Розрахунок підконтактного холодильника

АНОТАЦІЯ

 

Крамар Христина “ Лінія виробництва формаліну продуктивністю    5000 кг/год. Розрахувати та запроектувати холодильник та скрубер ”.

 

В дипломній бакалаврській роботі розглянуто метод виробництва формаліну. Охарактеризовано сировину та зроблено підбір обладнання. Проведено вибір і  характеристику технологічного процесу. Прийнято основні технологічні рішення. Розраховано і запроектовано підконтактний холодильник і скрубер. Зроблено їх технологічний, гідравлічний і  конструктивний розрахунок. Розглянуто економічну частину і охорону праці.

 

ANNOTATION

 

Khristina Khramar “ The line of production the formalin capacity 5000 kg / h. Calculate and design a fridge and a scrubber. "

 

In the thesis bachelor work has been examined the formalin’s production method. It has been characterized and done the selection of the equipment. It has been taken the selection and characterization of the technological process. It has been accepted the main technological decisions. It has been calculated and projected undercontacted fridge and scrubber. It has been done their technological, hydraulic and constructive calculation. It has been considered the economic part and occupational safety.

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

Анотація………………………………………………………………………

Вступ……………………………………………………………….…………

1. Обґрунтування методу виробництва формаліну………………………

2. Характеристика сировини та підбір обладнання………………………

2.1. Характеристика вихідної сировини, матеріалів і напівпродуктів….

2.2. Підбір основного та допоміжного обладнання………………………

2.3. Фізико-хімічні основи технологічного процесу……………………...

3. Опис технологічного процесу……………………………………………

3.1. Опис обраної технологічної схеми процесу………………………….

4. Розрахунок насадкового скрубера….…………………………………..

4.1. Технологічний розрахунок…………………………………………….

4.2. Гідравлічний розрахунок……...……………………………………….

4.3. Конструктивний розрахунок…………………………………………..

5. Розрахунок підконтактного холодильника ….………………………..

5.1. Технологічний розрахунок…………………………………………….

5.2. Гідравлічний розрахунок……...……………………………………….

5.3. Конструктивний розрахунок…………………………………………...

6. Охорона  праці..........................................................................................

7. Економічна  частина………………………………………………………..

Список використаної літератури.................................................................

 

 

ВСТУП

Серед багатьох сотень тисяч органічних сполук, відомих у цей час, формальдегіду, належить особлива роль.

Формальдегід - досить активна хімічна сполука, що легко вступає в реакцію з іншими речовинами з утворенням великого класу нових з'єднань, багато хто з яких мають важливі властивості. Завдяки реакційній здатності формальдегід за порівняно короткий проміжок часу перетворився в один з незамінних напівпродуктів багатотоннажного органічного синтезу.

Формальдегід використовується в промисловості як сировина для виробництва синтетичних смол, пластичних мас, нових органічних барвників, поверхнево-активних речовин, лаків, лікарських препаратів і вибухових речовин. У сільському господарстві для протравлення насінь, у шкіряній промисловості для дублення шкіри, у текстильній - для підвищення опорності виробів до зминання та усадки, у паперовій промисловості для покращання міцності та якості паперу, у медицині як антисептичний засіб і у тваринництві. Застосування формальдегіду зростає рік у рік. У зв'язку із цим зростає і його виробництво.

У даний час основним споживачем формальдегіду є виробництвво синтетичних смол: виробництво фенолформальдегідних, сечовино-формальдегідних смол; смол, модифікованих шляхом обробки формальдегідом; малорозчинних лаків, покриттів, клеїв, шаруватих пластиків.

