БЕЗОПАСНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
Характеристика опасности производства
Пожаровзрывоопасные токсические свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства.
Взрывопожарная и пожарная опасность, санитарная характеристика производственных зданий, помещений и наружных установок в таблице 8.
Таблица 8 – Пожаровзрывоопасные токсические свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства
| Наименование сырья, полупродуктов готовой продукции, отходов производства | Класс опасности ГОСТ 12.1.007 -76 | Температура | Концентрационный предел воспламенения | Характеристика токсичности (воздействие на человека) | ПДК вредных в воздухе рабочей зоны производственных помещений ГОСТ 12.1.005-88 | |||||||||||
| ВСП | ВОСП | Само. ВОСП. |
|
| ||||||||||||
| Метанол | 3 | 8 | 13 | 464 | 6 | 34,7 | Яд нервного и сосудистого действия с резко выраженным коммулятивным действием | 5мг\м3 | ||||||||
| Формалин (по формальдегиду) | 2 | 56-85 | 62-80 | 435 | 7 | 73 | Токсичен. Раздражает слизистые обо-лочки,вызывает дерматит. | 0,5 мг\м3 по формаль-дегиду | ||||||||
| Едкий натр | 2 | - | - | - | - | - | При попадании на кожу вызывает ожоги | 0,5 мг\м3 аэрозоль | ||||||||
| Надсмольная вода | - | 63 | - | 610 | - | - | Токсичность определяется содержанием в ней метанола и формальдегида | |||||||||
| Азотная кислота | 3 | Не горючая. При контакте с горючими веществами вызывает их самовозгорание. | При попадании на кожу вызы-вает химичес-кие ожоги | 5мг\м3 | ||||||||||||
| Азотнокислое серебро | Не горючее.
| Действует при-жигающее на кожу и слизис-тые оболочки. Вызывает воспалительные заболевания кожи. При многолетней работе серебро накапливается в организме. | ||||||||||||||
| Окислы азота | 3 | Не горючие | Раздражают дыхательные пути, вызывают удушье, коньюктивиты и поражают роговицы глаз. | 5мг\м3 | ||||||||||||
| Выхлопные газы (абгазы) | 3 |
|
| по водороду | Токсичность определяется содержанием формальдегида и метанола | 29мг\м3 | ||||||||||
| 500 | 4 | 75 | ||||||||||||||
| по окиси углерода | ||||||||||||||||
| 610 | 12,5 | 74 | ||||||||||||||
| Природный газ (по метану) | 3 |
|
| с воздухом | Оказывает наркотическое действие | 300мг\м3 | ||||||||||
| 537 | 4,9 | 15,4 | ||||||||||||||
| с кислородом |
| |||||||||||||||
|
| 5,6 | 6,1 | ||||||||||||||
Меры безопасности при эксплуатации производства
Все работы по подключению оборудования к действующим сетям и аппаратам и переводу на рабочий режим проводятся сменным персоналом под руководством начальника смены.
Ввод оборудования в эксплуатацию допускается после закрытия наряда-допуска и оформления актов по форме, предусмотренной Системой технического обслуживания и ремонта оборудования предприятий химической промышленности на отремонтированное, модернизированное оборудование и Типовой инструкцией о порядке безопасного проведения ремонтных работ на предприятиях Министерства химической промышленности (ТИ-ХП-86).
|
|
|
Отремонтированный узел включается в работу по письменному распоряжению начальника цеха.
Оборудование предназначенное для работы с огне- и взрывоопасными веществами, необходимо продувать азотом до объемной доли кислорода в продувочном газе не более 2 %.
Требования безопасности при пуске и остановке производства.
Требования безопасности при пуске производства формалина.
Отделение синтеза формальдегида (корп.301).
1.Осмотреть оборудование, коммуникации, запорную арматуру, средства КИПиА, заземление. Снять установленные ранее заглушки. Вся запорная арматура, кроме вентилей к манометрам, уровнемерам должна быть закрыта.
2.Проверить работу приточно-вытяжной и аварийной вентиляции и включить вент систему в работу.
3.Проверить наличие и исправность средств пожаротушения, систем оповещения, сигнализации и связи.
4.Проверить давление в коллекторах оборотной, деминерализованной, пожарохозяйственной воды, воздуха КИПиА, азота, пара.
5.Включить в работу приборы КИПиА.
|
|
|
6.Подать воду на охлаждение воздуходувок поз. М1/1-3 и теплообменников поз.Т3, Т4,Т5,Т6.
7.Произвести загрузку катализатора в контактный аппарат поз. Р1, опрессовать систему на плотность.
8.Принять пар давлением 18 кгс/см2 в цех для чего:
- Закрыть отсечную задвижку перед РОУ 1Т, 2Т и задвижку на байпасе на входе в цех.
- Открыть дренажный вентиль отсечной задвижки и вентиль перед основной задвижкой РОУ 1Т, 2Т на входе пара в цех, сдренировать скопившийся конденсат из подводящих трубопроводов.
- Начать прогрев трубопровода от магистральной линии до отсечной задвижки перед РОУ путем медленного открытия основной отсечной задвижки (находится за дорогой).
- Прогрев паропроводов производить со скоростью не более 5оС в минуту. При появлении гидроударов необходимо быстро снизить давление пара и усилить продувку паропровода через дренажный вентиль.
- По мере прогрева паропровода, когда из дренажей пойдет сухой пар, закрыть дренажный вентиль и медленно поднять давление пара до рабочего.
