Дипломный проект по полимиризации винилхлорида

Содержание

Введение

1. Общее понятие процесса полимеризации

2. Физико-химическая характеристика исходных, вспомогательных материалов, готовых продуктов

3. Блок – схема « производства ПВХ»

Описание блок – схемы « производства ПВХ»

4. Описание технологической схемы «производства ПВХ»

5. Расчёт материального баланса реактора полимеризации ВХ

6. Охрана окружающей среды. Твердые отходы, сточные воды, выбросы в атмосферу

7. Безопасная эксплуатация производства. Характеристика пожароопасных и токсичных свойств сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства

Заключение

Введение

Широкое развитие химической промышленности позволит максимально заменять синтетическими материалами цветные металлы в химической, электрорадиотехнической промышленности, нефтяном машиностроении; использовать пластические массы вместо легированных металлов и специальных сплавов при конструировании машин и аппаратов, меньшего веса и повышенными эксплуатационными показателями, при создании новых процессов в атомной, реактивной и радиолокационной технике; более широко внедрять полимеры в строительстве, сельском хозяйстве, медицине и других областях народного хозяйства.

Быстрое развитие химии и физики высокомолекулярных соединений способствовало синтезу сотен новых полимеров. Кроме того, разработаны методы изменения свойств полимеров в результате окислительных, радиационных, химико-механических и других процессов и получены модифицирование пластики незаменимые материалы в ряде отраслей техники.

Характеристика сырья, готовой продукции и вспомогательных материалов

1. Продукт производства ПВХ – капиллярнопористый материал, свойства которого (молекулярная масса, молекулярно-весовое распределение, строения цепи), в значительной мере определяют поведение полимера при переработке его в изделия. По морфологическому признаку зерна суспензионного ПВХ подразделяется на:

а) однородные (монолитные с преобладанием прозрачных зёрен или непрозрачных зёрен);

б) неоднородные пористые (преобладание зёрен какого-либо одного типа нет)

Целесообразность получения зёрен ПВХ, того или иного типа определяется конкретным назначением данного сорта ПВХ.

ПВХ – белый, хорошо просеиваемый порошок. Является физиологически безвредным при отсутствии мономерных или олигомерных примесей, горюч. При сгорании выделяется хлористый водород, который при повышенных концентрациях раздражает и обжигает дыхательные пути.

Является устойчивым к кислотам и основаниям, и неустойчив к полярным органическим растворителям (кетоны, эфиры, хлороуглеводороды). Растворим в циклогексане и тетрагидрофуране.

Температура стеклования 8085 0С

Температура разложения более 120 0С

Температура вспышки 624 0С

1. Суспензия ПВХ – водная суспензия молочного цвета.

Содержание твёрдого вещества в суспензии 25 – 35 %;

содержание ВХ в суспензии не более 20•104 % (масс.) относительно ПВХ.

Плотность суспензии 1,09 – 1,12 г/см3

Токсичность и горючесть суспензии ПВХ зависит от наличия ВХ. Суспензия склонна к седиментации, поэтому во избежание забивок трубопроводов их следует промывать водой. Сборники суспензии должны быть оборудованы мешалками, трубопроводы не должны иметь «мёртвых узлов» или сильных изгибов.

2. Вода обессоленная – бесцветная жидкость. Не горюча, не взрывоопасна. Не токсична. рН = 6,5 – 7,5.

3. Винилхлорид – при нормальных условиях бесцветный газ с относительной плотностью по воздуху 2,18 г/л, хорошо растворим в органических растворителях, в воде практически не растворим. Обладает полимеризационной активностью с выделением значительного тепла.

Молекулярная масса – 62,5

Плотность жидкого ВХ при 30 0С – 0,89 г/см3

Температура кипения (при 760 мм. рт. ст.) = 13,9 0С

Температура вспышки = 78 0С

Температура воспламенения = 472 0С

4. Лиладокс (дицетилпероксидикарбонат) – белый порошок. Инициатор полимеризации.

Массовая доля основного вещества 75 – 90 % (масс.)

Структурная формула:

С16Н33 – С – О – О – С – С16 Н33

О О

6. Метоцел (гидроксипропиметилцеллюлоза) – гигроскопичный порошок белого цвета, сильно пылящий. Растворим в воде. Эмульгатор реакционной смеси.

7. Клуцел ( гидроксипропилцеллюлоза) – гигроскопичный порошок белого цвета, сильно пылящий. Растворим в воде. Эмульгатор реакционной смеси.

8. Шпан – 20 (моносорбитовый эфир лауриловой кислоты) – прозрачная вязкая жидкость, маслянистая. Растворим в воде. Стабилизатор – пластификатор ПВХ.

9. Ионол (2,6дитретбутилпаракрезол) – бледно-жёлтый кристаллический порошок, применяющийся в качестве антиокислительной присадки, для регулирования скорости реакции в конечной стадии.

10. Нигрозин – краситель чёрного цвета, получаемый длительным нагреванием анилина и нитробензола с металлическим железом или его хлоридом. Применяется в качестве антикоркообразователя.

