (мономер- сополимер) подаваемой в компрессор для сжатия. Определить давление в аппарате. Оценить, сколько газопаровоздушной смеси выйдет из компрессора при аварийной разгерметизации.

Исходные  данные

Р₁ = 101,3кПа

V₁ = 150 м³

V₂ = 75 м³

Рmax = 7,6 атм

Процент истечения реакционной смеси  с момента аварии – 13%.

Согласно закону Бойля – Мариотта, при постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно  пропорционально объему газа:

P₂ / P₁ = V₁ / V₂ .

Выражаем P₂:

P₂ = P₁ ·V₁ / V₂ = (101,3 · 150)/75 = 202,6 (кПа).

Давление газопаровоздушной смеси  в полимеризаторе составит 202,6 кПа.

Предельное давление, при котором  сохраняется конструкция резервуара 770 кПа или 7,6 атм. После закачки газопаровоздушной смеси давление в полимеризаторе повышается до 202,6 кПа. Предельно допустимое давление не  превышено. Конструкция целостность сохранит. Опасности разрыва конструкции нет.

Согласно  закону Бойля – Мариотта, при  постоянной температуре давление газа прямо пропорционально его плотности. Можно записать

,

тогда

 

Плотность пара в компрессоре изменится  в 2,0 раза.

По закону Бойля- Мариотта при Т=const, p₁V₁ =p₂V₂. Находим, какой объем займет газопаровоздушная смесь, если вне компрессора давление равно атмосферному (101,3 кПа).

Тогда

 

 

Учитывая, что с момента аварии до устранения разгерметизации аппарата 12% реакционной  смеси оказалось вне реактора,  вышедший объем газопаровоздушной  смеси составит:

 

 

6.3. Определить объем обращающегося  в производстве сополимера, с  учётом практического выхода, в  результате создавшейся аварийной  разгерметизации аппарата.

№ варианта	Название  сополимера	Брутто  формула сополимера	Сырье для получения сополимера		Реагент			Qпроиз. потери, %
			название	объем V, л	название	масса m, кг
16	этилен	С2Н4	метан	500	хлор	500	5,0