Производство 2-этилгексановой кислоты

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Курсовая работа по ОХТ:

«Производство 2-этилгексановой кислоты»

Выполнил студент группы: ТНВ-12

Штин С.И.

Проверил преподаватель:

Углев Н.П.

Содержание

Введение

1. Выбор и обоснование источников сырья, географическая точка строения

2. Выбор и способа производства

3. Синтез и анализ ХТС. Описание технологической схемы

4. Выбор основного аппарата

5. Технологические расчеты

5.1 Материальный баланс установки в целом

5.2 Энергетический баланс установки в целом

6. Экологическая оценка производства, отходы производства, их утилизация, ПДК

Заключение

Список литературы

Введение

Производство 2-этилгексановой кислоты является мелко-тоннажным, но имеет большое значение для лакокрасочной промышленности. На основе 2-этилгексановой кислоты производят сиккативы (соли органических кислот), которые вводят в масляные краски для ускорения процесса высыхания, растворители, оловоорганических соединений, в процессе получения катализатора оксосинтеза, для получения солей металлов, служащих катализаторами в производстве пластификаторов поверхностно-активные вещества, комплексные стабилизаторы и другие вещества, без которых нельзя представить современную промышленность.

В данной работе я попытаюсь разработать проект установки для получения 2-этилгексановой кислоты, учитывая все особенности процесса.

1. Выбор и обоснование источников сырья, энергоресурсов, географическая точка строительства

Сырьем для производства 2-этилгексановой кислоты является многокомпонентная димерная фракция (содержание 2-этилгексаналя -17%, 2-этилгексеналя – 18%). Данная фракция является побочным продуктом в процессе ректификации продуктов гидроформилирования и является очень дешевой, по сравнению с готовыми альдегидами. Также эта фракция имеет достаточно высокую суммарную долю альдгеидов (предельных и непредельных)-34% по массе. При этом уменьшаются затраты на производство товарной 2-этилгексановой кислоты и наше производство становится экономически выгоднее других способов.

В Перми, где большая часть н-масляного альдегида не гидрируется, а направляется на конденсацию, димерная фракция содержит в основном 2-этилгексеналь и используется для получения концентрата кислот. Так как непредельный альдегид (2-этилгексеналь) окисляется со значительно меньшими скоростью и селективностью, чем предельный (2-этилгексаналь), производство концентрата включает установку селективного гидрирования.

ЗАО “Сибур-Химпром” расположено на левом берегу реки Камы, на юго-западной окраине города Перми, в промзоне “Осенцы”.

2. Выбор и обоснование способа производства

этилгексановый кислота сырье установка

Обоснование способа производства:

Ценность 2-этилгексановой кислоты возрастает с уменьшением количества примесей, поэтому целесообразно производить кислоту с высокой концентра–цией. Для производства октоатов (сиккативы на основе 2-этилгексановой кислоты) требуется кислота высокой концентрации(98%).Это позволяет получать 2-этилгексонаты металлов постоянного состава и высокой степени чистоты. Для производства 2-этилгексановой кислоты высокой концентрации нужно большое количество альдегидов предельного состава, выделяемых из димерной фракции. Содержание альдегидов предельного состава в димерной фракции составляет 17%,что недостаточно для нашего производства. Увеличение количества предельных альдегидов можно достичь селективным гидрированием непредельных альдегидов (2-этилгексеналь). Из этого можно сделать вывод, что гидрирование непредельных альдегидов является важной стадией в производстве 2-этилгексановой кислоты, так как количество предельных альдегидов возрастает вдвое.

Процесс производства 2-этилгексановой кислоты состоит из следующих стадий:

– стадия выделения фракции альдегидов С8 из сырья;

– стадия селективного гидрирования фракции альдегидов С8 с целью превращения 2-этилгексеналя в 2-этилгексаналь;

– стадия окисления кислородом воздуха 2-этилгексаналя и остаточного 2-этилгексеналя;

– стадия ректификации продуктов окисления с целью выделения

2-этилгексановой кислоты.