11. Стоппер (третбутилпирокатехин) – тёмно-коричневая жидкость резкогозапаха. Прерыватель

полимеризации.

12. Перекись водорода – бесцветная и прозрачная жидкость. Едкая. Применяется для снижения коркои пенообразования в реакторе.

13. Гидроксид кальция – сильно пылящий порошок белого цвета. Применяется для поглощения выделившегося из ПВХ хлороводорода; повышает термостабильность ПВХ.

3.1. описание блок схемы производства пвх

В блок-схему производства ПВХ, входит стадия производство ДХЭ комбинированным методом. На эту стадию будет подаваться кислород, этилен, хлор и так же хлористый водород со стадии разделения. Дальше ДХЭ поступает на стадию очистки, где происходит отделение полихлоридов, а ДХЭ идёт на стадию пиролиза (Т=500°С). После прохождения печей пирогаз попадает на стадию разделения откуда HCl отводится на стадию производства ДХЭ, а ВХ с дополнительной очистки отправляется на стадию полимеризации. Так же на эту стадию подаём лиладокс ( инициатор процесса полимеризации) - собственного производства, водные компоненты (обессоленная вода, эмульгаторы - клуцел, метоцел, шпан 20), загрузка твёрдых компонентов (ионол – присадка антиокислительная, гидроксид кальция – акцептор хлористого водорода, регулятор среды). Образовавшаяся суспензия ПВХ отправляется на конечную стадию производства ПВХ – сушку, здесь происходит отделения водной фазы от готового ПВХ, который идёт на затарку, затем потребителю.

4. описание технологической схемы полимеризации вх

Полимеризация ВХ осуществляется периодически в реакторах полимеризации, снабжённых рубашкой для подогрева и охлаждения реакционной массы и обратным холодильником, расположенным непосредственно на реакторе. Для перемешивания реакционной массы реактор R снабжён импеллерной трёхлопастной мешалкой с нижним приводом.

Подготовка сырья включает очистку (фильтрацию) ВХ, получение обессоленной воды ионообменной очисткой(Е 5), растворение стабилизаторов – метоцела (Е 3 – Е4), клуцела (Е1 – Е2), шпана20 (Е 6) в воде, приготовление регуляторов полимеризации и рНсреды – гидроксида кальция и перекиси водорода (Е 7 – Е 8).

Ёмкость Е 10 заполняется 10 % раствором прерывателя(800 литров) и находится под давлением азота 1,71,8 МПа. Перед пуском реактора в работу проверяется давление ёмкости Е 9, если оно меньше нормативного, то недопустимо включение мешалки реактора в работу. При работе реактора в стадии дозировки ВХ, разогрева, полимеризации необходимо следить за давлением ёмкости Е 10.

Регулирование потоков жидкости при перемешивании в реакторе осуществляется боковыми контрмешалками (волнорезами), установленными в верхней части реактора. Все операции по загрузке жидких компонентов в реакторе полимеризации R, ведению технологического режима полимеризации, гидроочистки производится компьютером по заданной программе в соответствии с требованиями, предъявляемыми марке получаемого ПВХ. Ионол, Гидроксид кальция, лиладокс, в перечисленной последовательности загружаются через люк в шлюз – вертикальный цилиндрический аппарат, снабжённый охлаждающей рубашкой, куда подаётся речная вода. После загрузки твёрдых компонентов компьютер производит загрузку водных компонентов клуцела, метоцела, перекиси водорода, шпана20, обессоленной воды. После окончания дозировки водных компонентов, компьютер включает мешалку и контролирует её работу. Перед дозировкой ВХ проверяется: давление затворной воды, работу мешалки, запускается в работу циркуляционный насос для подачи охлаждающей воды, которая циркулирует через рубашку реактора и обратный холодильник; проверяется станция для дозировки ВХ.

ВХ поступает в реактор R через шлюз, предварительно загруженный твёрдыми компонентами, при этом ВХ смывает в реактор R твёрдые компоненты.

Одновременно с загрузкой ВХ в реактор R, начинается разогрев реакционной массы, подачи пара давлением 1,2 МПа в трубопровод охлаждающей воды. При достижении температуры полимеризации прекращается подача пара и начинается подача охлаждающей воды, происходит вытеснение горячей воды из рубашки реактора. При достижении температуры реакционной массы заданного значения внутри реактора R, компьютер фиксирует значение температуры в рубашке реактора и включает в работу контур регулирования температуры в обратном холодильнике на заданное значение температуры реакционной массы внутри реактора R. С этого момента начинается процесс полимеризации, в котором контролируется постоянно температура реакционной массы и давления в реакторе. Для избежания превышения допустимого значения давление в реакторе R, он снабжён предохранительными клапанами, которые сбрасывают давление в атмосферу при 1,65 МПа. При падении давления в реакторе, компьютер фиксирует это и выдаёт сообщение о падении давления, начинается процесс дополимеризации, который идёт за счёт тепла реакции и нагрева через рубашку реактора.