8.1.Принять пар давлением 6 кгс/см2 для чего:
- Открыть воздушник и дренажный вентиль на коллекторе пара давлением 6 кгс/см2.
- Начать прогрев паропровода от отсечной задвижки перед РОУ 1Т, 2Т до парового коллектора давлением 6 кгс/см2 путем медленного открытия байпаса отсечной задвижки (задвижка на отм.+ 2.000).
|
|
|
- По мере прогрева паропровода, когда из дренажных вентилей пойдет сухой пар, открыть задвижки до и после регулирующего клапана, подать пар через клапан и закрыть байпасы.
- Закрыть воздушник и постепенно набрать рабочее давление. Конденсат при этом отводится через конденсатоотводчик в емкость поз.5Т.
- Перевести регулирующие клапаны на автоматический режим.
8.2. Принять пар давлением 2 кгс/см2 для чего:
- Открыть вентиль на дренажной линии коллектора и воздушник.
- Начать прогрев паропровода от коллектора давлением 6 кгс/см2 до коллектора пара давлением 2 кгс/см2, путем медленного открытия байпаса.
- По мере прогрева паропровода, когда из дренажного вентиля пойдет сухой пар, закрыть дренажный вентиль и направить пар через клапан. Отрегулировать рабочее давление в коллекторе. Конденсат при этом через конденсатоотводчик направляется в емкость.
- Перевести регулирующий клапан на автоматический режим.
8.3. При появлении уровня в емкостях подключить в работу уровнемерную камеру, открыв вентили на ее входе и выходе.
- При достижении уровня 50 % в емкостях перевести регулирование уровня на автоматический режим. При достижении уровня 80 % автоматически включаются насосы и при достижении уровня 20 % насосы автоматически отключаются.
8.4. Пар с производства метанола принимается аналогично пару давлением 2 кгс/см2.
9. Подать деминерализованную воду в систему санитарных скрубберов, для чего набрать уровень в емкостях до 80 %.
10. Включить насос, наладить циркуляцию по схеме:
11. Включить насос и наладить циркуляцию по схеме:
12. Подготовить и пустить в работу факельную установку.
Произвести осмотр технологического оборудования, трубопроводов, средств контроля и автоматизации.
Принять на установку пар, азот, технологический воздух, природный газ.
Продувать факельный трубопровод азотом до тех пор, пока объемная доля кислорода в точке выброса в атмосферу будет не более 2,0 %. Открыть клапан на подаче азота - клапан на природном газе закрыт.
Перед розжигом горелок произвести продувку газом трубопровода, подводящего газ к шкафу СЗФ.
По обводной линии произвести продувку воздухом сливных вентилей, установленных на трубопроводах газовоздушной смеси. Закрыть сливные вентили и вентиль на обводной линии запального шкафа СЗФ, убедиться в целостности смотрового стекла, смесителя и кнопочного поста управления.
Розжиг горелок включает два этапа:
1. Подбор соотношения газа и воздуха в газовоздушной смеси.
2. Дистанционный розжиг горелок.
Для приготовления газовоздушной смеси необходимо:
- подать технологический воздух в шкаф СЗФ и редуктором выставить давление перед камерой смешения (0,7-1,2) кгс/см2.
- подать природный газ в шкаф СЗФ и редуктором выставить давление перед камерой смешения (0,7-1,2) кгс/см2. В зимнее время подать пар на обогрев камеры смешения.
- подать природный газ к контрольной горелке и продуть в течение (5-7) мин.
- открыть вентиль и продуть в течение (5-7) минут газовоздушной смесью трубопровод, перекрыть вентили на манометрах, затем нажатием кнопки "зажигание" в течение (1-2) секунд произвести поджиг смеси, наблюдая при этом за контрольной горелкой.
Если при повторном поджиге зажигание на горелке не произошло, то с помощью клапанов и редукторов изменить соотношение газа и воздуха в смеси и добиться устойчивого горения на контрольной горелке. После чего открыть вентили на манометры и определить давление газа и воздуха, при которых происходит надежный поджиг горелки.
После измерения давления закрыть вентили на манометре с целью защиты их от поломки при воздействии избыточного давления, оставить редукторы в найденном положении. Закрыть вентили подачи газовоздушной смеси природного газа на контрольную горелку.
Розжиг дежурных горелок производится поочередно. Сначала открыть вентиль подачи газовоздушной смеси на 1 горелку. Открыть вентиль подачи природного газа на горелку. После продувки трубопровода газовоздушной смесью в течение 10 минут произвести, кратковременным нажатием кнопки "зажигание", поджиг газовоздушной смеси.
При наличии пламени на дежурной горелке подается сигнал от термопреобразователя и регистрируется повышение температуры на приборе После розжига этой горелки закрыть вентиль подачи газовоздушной смеси на эту горелку. Далее последовательно зажечь оставшиеся две горелки.
После розжига всех горелок закрыть вентили подачи воздуха и природного газа в шкаф СЗФ и вентили коллектора распределения газовоздушной смеси. После окончания розжига дежурных горелок прекратить подачу напряжения на шкаф СЗФ.
13.Включить насос поз. Н3/1-2 и наладить циркуляцию по схеме:
куб колонны поз. К1 - насос поз. Н3/1-2 - воздушный холодильник поз. Х4 -
- куб колонны поз. К1,
куб колонны поз. К1 - насос поз. Н3/1-2 - теплообменник поз. Т6- - 24-я тарелка колонны поз. К6.
14. Включить вентилятор аппарата воздушного охлаждения поз. Х4.