Обоснование мощности производства:

Мощность действующей установки производства 2-этилгексановой кислоты составляет 2 000 т/год. Я считаю, что производительность 2-этилгекса-навой кислоты следует увеличить, так как растет спрос лакокрасочной продукции на внутреннем рынке и увеличивается доля экспорта. Также важно учесть, что октоатные сиккативы не дороже, а по качеству лучше нафтеновых и тем более резинатных и линоматных. Поэтому производство октоатов экономи-чески более выгодно и его объемы будут только увеличиваться. Я предлагаю построить установку по производству 2-этилгексановой кислоты мощностью 3000т/год

3.Синтез и анализ ХТС

В качестве сырья для производства 2-этилгексановой кислоты используются димерная фракция, получаемая в процессе ректификации продуктов гидроформилирования, или смесь димерной фракции и фракции альдегидов С₈ производства 2-этилгексанола.

Сырье отделения подвергается разделению на фракцию альдегидов С₈, фракцию легкокипящих компонентов и кубовый продукт. Разделение осуществляется в вакуумных колоннах.

Затем фракция альдегидов С₈ направляется на селективное гидрирование. Процесс селективного гидрирования 2-этилгексеналя в 2-этилгексаналь осуществляется при температуре 80-160⁰С и давлении 8-12 кгс/см² в реакторах на катализаторе ПКА-25-1 (ПК-25, ПК-25у) по реакции:

2-этилгексеналь 2-этилгексаналь

Гидрогенизат направляется на окисление.

Реакция экзотермическая, тепловой эффект реакции равен 20 кал/г 2-этил-гексаналя.

Гидрогенизат направляется на окисление. Процесс окисления 2-этилгек-саналя и остаточного 2-этилгексеналя кислородом воздуха осуществляется при температуре 40-60⁰С и давлении 2,5 – 5,0 кгс/см² в реакторе окисления. Количество воздуха, подаваемого в процесс, должно обеспечивать соотноше-ние 1,5 моля кислорода на 1 моль альдегидов С₈.

2-этилгексаналь 2-этилгексановая кислота

2-этилгексеналь 2-этилгексеновая кислота

Реакция идет с выделением тепла. Для снятия тепла реакции используется паровой конденсат.

Ректификация продуктов окисления осуществляется в вакуумной колонне, которая предназначена для выделения 70%-ой 2-этилгексановой кислоты кубом колонны и 95%-ой кислоты – боковым погоном.

Описание технологической схемы

Сырье подается через подогреватель в колонну К-701. Колонна К-701 предназначена для выделения из сырья фракции НК-180°С. Сырье подается на 22 или 26 тарелку колонны К-701. Фракция НК-180°С отбирается с верха колонны, конденсируется и охлаждается в конденсаторе-холодильнике и далее поступает во флегмовую емкость. Из емкости фракция НК-180°С насосом подается частью в виде флегмы в колонну К-701. Балансовое количество фракции НК-180°С насосом подается в колонну К-702.

Тепло в колонну К-701 вносится циркуляцией кубового продукта через испарители, теплоносителем служит пар 14 кгс/ см².

Кубовый продукт – фракция 180°С-КК с низа колонны К-701 через холодильник, охлаждаемый оборотной водой, поступает на насосы и откачивается в емкости промпарка.

Вакуум в колонне К-701 создается двухступенчатым пароэжекторным насосом. Фракция НК-180°С из емкости через подогреватель в качестве сырья подается на 6,10 или 14 тарелку колонны К-702. Колонна К-702 предназначена для выделения из фракции НК-180°С легкокипящих компонентов.

С верха колонны К-702 отбираются пары легкокипящих компонентов, которые конденсируются и охлаждаются в конденсаторе-холодильнике оборотной водой и далее поступают во флегмовую емкость.

Вакуум в колонне К-702 создается с помощью сухого вакуумного насоса. Тепло в колонну К-702 вносится циркуляцией кубового продукта через испаритель, теплоносителем служит пар 14 кгс/ см². Кубовый продукт с низа колонны К-702 насосом откачивается через холодильник на узел селективного гидрирования. Схемой предусмотрена возможность подачи кубового продукта колонны К-702 насосом в емкость и оттуда на окисление в реактор Р-701, минуя узел селективного гидрирования.

