Проектирование реактора омыления адипиновых кислот и эфиров производительностью 35 м3 в час

ВВЕДЕНИЕ

 

От развития химии во многом зависит развитие всех отраслей экономики, химия обеспечивает промышленность и строительство новыми эффективными материалами, снабжает сельское хозяйство минеральными удобрениями и средствами защиты растений, способствует его интенсификации.

 Химическая  промышленность имеет сложный отраслевой состав.

 Химические  производства требуют много сырья  (особенно химия органического синтеза), и на их размещение сильно влияет сырьевой фактор. Химия органического синтеза также использует много воды и для нее очень важен водный фактор.

 Химия использует  отходы многих производств, поэтому  важным фактором ее размещения  является комбинирование производства, особенно с металлургией. Возможности комбинирования и использования разнообразного сырья так велики, что позволяют строить предприятия химической промышленности почти повсеместно. Но это нецелесообразно из-за высокой энерго - и водоемкости ее производств.

 Большое  значение приобрел также экологический  фактор, так как отрасль сильно  влияет на окружающую среду.

Главные базы химической промышленности: Центральная (вокруг Москвы), где развиты все  виды химии и используется в основном привозное сырье; Уральская, где особенно развита основная химия и используется собственное сырье; Поволжская и Западная (вокруг Санкт-Петербурга), где преобладает химия органического синтеза.

 Капролактам  - базовый продукт для получения  полиамида-6,ПА-волокон и нитей, конструкционных пластмасс и ПА-пленок.

Мировые мощности по производству капролактама в 2004 году составил 4,2 миллиона тонн. На сегодняшний день  вследствие полного закрытия ряда крупных установок производства капролактама в Европе и Азии, а так же незначительного объема инвестиций в строительство новых установок (в виду высокой стоимости капиталовложений), прогнозируемый рост потребления в мире опережает прирост производственных  мощностей. По оценкам аналитиков, рост потребления до 2010 года в среднем составит до 3,3% (до 100 тыс. тонн в год) и загрузка мощностей может достигнуть 98%.

В России и  странах ближнего зарубежья капролактам является экспортно-

 

ориентированным продуктом. К 2010 году ожидается увеличение объема производства капролактама в СНГ до 520 тыс. т. В целом из 453 тыс. т. , произведенного в 2004 году капролактама, на экспорт было отправлено 280 тыс. т (62%), в то время как на внутренний рынок поступило 172 тыс. т. (38%). К 2010 году ожидается увеличение доли внутреннего рынка до 48 %, соответственно доля экспорта составит 52%.

Основными экспортными  рынками производителей из стран СНГ является регион Юго-Восточной Азии.

Прогнозируемый  рост мирового потребления по оценкам  аналитиков опережает прирост мировых мощностей по производству капролактама.

В СНГ производство капролактама, оценочно, увеличится до 520 тыс. т. К 20010 году, среднегодовой рост составит около 2,4%. Доля экспорта все еще будет превышать долю потребления на российском рынке, однако снизится с 62% (2004 год) до 52% (2010 год). Увеличение доли внутреннего рынка ожидается, в основном, за счет введения новых мощностей по полимеризации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

 

 

1.1 Характеристика готовой продукции

 

1.1.1. Пластификатор адипиновый щелочной (ПАЩ)

 

Техническое название - ПАЩ - пластификатор адипиновый щелочной.

Выпускается в соответствии с ТУ 2433-637-00209023-97, представляет собой раствор натриевых солей кислых побочных продуктов воздушного окисления циклогексана (марка ПАЩ) и щелочной сток. 
         Паспорт безопасности ПАЩ внесен в Регистр РПБ № 05761695.24.09613 от 06 июня 2002 года, действителен до 06 июня 2007 года.

По физико-химическим показателям ПАЩ должен соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

 ПАЩ применяется  в стройиндустрии, промышленности  строительных материалов, дорожном строительстве в качестве пластифицирующей и воздухововлекающей добавки.