15. Включить насосы поз. Н3/2-3, Н4/1-3 и наладить циркуляцию абсорбционной колонны поз. К1 по контурам:
а) 1-я тарелка - насос поз. Н3/2-3 - теплообменник поз. Т3 - 6-я тарелка;
б) 7-я тарелка - насос поз. Н4/1-2 - теплообменник поз. Т4 - 12-я тарелка;
в)13-я тарелка - насос поз. Н4/2-3 - теплообменник поз. Т5 -
- 18-я тарелка.
16. Подать в конденсатосборник поз. Е13 дем. воду или конденсат пара.
17. При достижении уровня в конденсатосборнике поз. Е4 (40-60) % включить насос поз. Н2/1-2 и подать деминерализованную воду в паросборник поз. Е3.
18. При достижении уровня в паросборнике поз. Е3 и конденсатосборнике поз. Е4 80 % прекратить подачу деминерализованной воды.
19. Приоткрыть вентиль на верхней циркуляционной линии подконтактного холодильника поз. Р1 в конденсатосборник поз. Е4 и наладить циркуляцию по схеме:
конденсатосборник поз. Е4 - насос поз. Н2/1-2 - паросборник поз. Е3 - подконтактный холодильник поз. Р1 - коденсатосборник поз. Е4.
20. Принять пар 2 кгс/см2 в паросборник поз. Е13.
21. Подать пар 2 кгс/см2 в эжектор для прогрева пароконденсатной системы.
22. Регулирование уровней в паросборнике поз. Е3 и конденсатосборнике поз. Е4 перевести на автоматическое управление.
23. Подать пар 6 кгс/см2 в перегреватель поз. Т2.
24. Включить воздуходувку поз. М1/1-3 с ЦПУ или по месту. При снижении пускового тока до минимума открыть электрозадвижку поз. М1-1з на всасе. Довести токовую нагрузку до рабочей, открывая электрозадвижку поз. М1-2з на"свечу". Подавать воздух в систему постепенно открывая электрозадвижку поз. М1-3з, а электрозадвижку поз. М1-2з закрывая и поддерживая при этом рабочую токовую нагрузку для данной воздуходувки.
25.Прогреть контактную массу до 100 °С, для чего:
- открыть вручную задвижку поз. Т1-2 перед спиртоиспарителем;
- открыть электрозадвижки на входе в контактный аппарат и на выходе из него;
- открыть электрозадвижку на выходе выхлопных газов из абсорбционной колонны (электрозадвижка должна быть закрыта).
26.После нагрева контактной массы до 100оС перевести работу воздуходувки поз. М1/1-3 на "свечу", задвижку перед спиртоиспарителем закрыть. Открыть электрозадвижку на обводной линии контактного аппарата. Электрозадвижки, на входе и выходе контактного аппарата должны быть закрыты.
27.Отобрать пробу метанола на входе в цех (с "метанольного кольца") на анализ. Массовая доля метанола должна быть не менее 97 %.
28. Принять метанол в спиртоиспаритель. При достижении уровня в спиртоиспарителе поз. Е2а (40-60) % подачу метанола временно прекратить.
29.Принять пар в теплообменник спиртоиспарителя поз. Т2, перегреватель поз. Т2.
30.Довести температуру метанола в испарителе поз. Е2а до (52-62)оС.
Следить за уровнем в испарителе поз. Е2а. Регулирование уровня в испарителе поз. Е2а перевести на автоматическое управление.
31.Подать воздух расходом (3000-3500)м3/ч через барботер теплообменника спиртоиспарителя поз. Т2.
32.Установить стабильный режим узла спиртоиспарения:
- температура в испарителе поз. Е2а (52-62)оС;
- уровень в испарителе поз. Е2а (40-60) %;
- расход воздуха (3000-3500)м3/ч;
- температура метаноло – воздушной смеси после перегревателя поз. Т2 не менее 90оС; расход метанола, гарантирующий объемную долю метанола в метаноло – воздушной смеси (50-60)%.
Необходимо помнить, что объемная доля метанола в метаноло – воздушной смеси менее 34,7 % приведет к взрыву при включении электрозапала.
33. При установившемся режиме в спиртоиспарителе:
- слить сконденсировавшийся метанол из огнепреградителя поз. Х3 в аварийную емкость;
- отобрать метанол из спиртоиспартеля на анализ (массовая доля метанола не менее 98 %);
- открыть электроэадвижки до и после контактного аппарата и закрыть электрозадвижку на обводной линии, продуть контактныйаппарат метаноло – воздушной смесью в течение (10-20) минут;
- при достижении температуры в контактном слое (90-100)оС включить электрозапал. Следить за разогревом контактной массы через смотровое стекло и за показаниями прибора, контролирующего температуру в слое.
34. При температуре в контактном слое (300-350)оС электрозапал отключить. Дальнейший рост температуры обеспечивается за счет тепла реакции. Допустимой считается скорость подъема температуры (100-150)оС в час.
35. При повышении температуры в контактном аппарате поз. Р10 следить за уровнем в сборниках поз. Е3,Е4, вентиль на циркуляционной линии закрыть.
36. При температуре в зоне реакции (550-600)оС и равномерном свечении контактной массы подать надсмольную или деминерализованную воду на смешение.
37. Постепенно увеличить расход воздуха в системе до 6000м3/ч, не допуская превышения температуры в контактном слое выше 650оС.
38. При установившемся режиме на узлах синтеза и абсорбции формальдегида, по согласованию с персоналом установки термического обезвреживания, направить выхлопные газы из абсорбционной колонны поз.К1 на сжигание или факельную установку.