Селективное гидрирование кубового продукта колонны К-702

Для улучшения качества и для увеличения выхода товарной 2-этил-гексановой кислоты кубовый продукт К-702 подвергается селективному гидрированию для перевода 2-этилгексеналя в 2-этилгексаналь. Узел селектив-ного гидрирования смонтирован в корп.371a.

Окисление гидрогенизата

Уровень в емкости Е-712В, куда поступает гидрогенизат из корп. 371a, регистрируется КИП.

Гидрогенизат из емкости Е-712В насосом Н-712Б подается в реактор окисления Р-701 (Р-701А). Расход гидрогенизата в реактор регулируется КИП поз.155, клапан которого установлен на линии подачи гидрогенизата. Насос Н-712Б останавливается по блокировке при низком давлении нагнетания КИП поз.13 и при низком уровне в насосе КИП.

В реактор Р-701 (Р-701А) также поступает технологический воздух, предварительно подогретый теплофикационной водой в подогревателе Т-717. Температура воздуха на входе в реактор Р-701 (Р-701А) регулируется КИП, клапан которого установлен на трубопроводе подачи теплофикационной воды в подогреватель Т-717. Расход воздуха в реактор регулируется КИП поз.159, клапан которого установлен на линии подачи воздуха, с коррекцией по расходу гидрогенизата в реактор Р-701 (Р-701А) КИП. Давление технологического воздуха на входе в Т-717 регистрируется КИП. Нижний предел давления сигнализируется.

Температурный режим в реакторе Р-701 (Р-701А) поддерживается подачей конденсата в змеевик реактора Р-701 (в межтрубное пространство реактора Р-701А). Расход конденсата в реактор Р-701 (Р-701А) регулируется КИП, клапан которого установлен на линии выхода конденсата из реактора, с коррекцией по температуре в средней части реактора КИП. Выбор реактора, температуру в котором регулирует КИП, определяется положением ключа на щите управления.

Схемой предусмотрены блокировки, прекращающие подачу в реактор воздуха (закрываются отсечной клапан ОК-701 и электровентиль ЭВ-706) и гидрогенизата (закрывается электровентиль ЭВ-705) при снижении расхода конденсата (КИП поз.160) и гидрогенизата в реактор, а также при повышении температуры в реакторе.

Температура по высоте реактора Р-701 регистрируется КИП, реактора Р-701А – КИП. Температура на выходе из реактора Р-701 (Р-701А) регистрируется КИП.

Паровой конденсат, циркулирующий в системе охлаждения реактора окисления, из емкости Е-703 насосом Н-703А,Б подается на охлаждение в холодильник Т-707А, охлаждаемый оборотной водой, и далее в теплоснимающий контур реактора. При больших нагрузках и недостаточном теплосъеме схемой предусмотрено использование реактора Р-701А в качестве дополнительного холодильника конденсата, охлаждаемого оборотной водой. Конденсат из теплоснимающего контура реактора Р-701 поступает на охлаждение в Р-701А, и далее, через клапан КИП – в емкость Е-703. Температура конденсата на выходе из Т-707А регулируется КИП, клапан которого установлен на линии подачи оборотной воды в Т-707А. Уровень в Е-703 регистрируется КИП. Насос Н-703Б останавливается по блокировке при низком давлении нагнетания КИП и при низком уровне в насосе КИП.

После холодильника Т-707А конденсат направляется также на охлаждение насосов Н-701А,Б, Н-702А,Б, Н-703Б, Н-704А,Б, Н-706А,Б, Н-710А,Б, Н-711А,Б, Н-712А,Б, откуда, пройдя через холодильник Т-724, охлаждаемый оборотной водой, возвращается в емкость Е-703.

Продукты окисления из верхней части реактора направляются в холодильник Т-705, охлаждаемый оборотной водой, и затем поступают в сепаратор Е-702.