 

Таблица 1

Наименование показателя	Норма для марки ПАЩ
1	2
1 Внешний вид	Жидкость  от коричневого до тёмно-коричневого  цвета, непрозрачная, без механических примесей
2 Массовая  доля сухого вещества, %	25 - 45
3 Массовая  доля натриевых солей органических кислот (в пересчете на адипинат натрия), %	18-30
4 Массовая  доля циклогексанола %	0,8, не более
5 Массовая  доля циклогексанона %	0,2, не более
6 Массовая  доля смолы %	10, не более
7 рН раствора	10 - 13
8 Плотность  при 20 ºС, кг/м3	1100 - 1200

 

1.1.2. Водный слой (ВС)

Техническое наименование продукта - водный слой дикарбоновых кислот (отход производства капролактама).

Выпускается в соответствии с ТУ 113-03-5761695-11-81 и  изменениями к ним и представляет собой водный раствор смеси монокарбоновых кислот и дикарбоновых кислот.

По  физико-химическим показателям ВС должен соответствовать нормам, указанным  в таблице 2.

Таблица 2

Наименование  показателей	Норма
1	2
1 Внешний  вид	Жидкость  от соломенного до желтого цвета со слабым эфирным запахом
2 Массовая  доля кислот в пересчете на  адипиновую кислоту, %	12-35
3 Суммарная  массовая доля циклогексанона и циклогексанола,  %	2,0, не более
4 Массовая  доля воды, %	остальное

1.2. Характеристика исходного сырья и материалов.

1.2.1 Кислый органический слой

Техническое наименование продукта - кислый органический слой.

Внешний вид - бесцветная или слегка желтоватая жидкость, допускается незначительная примесь смолистых веществ.

Кислый  органический слой является промежуточным продуктом процесса получения циклогексанона. Физико-химические свойства кислого органического слоя определяются входящими в его состав компонентами.

 

Таблица 3

Наименование  показателя	Норма
Циклогексанон, %	1 - 3
Циклогексанол, %	1 – 4
Кислоты, %	1,0 не более
Эфиры, %	1, 0 не более
“X” масло, спирты	Не нормируются
Циклогексан	остальное

 

1.2.2 Раствор едкого натра

Таблица 4

Наименование  показателя	Норма
NaOH,%	18 - 25
Вода, %	75 - 82

 

 

1.3 Технологический процесс производства

 

Кубовая жидкость кислых колонн цеха циклогексанона (оргслой после отгонки кислого циклогексана) поступает на стадию омыления, где обрабатывается 18 - 25 % раствором едкого натра.

Процесс проводится по двухступенчатой схеме при  избыточном давлении не

 более 60 кПа и температуре не более 90 °С и представляется следующими реак-

циями:

Нейтрализация адипиновой кислоты

НООС-(СН₂)₄-СООН +2NaOH ® NaOOC – (CH₂)₄ -  COONa  +2H₂O

Омыление  эфиров адипиновой кислоты

                      O                  O

H11C₆–O–С-(CH2)₄–C

      O–C₆H₁₁ + 2NaOH ® NaOOC–(CH₂)₄ -COONa  
+ 2C₆H₁₁OH

Омыление и  нейтрализация кислого органического  слоя, поступающего из цеха циклогексанона проводится в последовательно работающих реакторах омыления поз.Р-1 и Р-3.

Все реакторы омыления аналогичны и представляют собой горизонтальный цилиндрический аппарат диаметром 2600 мм и длиной 7710 мм. Вместимость каждого реактора 35 м³. Внутри реактор разделен перегородками на 2 камеры: реакционную и разделительную. Переливной карман реакционной камеры оснащен успокоителем.

Омыление  проводится при давлении не более 60 кПа и температуре  
40- 90 °С. В реакторах поз. Р-1 происходит нейтрализация кислот и частичное омыление эфиров, в реакторах поз. Р-3 происходит окончательное омыление эфиров.

Кислый органический слой (кубовая жидкость) с объемным расходом не более 35 м³ /ч поступает из корп. 365 и при помощи регулирующих клапанов подается в  реактор омыления поз. Р-1/. Подача кубовой жидкости на каждый реактор замеряется приборами FRC/1329.

Кубовая жидкость поступает в реакционную камеру реактора поз.Р-1 через смеситель барботажного типа, который смонтирован в реакционной камере. В эту же камеру  насосом поз .Н-2 из реакторов омыления второй ступени поз. Р-3 подается вторичная щёлочь. Подача вторичной щелочи в реактор поз. Р-1 замеряется по приборам FRC/1601 и автоматически регулируется.

В реакционную камеру реактора поз. Р-1/1,3 из разделительных сосудов  
поз. Е-8 насосом поз. Н-3 подается отстоявшийся раствор адипатов натрия вместе с частью органического слоя.