39. Принять абгазы на факельную установку, для чего:
- продуть факельную систему азотом, в факельную трубу подать природный газ;
- отрегулировать давление природного газа к горелкам;
- уменьшить подачу азота в факельную систему после того, как загорится пламя факела;
- перевести регулирование в автоматический режим, поддерживая давление природного газа к горелкам не менее 1200 кгс/м2 и расход не менее 35м3/ч;
- предупредив аппаратчика сжигания, принять абгазы с узла абсорбции на факельную установку, предварительно открыв арматуру до огнепреградителя и одновременно открывая электрозадвижки после огнепреградителя на сжигание и закрывая электрозадвижку на "свечу" (объемная доля кислорода в абгазах не должна превышать 2,0 %).
Необходимо помнить, что во время работы факельной установки должна быть открыта арматура подачи азота, чтобы обеспечить автоматическую подачу его в лабиринтный затвор при разрежении в трубопроводе абгазов, или в трубопровод абгазов при падении давления природного газа.
Перед подачей абгазов с узла абсорбции на УТО согласовать порядок технологических операций с аппаратчиком сжигания.
40. При массовой доле формальдегида в кубе колонны поз. К1 более 25 % подать воду на орошение колонны поз. К1 с расходом (0,5-1,0)м3/ч и постепенно, в зависимости от концентрации формалина в кубе колонны, довести расход воды до регламентного. Подачу формалина из куба колонны поз. К1 на верх колонны поз. К1 прекратить.
41. При повышении уровня в кубе колонны поз. К1 выше (40-60) % начать отбор формалина в ректификационную колонну поз. К2.
42. При появлении уровня в кубе ректификационной колонны поз. К2 (30-40) % подать пар 2 кгс/см2 в испаритель поз. Т7.
43. Включить вентиляторы аппаратов воздушного охлаждения поз. Х34/1-2.
44. Включить в работу вакуум-насос поз. Н7/1-2.
45. Установить температуру формалина в кубе колонны поз. К2 (90-95)оС.
46. При заполнении дистиллятом емкости поз. Е5 на (40-60) % подать флегму на орошение колонны поз. К2 насосом поз. Н6/1-2.
47. Добиться стабильного разрежения и температуры в ректификационнной колонне поз. К2: Вакуум - верх колонны - -(0,39-0,61)кгс/см2;
низ колонны - -(0,22-0,41) кгс/см2;
Температура - верх колонны - (40-50)оС;
низ колонны - (85-95)оС.
48. При массовой доле метанола в дистилляте не менее 90 % подать его в спиртоиспаритель из емкости поз. Е5 насосом поз. Н6/1-2
49. При достижении уровня формалина в кубе колонны поз. К2 (40-60) % насосом Н5/1-2 начать отбор формалина в стандартизаторы.
50. Стандартный формалин из емкостей насосом откачать на склад готовой продукции.
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Мероприятия, связанные с охраной окружающей среды подразделяются на: - охрану атмосферного воздуха от загрязняющих веществ;
-снижение концентрации загрязняющих веществ в сточных водах производства.
Твердых отходов в производстве формалина нет.
Охрана атмосферного воздуха.
Возможными источниками загрязнения атмосферы являются:
-абсорбционная колонна поз. К1,
-вакуум-насосы поз. Н7 процесса ректификации,
-сальники насосов,
-воздушки от аппаратов,
-факельная установка,
-дымовая труба УТО,
-парк емкостей формалина и наливная эстакада,
-аппараты катализаторного отделения.
Выбросы формальдегида и метанола на производстве сведены до минимума.
Абсорбционные газы с верха колонны поз. К1 при стабильном ведении процесса получения формалина подаются на установку термического обезвреживания в водогрейные котлы КВГМ-10-150, где сгорают с выделением тепла.
Избыток выхлопных газов с узла абсорбции при работе и при аварии сжигается на факельной установке.
При остановке УТО в течение продолжительного времени возможно сжигание абсорбционных газов на факеле.
При пуске в атмосферу выбрасывается воздух с парами метанола. При остановке технологической нитки абгазы выбрасываются в атмосферу в течение 0,5 часа.
Инертные газы, содержащие метанол и формальдегид, от вакуум-насосов поз. Н7/1-2 направляются в верхнюю часть колонны поз. К1 и далее на сжигание.
Загрязнение воздуха от сальников насосов уменьшается ввиду использования герметичных насосов и насосов с двойным торцевым уплотнением.
Ко всем аппаратам с метанолом и формалином подведено "азотное дыхание", которое объединяются в общий коллектор и направляется на сжигание.
На складе формалина выбросы от "дыхания" емкостей, при приеме и перекачивании формалина, и выбросы с наливной эстакады при заполнении железнодорожных цистерн очищаются частично в ловушках.
В катализаторном отделении очистка выхлопных газов вакуум – насосом от окислов азота и паров азотной кислоты осуществляется в скрубберахмокрой очистки, где для орошения используется 10 % раствор щелочи.
Очистка сточных вод.
Сточные воды от производства формалина, образующиеся при опорожнении промывке насосов, перед ремонтом собираются в подземную емкость и по мере заполнения передавливаются азотом в стандартизатор и далее в процесс.
Сточные воды от смыва полов через приямок у II технологической нитки направляются в химзагрязненную канализацию.
Ливневые стоки с отметок наружной установки через приямки технологических ниток направляются в ливневую канализацию.
Стоки от катализаторного отделения после предварительной нейтрализации растворенной азотной кислоты через подземную емкость направляются в химзагрязненную канализацию.