Отработанный воздух, выделившийся в сепараторе Е-702, охлаждается в холодильнике Т-706 оборотной водой и направляется на установку по переработке органических и углеводородных продуктов.

Давление в сепараторе Е-702 регулируется КИП, клапан которого установлен на линии отработанного воздуха после холодильника Т-706.

Продукты окисления из сепаратора Е-702 за счет перепада давления поступают на блок ректификации продуктов окисления. Расход продуктов окисления регулируется КИП, клапан которого установлен на линии выхода продукта из Е-702, с коррекцией по уровню в сепараторе Е-702 КИП.

Ректификация продуктов окисления

Продукты окисления из сепаратора поступают в подогреватель.

Сырье подается в колонну К-703 на распределительное устройство (между верхним и средним слоями насадки). Колонна К-703 предназначена для выделения товарной 2-этилгексановой кислоты.

С верха колонны отбираются легкокипящие компоненты (низкомолеку-лярные соединения и масляные кислоты), конденсируются и охлаждаются в конденсаторе-холодильнике Т-713 оборотной водой и далее поступают во флегмовую емкость.

Вакуум в колонне К-703 создается с помощью сухого вакуумного насоса.

Товарная 2-этилгексановая кислота из куба колонны К-703 поступает через холодильник, охлаждаемый оборотной водой, на насосы и откачивается в товарную емкость.

В емкости производится усреднение состава товарной 2-этилгексановой кислоты. При соответствии 2-этилгексановой кислоты требованиям ТУ 38-48424318-02-99, продукт из емкости откачивается насосом в промпарк или на ТСБ.

Структурная схема:

Операторная схема:

1- реактор гидрогенизации;

2- реактор окисления;

3- холодильник;

4- сепаратор;

5- вакуумная колонна для отделения ЛКК от кислоты.

Технологическая схема:

1-реактор гидрогенизации; 3-холодильник; 5-вакуумная колонна, 2-реактор окисления; 4-сепаратор; 6-насос

4. Выбор основного аппарата

В качестве основного аппарата я выбрал реактор Р-701, т.к. в нем происходит основная стадия производства 2-этилгексоновой кислоты: окисление гидрогенезата.

Гидрогенизат из емкости насосом подается в реактор Р-701. В реактор

Р-701 также поступает технологический воздух, предварительно подогретый конденсатом в подогревателе. Температурный режим в реакторе Р-701 поддерживается подачей конденсата в змеевик реактора Р-701.

Паровой конденсат, циркулирующий в системе охлаждения реактора окисления, из емкости насосом подается на охлаждение в холодильник охлаждаемый оборотной водой, и далее в теплоснимающий контур реактора. Конденсат из реактора возвращается в емкость. Продукты окисления из верхней части реактора направляются в холодильник охлаждаемый оборотной водой, и затем поступают в сепаратор.

Отработанный воздух, выделившийся в сепараторе, охлаждается в холодильнике оборотной водой и направляется на установку термического обезвреживания.

Продукты окисления из сепаратора за счет перепада давления поступают на блок ректификации продуктов окисления.

5. Технологические расчеты

5.1 Материальный баланс установки в целом

В год планируем добывать 3000т 98 масс.% 2-этилгексановой кислоты.

Масса чистой кислоты равна

2-этилгексановая кислоту получают путем окисления 2-этилгексаналя

2-этилгексаналь 2-этилгексановая кислота

2-этилгексеналь 2-этилгексановая кислота

Определим расход по обоим веществам:

Найдем количество димерной фракции, необходимой для получения 2-этил-гексановой кислоты:

Водорода для гидрирования 2-этилгексеналя:

Кислорода для окисления необходимо:

Тогда воздуха необходимо:

Азот будет составлять:

5.2 Энергетический баланс установки в целом

Расчет тепловых эффектов химических превращений

А.Для гидрирования 2-этилгексеналя:

реакция экзотермическая

1.Приход тепла с исходными веществами:

2.Тепло, уносимое гидронизатом:

3.Тепло, образующееся в ходе реакции:

4.Общий расход тепла:

5.Подводимое тепло:

6.Необходимо подводить тепла:

Б. Для окисления 2-этилгексаналя:

реакция экзотермическая

1.Необходимо тепла для подвода в реактор с гидронизатом:

2.Тепло подводимое с воздухом:

3.Тепло, отводимое от гидронизата:

4.Тепло, уносимое из реактора:

5.Тепло, образующееся в ходе реакции:

6.Потери тепла:

7.Общий расход тепла:

8.Подводимое тепло:

9.Необходимо отводить тепла:

Расходные коэффициенты:

– по материалам

-по энергоресурсам

Расходные коэффициенты для теплового баланса не рассчитываются, так как тепло отводится.

6. Экологическая оценка производства, отходы производства, их утилизация, ПДК

Предусмотрена возможность снижения количества отходов, образующихся в процессах 2-этилгексановой кислоты путем их гидрирования на катализаторе НТК-1(К) в интервале температур 180-220°С при давлении 0.1-5 МПа, что позволяет дополнительно получить до 40% бутиловых спиртов.

Отходы при производстве 2-этилгексановой кислоты

Пути утилизации, предотвращения и обезвреживания вредных отходов:

1) Ограничительно-запретительная мера, выражающаяся в установлении предельно допустимых концентраций вредных веществ и превышение которых наказуемо по закону.

2) Герметизация аппаратов и оборудования (Около 70% всех выбросов вредных веществ поступает в воздушную среду через неплотности в аппаратуре).

3) Очистка химзагрязненной воды термической обработкой

4) Использование отходов в качестве компонентов бензина

5) Использование отходов в производстве бутиловых спиртов

ПДК паров кислоты 2-этилгексановой в воздухе рабочей зоны -7,7мг/м³ что не превышает ПДК 15 мг/мі,также нужно учесть что 2-этилгексановая кислота обладает низкой летучестью, что снижает вероятность ингаляционных отравлений. Нельзя забывать о вредных веществах, которые присутствуют в объеме выбросов.

Вредными веществами являются:

масляные альдегиды, концентрация которых составляет около 1,26 мг/м³, а выброс 0,0112 г/с. фактический выброс в год составляет 0,1615 тонн/год.

2-этилгексеналь, концентрация которого составляет около 0,23 мг/м^3, а выброс 0,002 г/с. фактический годовой выброс составляет 0,0295 тонн/год.

2-этилгексанол, концентрация которого составляет около

1,24мг/м³, а выброс 0,003 г/с. фактический годовой выброс составляет 0,0473 тонн/год.

Сточные воды

При производстве 2-этилгексановой кислоты сточные воды отсутствуют. Химзагрязненные стоки с отметок и обваловок установки сливаются в заглубленную емкость Е-708.

Выбросы в атмосферу

Выбросы в атмосферу имеют место в насосном отделении, из шкафов пробоотбора, через неплотности оборудования, из барометрических сборников Е-705, 707.

Пути использование вторичных энергоресурсов.

Вода, используемая для охлаждения реактора окисления, после прохождения по межтрубному пространству забирает тепло реактора и превращается в пар, отправляется в холодильник. Предлагаю отправлять пар на обогрев рабочих помещений, офисов, кабинетов корпусов.

Заключение

В своем курсовом проекте я разработал и кратко описал процесс производства 2-этилгексановой кислоты

Выбирая мощность своей установки, я оценивал нынешнюю потребность в продукте. Мною была выбрана конструкция основного аппарата и рассчитаны материальный и тепловой балансы, оценено воздействие производства на экологию.

Список литературы

1. Технологический регламент производства 2-этилгексановой кислоты/ ЗАО “Сибур-Химпром”.

2. Технический проект. 2-я установка по производству бутиловых спиртов и 2-этилгексанола. Производство 2-этилгексановой кислоты./ВНИПИ Нефть. – М.: 1976.-53с.

3 Справочник нефтехимика /Под ред. С.К. Огородникова –Л.: Химия, 1978. -Т.2