В смесителе происходит перемешивание кубовой жидкости и вторичной щелочи. Из реакционной камеры реактора омыления поз. Р-1 в которой происходит нейтрализация кислот и частичное омыление эфиров, смесь продуктов через перегородку перетекает в камеру разделения, где отделяется раствор адипатов натрия.

Водный  раствор адипатов натрия из реактора омыления поз. Р-1 автоматически по уровню адипатов в камере разделения выводится в дополнительный

фазоразделительный  аппарат поз.ЕФ-6/1, откуда органический слой по переливу стекает в сборник поз.Е-15, а водный раствор адипатов натрия из нижней части аппарата направляется в сборник поз.Е-3.

Уровень адипатов в разделительной камере реактора поз. Р-1 автоматически поддерживается в пределах 30 - 60 % по прибору LRC/1405, допустим уровень от 20 до 80 %. Для контроля за уровнем адипатов разделительная камера снабжена уровнемерным стеклом.

На входе  адипатов натрия в аппарат поз. ЕФ-6/1 установлен клапан, регулирующий поступление адипатов в аппарат в зависимости от уровня в сборнике поз. Е-3. На выходе адипатов натрия из аппарата поз. ЕФ-6/1 установлен клапан, при помощи которого в аппарате автоматически поддерживается уровень адипатов в пределах 40 - 60 % по прибору LIC/1427. Допустим уровень адипатов в поз.ЕФ-6/1 в пределах от 20 до 70%.

Нейтрализованный  и частично омыленный органический слой из разделительной  камеры реактора поз. Р-1 поступает в коллектор и из него распределяется к реактору омыления второй ступени поз. Р-3. Имеется возможность дренирования в этот коллектор реакционной жидкости из аппарата поз. ЕФ-1/2.

Нейтрализованный  органический слой поступает в реактор  омыления поз. Р-3 через смеситель, расположенный в реакционной  камере. В этот же смеситель насосом поз. Н-1 из сборника поз. Е-9 подается свежая щелочь. Объемная подача свежей щелочи на реактор замеряется приборами FRC/1327, автоматически регулируется и должна быть не более 1,5 м³/ч в один реактор.

Свежая щелочь принимается с базисного склада цеха циклогексана корп.360 в сборник  поз.Е-5 вместимостью 5 м³ . Уровень щелочи в сборнике контролируется по прибору LIA/1407 и должен быть 20 - 90 %, при уровнях 20 и 90 % на ЦПУ срабатывает световая и звуковая сигнализация.

Омыленный органический слой из реакционной камеры реактора омыления поз. Р-3 перетекает через перегородку в камеру разделения слоев, откуда нижний слой - вторичная щелочь - стекает на всос насоса поз. Н-2 и им подается в смеситель реактора поз. Р-1 а верхний слой подается в сборник поз. Е-8.

Уровень вторичной щелочи в разделительной камере реактора  
поз. Р-3 контролируется по стеклу и поддерживается от 20 до 80 % вручную при помощи вентилей, установленных на линии вывода вторичной щелочи из камеры.

Органический  слой из разделительной  камеры реактора поз. Р-3 поступает в коллектор и из него распределяется в аппараты поз. Е-8  для дополнительного отделения раствора адипатов натрия.

 

Из аппаратов  поз. Е-8 органический слой поступает  в коллектор и насосом поз. Н-4 выдается на промсклад цеха анона для последующей отгонки из него нейтрального оборотного циклогексана, который возвращается в цех окисления на стадию окисления. На коллекторе нагнетания насосов поз. Н-4 установлена электрозадвижка.

Усредненный уровень  органического слоя аппарата поз. Е-8 замеряется по прибору LRCA/1432 и автоматически поддерживается в пределах 60 - 70 % при помощи клапана, установленного на линии нагнетания насосов поз. Н-4. При уровне в 40 и 80 % срабатывает световая и звуковая сигнализации на ЦПУ.

Отстоявшийся  раствор адипатов натрия вместе с  частью органического слоя из аппаратов поз. Е-8 насосом поз. Н-3 подается в реактор омыления поз. Р-1. Контроль за наличием адипатов натрия в аппаратах поз. Р-3 осуществляется по уровнемерным стеклам и при нормальной работе должно быть отсутствие адипатов.