Стоки от продувки водогрейных котлов, содержащие соли жесткости (Na2СО3, СаСО3, МgСО3) направляются в ливневую канализацию.
Стоки от смыва полов на складе формалина направляются в химзагрязненную канализацию.
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
 |  |
Рис. 2.1 Блок – схема материальных потоков: 1 – приготовление метаноло-воздушной смеси; 2 – контактирование; 3 – абсорбция; 4 – ректификация.
G1 – воздух;
G2 – метанол со склада;
G3 – метанол-ректификат;
G4 – спирто-воздушная смесь;
G5 – контактные газы;
G6 – вода на орошение;
G7 – абсорбционные газы;
G8 – формалин-«сырец»: формальдегид – 28,79%, метанол – 27,24%, вода – 43,97%;
G9 – метанол-ректификат: формальдегид – 97%, метанол – 0,5%, вода – 2,5% ;
G10 – формалин товарный: формальдегид – 37%, метанол – 7%, вода – 56%.
РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ВСЕГО ПРОЦЕССА
Материальный баланс процесса ректификации
Исходные данные
Годовая производительность одной технологической нитки производства - 126666,6 тонн в год или 15833,33 кг/ч, годовой фонд рабочего времени – 8000 ч. Формалин товарный в расходе – 15833,33 кг/ч.
С учетом заводских данных (массовых долей) рассчитываем количество формальдегида, метанола и воды в формалине товарном в приходе:
15833,33*0,37=5858,33 кг/ч (формальдегид);
15833,33*0,07=1108,33 кг/ч (метанол);
15833,33*0,56=8866,66 кг/ч (вода).
Рассчитываем количество формальдегида, метанола и воды в формалине-«сырце» в приходе, зная заводские данные:
Производительность формальдегида в формалине-«сырце» - 5571,75 кг/ч;
Производительность формальдегида в формалине товарном - 5550,00 кг/ч;
5571,75 – 100%
5550,00 - x
x=99,6% (заводская масс. доля формальдегида).
Аналогично рассчитываем для метанола и воды:
5272,50 – 100%
1050,00 – x
x=19,92% (метанол);
8508,90 – 100%
8400,00 – x
x=98,72% (вода).
5858,33 – 99,6%
x – 100%
x=5881,86 кг/ч (производительность формальдегида в формалине-«сырце»);
1108,33 – 19,92%
x – 100%
x=5563,92 кг/ч (производительность метанола в формалине-«сырце»);
8866,66 – 98,72%
x – 100%
x=8981,63 кг/ч (производительность воды в формалине-«сырце»).
Формалин-«сырец» (5881,86 + 5563,92 + 8981,63) = 20427,41 кг/ч.
Производительность формальдегида в метаноле ректификате:
5881,86 - 5858,33 = 23,53 кг/ч.
Производительность метанола в метаноле ректификате:
5563,92 - 1108,33 = 4455,59 кг/ч.
Производительность воды в метаноле ректификате:
8981,63 - 8866,66 = 114,96 кг/ч.
Метанол ректификат (23,53 + 4455,59 + 114,96) = 4594,08 кг/ч.
Материальный баланс стадии ректификации в таблице 9.
Таблица 9 – Материальный баланс стадии ректификации
| Приход | Расход | ||||
| Состав | кг/ч | Массовая доля, % | Состав | кг/ч | Массовая доля,% |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| [G8] 1. Формалин- «сырец» в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода | 20427,41 5881,86 5563,92 8981,63 | 100 28,79 27,24 43,97 | [G10] 1. Формалин – товарный в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода [G9] 2. Метанол – ректификат в т.ч.: -метанол -формальдегид -вода | 15833,33 5858,33 1108,33 8866,66 4594,08 4455,59 23,53 114,96 | 100 37 7 56 100 97 0,5 2,5 |
| Итого: | 20427,41 | 100 | Итого: | 20427,41 | 100 |
Обозначим массовый расход формалина – «сырца» - G8, массовый расход товарного формалина – G10, массовый расход метанола – ректификата - G9.
Материальный баланс:
GF = Gp + Gw (2.1)
GF = G8; Gp = G9; Gw = G10 (2.2)
G8xF = G9xp + G10xw (2.3)
где, GF, Gp, Gw – массовые расходы: питания, дистиллята и кубового остатка, соответственно.
xF, xp, xw – содержание формальдегида в питании, дистилляте и кубовом остатке соответственно, %.
Решим систему уравнений
(2.4)
G9=P=4594,97=1,28 кг/с;
G10=W=15833,33 кг/ч=4,39 кг/с.
Товарный формалин: содержание воды - 56% , формальдегида 37% и метанола 7%.
Для дальнейших расчетов необходимо концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка выразить в мольных долях по формуле:
(2.6)
где, 
a, 
- концентрации исходной смеси, дистиллята и кубового остатка в массовых долях (a – низкокипящего компонента, b – высококипящего компонента); Ма, Мb – молярные массы низкокипящего и высококипящего компонентов (Мметанол = 32 кг/моль, Мформ-да = 30 кг/моль).
Метанол - низкокипящий компонент (температура кипения 64,5°С);
Формальдегид - высококипящий компонент (температура кипения 98,9°С).
,
,
.
Материальный баланс процесса абсорбции
Из заводских данных:
Количество формалина-«сырца» - 19353,15 кг/ч;
Итого процесса абсорбции – 29515,65 кг/ч;
29515,65 – 100%
19353,15 – x
x=65,59% (формалин-«сырец»)
Тогда всего в процессе абсорбции будет:
20427,41 – 65,59%
x – 100%
x=31144,09 кг/ч.