Найбільше поширення одержав продукт, що містить 35 - 37 % формальдегіду й 6 - 11 % метанолу, називаний формаліном. Рецептура формаліну сформувалася історично, під впливом наступних факторів. По-перше, метанол і вода супроводжують формальдегіду на стадії його одержання найбільш уживаним методом (метанол - сировина, вода - побічний продукт і абсорбент). По-друге, розчин зазначеного складу при додатніх температурах цілком стабільний до випадання полімеру й може зберігатися або транспортуватися протягом довгого часу. У - третіх, у вигляді водно-метанольного розчину формальдегід може застосовуватися в більшості виробничих синтезів, а також при безпосереднім використанні. І, нарешті, по-четверте, саме формалін виходить при окисній конверсії метанолу в присутності металевих каталізаторів на стадії абсорбції контактного газу; ніяких додаткових операцій по доданню продукту товарних властивостей (концентрування, очищення й т.д.), як правило, не потрібно.

 

 

1. ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ МЕТОДУ ВИРОБНИЦТВА ФОРМАЛІНУ

 

Формальдегід одержують із метанолу, диметилового ефіру, природного й попутного газів (газу коксохімічного виробництва й нафтопереробки). Промислово освоєні способи одержання формальдегіду:

1) Каталітичне окислювання метанолу  на металевих каталізаторах.

2) Каталітичне окислювання метанолу  на оксидних каталізаторах.

3) Окислювання природного газу  й нижчих парафінів.

У першому випадку каталізатором найчастіше є срібло (можна використовувати золото або платину), з метою економії метанолу срібло рівномірно наносять на інертний носій, наприклад на пемзу. Сутність методу складається в парофазному окислюванні гідруванні метанолу киснем повітря в адіабатичному реакторі з наступним поглинанням продуктів реакції водою. У процесі подається метаноло-повітряна суміш складу вище верхньої межі вибухонебезпечності (36,4% - об'ємні частки) і з недоліками кисню по хімічному рівнянню окислювання метанолу у формальдегід, тому що каталізатор –окисно-дегідратуючий:

 

СН3ОН + ½О2 → СН2О + Н2О + Q (147,4кДж/моль);

СН3ОН → СН2О + Н2 – Q (93,4 кДж/моль);

Н2 + ½О2 → Н2О + Q (241,8 кДж/моль)

 

Разом з тим протікають побічні реакції, що знижує вихід формальдегіду й підвищує витрату метанолу. Вихід формальдегіду досягає 80 - 85%, при ступені конверсії метанолу 85 - 90%. Тому що окисне дегідратування проводять при недоліку кисню, процес глибокого окислювання, не одержує значного розвитку. У той же час саме дегідратація, що ініціює кисень, протікає швидше, тому відсоток побічних реакцій не великий. Цим способом можна одержати формалін двох марок: ФМ - 37% з вмістом метанолу до 10% і ФБМ - 50% з вмістом метанолу менш 1%. Транспортуванню й зберіганню підлягає формалін марки ФМ, тому що метанол стабілізує його.

У другому способі каталізатором є суміш оксидів заліза й молібдену. Окислювання метанолу на оксидних каталізаторах протікає за окисно-відновлювальним механізмом:

 

СН3ОН + 2МоО3 → СН2О + Н2О + Мо2О5

Мо2О5 + ½О2 → 2МоО3

 

Процес здійснюється в надлишку повітря при (350 – 430)ос і нормальному тиску, інакше під дією метанолу й формальдегіду каталізатор швидко відновлюється. Реакція протікає при співвідношенні метанолу й повітря нижче межі вибухонебезпечності (7 - 8% - об'ємні частки).

Процес відрізняється високим ступенем конверсії метанолу - 99%, а так само сильною екзотермічністю, що змушує використовувати трубчасті реактори з охолодженням. Цей спосіб дозволяє одержувати формалін - 37% з вмістом метанолу не вище 0,5%. Застосування технологій з оксидним каталізатором заслуговує деякої переваги, коли необхідна продуктивність не вище 8 - 10 тис. т/рік.

