Курсовая работа (т): Проект производства полиэфира П6-БА мощностью 1150 т/год

,04 м /год

тн/г

тн/г

.4 Разработка блок схемы производства

Схема материальных потоков в реакторе Р-4 изображена на рисунке 1:

АК →                 →П6-БА

,4-БД                            →

ТБТ →                         →H2O

Рисунок 2.1- Схема материальных потоков

Общая схема производства полиэфиров П6-БА представлена на рисунке 2:

Рисунок 2.2- Общая схема производства полиэфиров П6-БА

.5 Материальный расчет производства

Исходные данные для расчета:

Производственная мощность 1150 т/год

Процесс периодический

Продолжительность процесса 36 часов

Уравнение реакции:

,5HOOC-(CH2)4-COOH + 8,4HOCH2CH2OH + 3,9С4H10O2 →[O-CH2CH2-OCO-CH2CH2CH2CH2-OCO]n-CH2CH2OH + 21H2O,

Молекулярная масса адипиновой кислоты - 146,15 г/моль;

Молекулярная масса этиленгликоля - 62,07 г/моль;

Молекулярная масса 1,4-бутандиола - 90 г/моль;

Молекулярная масса полиэфира - 2028,96 г/моль;

Молекулярная масса воды - 18 г/моль;

Уравняем реакцию:

Для получения полиэфира П6-БА берем соотношение адипиновой кислоты к этиленгликоль+1,4-бутандиол = 1:1,18. Значит, на 1 моль адипиновой кислоты приходится 0,8 моля этиленгликоля + 0,38 моль 1,4-бутандиола.

,5HOOC-(CH2)4-COOH + 8,4HOCH2CH2OH + 3,9С4H10O2 →[O-CH2CH2-OCO-CH2CH2CH2CH2-OCO]n-CH2CH2OH + 21H2O,

,57 + 521,39 + 351 = 2028,96 + 378,2406,96=2406,96.

Рассчитаем % загружаемых компонентов:

. Адипиновая кислота (1534,57/2406,96)·100%=65,4%,

. Этиленгликоль (521,39/2406,96)·100%=21,2%,

. 1,4-бутандиол (351/2406,96)·100%=13,4%.

Итак, на 1000 кг загрузки берем: 654 кг адипиновой кислоты, 212 кг этиленгликоля, 134 кг 1,4-бутандиола.

Сосчитаем чистый выход полиэфира от массы загружаемых компонентов: (2028,96/2406,96)·100%=84%.

Следовательно, выход полиэфира 840 кг на 1000 кг загружаемых компонентов.

Отгоны на трех стадиях составляют:

(378/2406,96)·100%=16%, т.е. на 1000 кг загрузки образуется 160 кг отгонов.

На первой стадии поликонденсации образуется 70% всех отгонов:

(160*70)/100%=112кг, из которых 99% воды, 1% гликолей.

(112*99)/100%=110,88кг воды, (112*1)/100%=1,12кг гликолей.

На второй и третьей стадии поликонденсации образуется 30% всех отгонов:

(160*30)/100%=48кг, из которых 40% воды, 60% гликолей.

(48*40)/100%=19,2кг воды, (48*60)/100%=28,8кг гликолей.

Требуемые компоненты и их количество для производства одной тонны продукта приведены в табл. 2.4, 2.5, 2.6.

Таблица 2.4 - Сводная таблица материального баланса производства П6-БА на 1000 кг загрузки

Таблица 2.5 - Сводная таблица материального баланса производства П6-БА на 1 тонну продукта

Таблица 2.6 - Сводная таблица материального баланса производства П6-БА на 1150 тонн продукта

Рассчитаем материальный баланс для производительности 1150 тон/год:

ТЭф.обор.=365-102-12-14=237 дней =5688 часов

где Тэф.обор. - эффективный фонд рабочего времени оборудования

- количество дней в году

- количество выходных дней в году

- количество праздников в году

- дни затраченные на капитальный ремонт оборудования

Время одного цикла-48 часов

Значит: 5688/48=118 операций в год

Количество полиэфира, получаемого за 1 операцию:

тон/год /118 опер/год =9,746 тон/опер = 9746 кг/опер

Материальный баланс на одну операцию приведен в таблице 2.7

Таблица 2.7 - Материальный баланс на 1 операцию

Количество отгонов за одну операцию представлено в таблице 2.8:

Таблица 2.8 - Количество отгонов, образующихся за одну операцию

.6 Описание аппаратурно- технологической схемы производства

Процесс поликонденсации гликолей с адипиновой кислотой периодическим способом осуществляется в реакторе Р-4, оборудованном мешалкой и рубашкой для обогрева теплоносителем. Реактор соединен материальными линиями приема гликолей и адипиновой кислоты с колонной-конденсатором Т-5, конденсатором Т-7, имеющий нижний слив, предохранительный клапан, линию воздухоотвода и подвода азота через верхний штуцер, а также линию азота через редуцирующий клапан и ротаметр для барботажа реакционной массы.