Количество выхлопных газов в расходе (31144,09-20427,41)=10716,68 кг/ч.
Тогда рассчитываем количество азота, водорода, углекислого газа, окиси углерода и воды в выхлопных газах:
10716,68 – 100%
x – 77,27%
x=8280,78 кг/ч (азот);
10716,68 – 100%
x – 16,62%
x=1781,11 кг/ч (водород);
10716,68 – 100%
x – 4,14%
x=443,67 кг/ч (углекислый газ);
10716,68 – 100%
x – 0,68%
x=72,87 кг/ч (окись углерода);
10716,68 – 100%
x – 1,29%
x=138,25 кг/ч (вода).
Производительность формалина-«сырца» берется из процесса ректификации.
Вода на орошение
Из заводских данных:
Количество воды в выхлопных газах – 97,50 кг/ч;
Количество воды в формалине-«сырце» - 8508,90 кг/ч;
Вода на орошение заводская в приходе – 5548,35 кг/ч;
97,50+8508,90=8606,4 кг/ч;
8606,4 – 100%
5548,35 – x
x=64,47% .
Количество воды на орошение в расходе:
138,25+8981,63=9119,88 кг/ч;
9119,88 – 100%
x – 64,47%
x=5879,58 кг/ч;
Контактные газы: (31144,09-5879,58)=25264,51 кг/ч.
Количество формальдегида, метанола, углекислого газа, окиси углерода, водорода и азота в контактном газе рассчитывается:
25264,51 – 100%
x – 23,24%
x=5880,86 кг/ч (формальдегид);
25264,51 – 100%
x – 22%
x=5560,91 кг/ч (метанол);
25264,51 – 100%
x – 12,76%
x = 3223,75 кг/ч (вода);
25264,51 – 100%
x – 3,19%
x=805,94 кг/ч (углекислый газ);
25264,51 – 100%
x – 0,58%
x=146,53 кг/ч (водород);
25264,51 – 100%
x – 0,33%
x=83,37 кг/ч (окись углерода);
25264,51 – 100%
x – 37,9%
x=9575,25 кг/ч (азот).
Материальный баланс абсорбционной колонны в таблице 10.
Таблица 10 – Материальный баланс абсорбционной колонны
| Приход | Расход | ||||
| Состав | кг/ч | Массовая доля, % | Состав | кг/ч | Массовая доля, % |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1. Контактные газы, в т.ч.: -формальдегид метанол -вода -углекислый газ -водород -окись углерода -азот 2. Вода на орошение | 25264,51 5880,86 5560,91 3223,75 805,94 146,53 83,37 9575,25 5879,58 | 100 23,24 22 12,76 3,19 0,58 0,33 37,9 100 | 1. Формалин – «сырец» в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода 2. Выхлопные газы, в т.ч.: -азот -водород -углекислый газ -окись углерода -вода | 20427,41 5881,8 5563,92 8981,63 10716,68 8280,78 1781,11 443,67 72,87 138,25 | 100 28,79 27,24 43,97 100 77,27 16,62 4,14 0,68 1,29 |
| Итого: | 31144,09 | 100 | Итого: | 31144,09 | 100 |
Материальный баланс стадии контактирования и приготовления спирто-воздушной смеси
Контактирование
Количество контактных газов в расходе равно количеству контактных газов в приходе процесса абсорбции – 25264,51 кг/ч.
Количество контактных газов равно количеству смеси воздух-метанол - 25264,51 кг/ч.
Рассчитываем количество формальдегида, метанола, воды, азота и кислорода в приходе:
25264,51 – 100%
x – 0,09%
x=22,74 кг/ч (формальдегид);
25264,51 – 100%
x – 46,5%
x=11748,00 кг/ч (метанол);
25264,51 – 100%
x – 1,76%
x=444,66 кг/ч (вода);
25264,51 – 100%
x – 40,76%
x= 10297,81 кг/ч (азот);
25264,51 – 100%
x – 10,89%
x=2751,31 кг/ч (кислород).
Спиртоиспарение
Количество смеси воздух-метанол в расходе равно количеству смеси воздух-метанол в приходе процесса контактирования – 25264,51 кг/ч.
Из заводских данных:
Итого процесса спиртоиспарения – 23967,30 кг/ч;
Количество воздуха в приходе – 11988,00 кг/ч;
Количество метанола-ректификата в приходе – 4353,15 кг/ч;
Количество метанола «свежего» в приходе – 7626,15 кг/ч;
23967,30 – 100%
11988,00 – x
x=50,02% (воздух);
23967,30 – 100%
4353,15 – x
x=18,16% (метанол-ректификат);
23967,30 – 100%
7626,15 – x
x=31,82% (метанол «свежий»).
Рассчитываем количество метанола «свежего» в приходе и входящего в него метанола и воды:
25264,51 – 100%
x – 31,82%
x=8039,17 кг/ч (метанол «свежий»);
8039,17 – 100%
x – 99,9%
x=8031,13 кг/ч (метанол);
8039,17 – 100%
x – 0,1%
x=8,04 кг/ч.
Рассчитываем количество метанола-ректификата в приходе и входящего метанола, формальдегида и вода:
25264,51 – 100%
x – 18,16%
x=4588,04 кг/ч (метанол-ректификат);
4588,04 – 100%
x – 97%
x=4450,39 кг/ч (метанол);
4588,04 – 100%
x – 0,5%
x=22,94 кг/ч (формальдегид);
4588,04 – 100%
x – 2,5%
x=114,70 кг/ч (вода).