Третій спосіб. З погляду доступності й дешевини сировини, а також простоти технології (одержання формальдегіду прямим окислюванням природного газу, що складає в основному з метанолу, киснем повітря) заслуговує переваги перед порівняно складними й багато східчастими синтезом через метанол (за схемою):

природний газ → синтез газ → метанол → формалін

Однак на практиці виникає ряд труднощів, які пов'язані з недостатньою стійкістю формальдегіду в умовах реакції. Окислювання метанолу відбувається при 600о, у той же час термічне розкладання формальдегіду спостерігається вже при 400о. Вихід формальдегіду не перевищує 3% при селективності 10 - 25%. Тому розглянутий метод займає досить скромне місце в балансі виробництва формаліну й тільки в перспективі використовуються нові технологічні прийоми окислювання (з урахуванням зростання дефіцитності метанолу й порівняльної доступності природного газу).

Тому у виборі методу виробництва формаліну заслуговують на увагу перші два способи. Розглянемо їх у порівнянні й виберемо для себе потрібний.

Порівняльна характеристика методів виробництва формаліну в таблиці 1

Таблиця 1.

 Порівняльна характеристика методів виробництва формаліну

Метод	Переваги	Недоліки
1. Окислювання на срібному каталізаторі	а) практично немає обмежень по одиничній потужності установки б) простота конструкції реактора в) низька метало - і енергоємність г) висока продуктивність	а) високий видатковий коефіцієнт по сировині б) дорогий катали- затор в) наявність у формаліні метанолу до 5 - 10%
2. Окислювання на оксидному каталізаторі	а) низький видатковий коефіцієнт по сировині б) наявність метанолу в формаліні не більше 0,6 - 1,0% і наявність НСООН не вище 0,02%	а) підвищена витрата енергії й повітря б) обмеження одиничної потужності установки в) складність в екс-плуатації й ремонті г) підвищена металоємність

 

Порівнюючи економічні й виробничі витрати, а також обсяг продукції (нам необхідно не менш 300 - 380 тис.т./рік) для потреб формалинопотребуючого виробництва - концертних смол (обсяг - 200 тис.т./рік) вибираємо метод виробництва по окисному дегідруванні метанолу на срібному каталізаторі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИНИ ТА ПІДБІР ОБЛАДНАННЯ

 

2.1. Характеристика вихідної сировини, матеріалів і напівпродуктів

 

Характеристика вихідної сировини, матеріалів і напівпродуктів у таблиці

Таблиця 2.

Характеристика вихідної сировини, матеріалів і напівпродуктів

Найменування сировини, матеріалів і напівпродуктів	Державний або галузевий стандарт, СТП, ТУ, регламент	Показники по стандарті, обов'язкові для перевірки	Регламентовані показники із припустимими відхиленнями
1.Метанол - отрута синтетична	ДЕРЖСТАНДАРТ 2222-95	Густина	0,791-0,792
2.Вода дименералізована	Технологічний регламент №4 виробництва тепла, пара й води.	2.1. Твердість, ммоль/ дм3 2.2. Зміст заліза, мг/дм3 2.3. рн	не більше 0,005 не більше 0,05 6,5 - 7,5
3.Кислота азотна концентриро-ванна	ДЕРЖСТАНДАРТ 701-89	3.1.Масова частка азотної кислоти, %	98,2
4.Їдкий натр	ДЕРЖСТАНДАРТ 2263-79	4.1.Масова частка їдкого натру (марка  «РР»), %	не менш 42
5.Оборотна вода.	Технологічний регламент установки оборотного водопостачання.	5.1. Зміст зважених часток, мг/дм3 5.2. Загальна твердість, ммоль/дм3	не більше 20   не більше 5
6.Пара	Технологічний регламент виробництва тепла, пара й води.	6.1. Тиск, кгс/см2 6.2. Температура, ос	18 - 25 + 350
5.Природний газ.		5.1.Состав, об'ємна частка, %:  - метан  - етан   - пропан   - бутан   - азот   - двоокис вуглецю  5.2. Густина кг/м3	86 - 97 1,5 - 4 1 - 6 0 - 4 1 - 2 0 - 1 0,741