Рассчитанное количество гликолей (этиленгликоль из емкости Е-1, 1,4-бутандиол из емкости Е-2) самотеком сливается в реактор Р-1, включается мешалка аппарата и посредством пневмотранспорта в Р-4 загружается рассчитанное количество адипиновой кислоты.

Катализатор тетрабутоксититан в количестве 0,0006% от массы всей загрузки предварительно растворяют в порции (200г) этиленгликоля и подают в реактор при помощи вакуума при температуре реакционной массы от 140 до 160С.

Поликонденсация полиэфира П6-БА проводится в три стадии в реакторе Л-1.

Заданный температурный режим обеспечивается:

Системой циркуляции органического теплоносителя ПЭС-5.

Подогревом горячей водой с температурой 50-80.

Заполнение системы теплоносителем осуществляется:

принимают теплоноситель в емкость Т-10, Т-11;    

всасывающим насосом Н-13 через фильтр Ф-14 заполняют систему теплоносителем;

включают электроподогреватели Т-12/1, Т12/2, начинают подъем температуры теплоносителя;

из электроподогревателей Т-12/1, Т12/2 теплоноситель

подается в рубашку реактора Р-4;

Обогрев реактора Р-4 осуществляется системой циркуляции теплоносителя в замкнутом цикле аппаратов: электроподогреватели Т-12/1, - рубашка реактора Р-4- электроподогреватель Т-12/2.

Первая стадия поликонденсации полиэфира осуществляется при атмосферном давлении с подключением колонны-конденсатора Т-5 и конденсатора Т-7, постепенном подъеме температуры реакционной массы подачей теплоносителя в рубашку реактора Р-4, горячей воды через рубашку колонны-конденсатора Т-5, и барботажем реакционной массы азотом.

Барботаж реакционной массы азотом способствует уносу из зоны реакции низкомолекулярного продукта реакции - воды. Вода в виде пара увлекает гликоли из зоны реакции и направляется в колонну-конденсатор Т-5, где конденсируется основная масса гликолей и возвращается в реактор Р-4, а пары воды с незначительным количеством гликолей поступают в конденсатор Т-7, охлаждаемый промышленной водой, конденсируются и собираются в емкости Е-9. Конденсат отгонов первой стадии поликонденсации при массовой доле гликолей до 1% сбрасывается канализацию.

В случае отсутствия азота в аппарате создается вакуумметрическое давление вакуумным насосом, равное 0,61 кгс/см2 (61кПа).

Первая стадия заканчивается при температуре не более 195С и достижении массовой доли карбоксильных групп не более 3,0%.

Вторая стадия поликонденсации проводится при температуре, достигнутой на первой стадии от 195 до 200С с постоянным повышением вакуумметрического давления от 61 кПа до 91 кПа и периодическим барботажем реакционной массы азотом для лучшего выделения из зоны реакции паров воды и избытка гликолей.

При этом температура паров, отходящих из верха колонны Т-5

в течение всей второй стадии поликонденсации должна быть не выше 90С.

Температура поддерживается подачей горячей воды с температурой от

до 80С в рубашку колонны-конденсатора Т-5 из теплообменника Т-8.

Отгоны второй стадии поликонденсации конденсируются в конденсаторе Т-7 и поступают в емкость Е-9, откуда поступают в канализацию.

Вторая стадия поликонденсации продолжается до получения реакционной массы с кислотным числом не более 3,5мг КОН на 1г продукта. При достижении указанной степени превращения адипиновой кислоты начинается третья стадия поликонденсации.

В системе аппаратов Р-4, К-5, Т-7 вакуумметрическое давление стравливается азотом, при этом отгоны оставшиеся в колонне-конденсаторе возвращаются в реактор Р-4. Колонна-конденсатор отключается от реактора Р-4 и последний подключается непосредственно к конденсатору Т-7.

В системе аппаратов Р-1, Т-7 создается постепенно вакуумметрическое давление, и при непрерывном перемешивании и периодическом барботаже реакционной массы в реакторе завершают поликонденсацию. Температура третьей стадии поликонденсации от 195С до 205С, вакуумметрическое давление не менее 96КПа.

Окончание синтеза устанавливают по анализу продукта. Готовый полиэфир через нижний слив реактора Р-4 по обогреваемому трубопроводу избыточным давлением азота не более 250кПа передается в сборник Е-6, далее в отделение упаковки продукта, где готовый полиэфир заливают в тару через фильтр, согласно действующим НТД, взвешивают и отправляют потребителю.

Останавливают систему циркуляции оборотной воды через колонну-конденсатор Т-5. Прекращают подачу оборотной воды на охлаждение конденсатора Т-7. Отключают электроподогреватель Т-9 от сети. Останавливают насос Н-13 на циркуляции теплоносителя. Продувают азотом все аппараты и материальные трубопроводы. Отглушают материальные трубопроводы. Промывают аппараты водой, после чего отглушают водо- и паропроводы. Электрооборудование обесточивают.

.7 Технологическая документация процесса

Нормы технологического режима приведены в таблице 2.9

Таблица 2.9 - Нормы технологического режима