Рассчитываем количество воздуха в приходе и входящего в него кислорода, азота и воды:
25264,51 – 100%
x – 50,02%
x=12637,31 кг/ч (воздух);
12637,31 – 100%
x – 20,7%
x=2615,92 кг/ч (кислород);
12637,31 – 100%
x – 77,5%
x=9793,91 кг/ч (азот)
12637,31 – 100%
x – 1,8%
x=227,47 кг/ч (вода).
Материальный баланс стадии контактирования и приготовления спирто – воздушной смеси в таблице 11.
Таблица 11 – Материальный баланс стадии контактирования и приготовления сприрто – воздушной смеси
| Приход | Расход | ||||
| Состав | кг/ч | Массовая доля, % | Состав | кг/ч | Массовая доля, % |
| Контактирование | |||||
| 1. Смесь воздух – метанол, в т.ч.: формальдегид -метанол -вода -азот -кислород | 25264,51 22,74 11748,00 444,66 10297,81 2751,31 | 100 0,09 46,5 1,76 40,76 10,89 | 1 Контактные газы, в т.ч.: формальдегид -метанол -вода -углекислый газ -окись углерода -водород -азот | 25264,51 5880,86 5560,91 3223,75 805,94 146,53 83,37 9575,25 | 100 23,24 22 12,76 3,19 0,33 0,58 37,9 |
| Итого: | 25264,51 | 100 | Итого: | 25264,51 | 100 |
| Приход | Расход | ||||
| Состав | кг/ч | Массовая доля, % | Состав | кг/ч | Массовая доля, % |
| Спиртоиспарение | |||||
| Метанол «свежий» в т.ч.: -метанол -вода 2. Метанол – ректификат, в т.ч.: -метанол -формальдегид -вода 3. Воздух, в т.ч.: -кислород -азот -вода | 8039,17 8031,13 8,04 4588,03 4450,39 22,94 114,70 12637,31 2615,92 9793,91 227,47 | 100 99,9 0,1 100 97 0,5 2,5 100 20,7 77,5 1,8 | Смесь воздух – метанол, в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода -азот -кислород | 25264,51 22,74 11748,00 444,66 10297,81 2751,31 | 100 0,09 46,5 1,76 40,76 10,89 |
| Итого: | 25264,51 | 100 | Итого: | 25264,51 | 100 |
Построение диаграмм
Для идеальных смесей диаграммы можно построить путем расчета, исходя из значений давлений паров чистых компонентов РН.К и РВ.К при различных температурах. Для этого можно воспользоваться уравнением:
(2.7)
Решив от относительно x, получим:
(2.8)
Таким образом, выбрав ряд температур (в пределах между температурами кипения чистых компонентов), можно вычислить состав жидкости, кипящей при данной температуре. Далее, определив парциальное давление НК по формуле:
(2.9)
находим состав паров:
(2.10)
где, Робщ = 427 мм рт. ст. Давление общее соответствует давлению верха колонны.
Давление верха равно 0,057 Мпа;
Переводим в мм рт. ст.: 0,057*106Па*760 мм рт. ст. /101325 Па = 427,5 мм рт. ст.
Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).
Рассчитываем давление (Рн.к) для метанола.
Данные значений давлений низкокипящего компонента (метанол) при различных температурах берем из [1, стр.26 ].
Из данных [1, стр.26 ] рассчитываем давление при известных температурах.
Интервал температур от 64,7 до 98,9°С.
При температуре 60°С давление составляет 625 мм рт. ст., а при температуре 70°С давление равно 927 мм рт. ст.
1) Находим давление при температуре 64,7°С:
(927 – 625)/10 = 30,2 на 1°С;
(64,7 – 60)*30,2 = 142,4;
625 + 142,4 = 767,4 мм рт. ст..
2) Находим давление при температуре 68,12°С:
(68,12 – 60)*30,2 = 246,1;
625 + 246,1 = 871,1 мм рт. ст..
При температуре 70°С давление составляет 927 мм рт. ст., а при температуре 80°С давление равно 1341 мм рт. ст.
3) Находим давление при температуре 71,54°С:
(1341 – 927)/10 = 41,4 на 1°С;
(71,54 – 70)*41,4 = 64,2;
927 + 64,2 = 991,2 мм рт. ст..
4) Находим давление при температуре 74,96°С:
(74,96 – 70)*41,4 = 206,7;
927 + 206,7 = 1133,7 мм рт. ст..
5) Находим давление при температуре 78,38°С:
(78,38 – 70)*41,4 = 349,2;
927 + 349,2 = 1276,2 мм рт. ст..
При температуре 80°С давление составляет 1341 мм рт. ст., а при температуре 90°С давление равно 1897 мм рт. ст.
6) Находим давление при температуре 81,8°С:
(1847 – 1341)/10 = 55,6 на 1°С;
(81,8 – 80)*55,6 = 100;
1341 + 100 = 1441 мм рт. ст..
7) Находим давление при температуре 85,22°С:
(85,22 – 80)*55,6 = 290;
1341 + 290 = 1631 мм рт. ст..
8) Находим давление при температуре 88,64°С:
(88,64 – 80)*55,6 = 480;
1341 + 480 = 1821 мм рт. ст..
При температуре 90°С давление составляет 1897 мм рт. ст., а при температуре 100°С давление равно 2621 мм рт. ст.
9) Находим давление при температуре 92,06°С:
(2621 – 1897)/10 = 72,4 на 1°С;
(92,06 – 90)*72,4 = 147,1;
1897 + 147,1 = 2044,1 мм рт. ст..
10) Находим давление при температуре 95,48°С:
(95,48 – 90)*72,4 = 391,4;
1897 + 391,4 = 2288,4 мм рт. ст..
11) Находим давление при температуре 98,9°С:
(98,9 – 90)*72,4 = 635,7;
1897 + 635,7 = 2532,7 мм рт. ст..
Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).
Рассчитываем давление (Рв.к) дла формальдегида.
Из экспериментальных данных о фазовом равновесии системы находятся константы А, В и С в уравнении Антуана, описывающего температурную зависимость давления паров некоторого гипотетического состояния формальдегида в чистом виде, но с учетом взаимодействия с водой [1, стр 35 ]. Полученное выражение имеет вид:
(2.11)
(2.12)
1) Находим давление при температуре 64,7°С:
P = 70,3 мм рт. ст..
2) Находим давление при температуре 68,12°С:
P = 83,8 мм рт. ст..
3) Находим давление при температуре 71,54°С:
P =99,3 мм рт. ст..
4) Находим давление при температуре 74,96°С:
P = 117,2 мм рт. ст..
5) Находим давление при температуре 78,38°С:
P = 138 мм рт. ст..
6) Находим давление при температуре 81,8°С:
P = 161,4 мм рт. ст..
7) Находим давление при температуре 85,22°С:
P = 188,8 мм рт. ст..
8) Находим давление при температуре 88,64°С:
P = 219,3 мм рт. ст..
9) Находим давление при температуре 92,06°С:
P = 254,7 мм рт. ст..
10) Находим давление при температуре 95,48°С:
P = 293,8 мм рт. ст..
11) Находим давление при температуре 98,9°С:
P = 338,8 мм рт. ст..
Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид)
Далее рассчитываем состав жидкости по формуле (2.8):
Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).
Находим состав паров по формуле (2.10):
Данные расчета сводятся в табл.12 (расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид).
Таблица 12 – Расчет равновесного состава жидкости и пара смеси метанол – формальдегид
| t,°C | Рн.к | Рв.к | X | Y |
| мм рт. ст. | мольные доли | |||
| 64,7 | 767,4 | 70,3 | 0,51 | 0,92 |
| 68,12 | 871,1 | 83,8 | 0,44 | 0,89 |
| 71,54 | 991,2 | 99,3 | 0,37 | 0,86 |
| 74,96 | 1133,7 | 117,2 | 0,31 | 0,82 |
| 78,38 | 1276,1 | 138 | 0,25 | 0,75 |
| 81,8 | 1441 | 161,4 | 0,21 | 0,71 |
| 85,22 | 1631 | 188,8 | 0,17 | 0,65 |
| 88,64 | 1821 | 219,3 | 0,13 | 0,55 |
| 92,06 | 2044,1 | 254,7 | 0,10 | 0,48 |
| 95,48 | 2288,4 | 293,8 | 0,06 | 0,32 |
| 98,9 | 2532,7 | 338,8 | 0,04 | 0,24 |
Построение кривой равновесия пара и жидкости на диаграмме X – Y показано на рис.2.2. На осях откладывается максимальная концентрация низкокипящего компонента (в данном случае метанола) в паровой yм и жидкой xм фазах (100%), строится квадрат. Через полученную точку А и начало координат О проводим вспомогательную линию – диагональ ОА. Кривую равновесия строим в заданном масштабе по xм и yм при различных температурах (см. табл. 12). На пересечении перпендикуляров, восстановленных из точек x1, y1; x2, y2; x3, y3; … …, получаем точки А1, А2, А3, … Соединяя эти точки плавной линией, получаем кривую равновесия. Если линия равновесия лежит выше диагонали, то пары обогащаются низкокипящим компонентом. Чем ближе линия равновесия к диагонали, тем меньше разница составов пара и жидкости и тем труднее разделяется смесь при ректификации.
График изменения составов жидкости и пара от температуры t – X – Y строится следующим образом (рис.2.3). В соответствии с табл. 12 отложим на оси ординат температуры кипения чистых компонентов tA и tB (А – метанол, В – формальдегид) и температуры кипения t1, t2, t3, …, соответствующие составам жидкой фазы x1, x2, x3, … Восстановим из этих точек перпендикуляры и, соединив точки А1, А2, А3, … плавной линией, получим кривую ВА1А2А3 … А – линию кипения жидкости. Затем на оси абсцисс откладываем составы паровой фазы y1, y2, y3, …, равновесной с данной кипящей жидкостью, и проводим перпендикуляры до пересечения с линиями, проведенными через t1, t2, t3, … Соединив точки пересечения В1, В2, В3, …, В плавной линией, получим кривую ВВ1В2В3 … А – линию конденсации. С помощью этого графика можно определить температуру жидкости и пара любого состава и наоборот, найти составы жидкости и пара при заданной температуре. Для определения температуры кипения исходной смеси проводим вертикаль из точки xF, соответствующей концентрации исходной смеси по низкокипящему компоненту, до пересечения с линией кипения жидкости в точке А¢. Из точки А¢ опускаем перпендикуляр на ось y и находим значение температуры кипения tF.
Таким образом tF = 76,9°С. Аналогично для дистиллята и кубового остатка: tP = 64,8°C, tW = 98,4°C.
Состав пара yF = 0,788, yP = 0,998, yW = 0,164.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 207; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!