По истечении времени дополимеризации компьютер выдаёт сообщение о конце операции полимеризации и снижает температуру в рубашке реактора и в холодильнике. По истечении процесса полимеризации суспензия из реактора R выгружается в дегазационную ёмкость ЕД. Выгрузка суспензии из реактора R производится при давлении в реакторе 0,3 – 0,6 МПа, фильтр Ф 1 (цилиндрический горизонтальный аппарат, внутри которого находится пластина с отверстиями диаметром 25 мм, для промывки от забивок подведена обессоленная вода, которая после промывки по линии сточных вод отводится в коллектор сточных вод).

Перед выгрузкой реактора R , фильтр Ф 1 и линия выгрузки должны быть заполнены водой, чтобы избежать прогиба фильтрующей пластины. Степень выгрузки реактора контролируется по уровню в дегазаторе ЕД. После выгрузки суспензии в реактор R дозируется 6000 литров воды (обессоленной) для промывки холодильника реактора R после выгрузки. Промывная вода откачивается насосом Н 8 в дегазатор ЕД. После промывки реактора начинается его чистка водой высокого давления. Дегазацию проводят в два приёма: дегазацию под давлением дегазационной ёмкости ЕД, затем дегазацию в колонне КД.

Дегазация суспензии под давлением происходит в дегазационной ёмкости ЕД (вертикальный цилиндрический аппарат, вместимостью 300 м3, снабжён трёхлопастной мешалкой с нижним приводом для предотвращения оседания суспензии) происходит частичное удаление непрореагировавшего ВХ за счёт уравнивания давления в ёмкости ЕД и сепараторе С , с 0,3 – 0,25 до 0,02 МПа. В сепараторе частицы суспензии отделяются от газообразного ВХ. Суспензия стекает по стенкам на дно сепаратора и по сливному трубопроводу стекает в ёмкость ЕД. Сепаратор С снабжён круговым распылителем для промывки его обессоленной водой. Суспензия из ёмкости ЕД через фильтр Ф 2, центробежным насосом Н 9 подаётся в колонну дегазации КД. Фильтр представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат со съёмной перфорированной пластиной внутри, на которой суспензия фильтруется от корок и крупных частиц ПВХ. При чистке фильтра, содержимое его сливают в приямок сточных вод. В случае забивок трубопроводов (корками ПВХ) проводится промывка обессоленной водой по месту.

Для подогрева суспензии, на стадии дегазации используется пар давлением 0,5 МПа очищенный от механических примесей.

Для лучшего удаления оставшегося суспензию ВХ, её перед подачей в колону подогревают до 105 – 115 0С. Выделение оставшегося ВХ из суспензии до массовой доли 20٠104 % происходит в КД – колонне дегазации. Колонна дегазации представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат. Внутри колонны установлен комплект из 27 горизонтальных тарелок, в которых по всей поверхности расположены значительное число отверстий. Для слива жидкости и регулирования её уровня на тарелке служат переливные трубки. Верхние концы трубок выведены на 20 см ниже тарелки и погружены в слой суспензии. Нечётные тарелки имеют одну центральную переливную трубу диаметром 360 мм, а чётные тарелки имеют 12 переливных трубок диаметром 107 мм, диаметрально расположенных на тарелке. У нижней тарелки переливное устройство заканчивается сливной трубой, доходящей почти до низа колонны. Комплект тарелок установлен на опорную решётку, приваренную к корпусу колонны.

Температура низа колонны поддерживается 110 – 115 0С, подачей пара в куб колонны.

Суспензия ПВХ поступает на первую тарелку и через тарелки попадает в куб, двигаясь противотоком к поднимающемуся пару. Пар проходит в отверстие тарелок и распределяется в жидкости в виде мелких струек, лишь на некотором расстоянии до дна тарелки образуется слой пены и брызг – основная область массообмена и теплообмена на тарелке. Давление и скорость пара, проходящая через отверстие тарелки должны быть достаточными доля того, чтобы преодолеть давление слоя жидкости на тарелки и предотвратить стекание жидкости через отверстия. При нарушении режима работы колонны возможно образование пены в верхней части. В сепараторе С 2 происходит частичная конденсация водяного пара и разделение паров ВХ от частичек жидкости (конденсата, суспензии).

Далее суспензия ПВХ со стадии дегазации отправляется на стадию центрифугирования и сушки.

6. охрана окружающей среды

Выбросы в атмосферу

Абгазы со стадии 1500 выбрасываются в атмосферу через свечу рассеивания с высотой 49,5 метра. Концентрация винилхлорида в абгазах не должна превышать 20483 мг/м3.

В целях обеспечения охраны воздушного бассейна от залповых выбросов, содержащих винилхлорид, в случае аварийных ситуаций в отделении полимеризации предусмотрены следующие меры:

-выбросы, содержащие винилхлорид, со всех предохранительных клапанов, установленных на оборудовании и трубопроводах, производятся на газгольдер;

-при увеличении давления в реакторе RC1201AG (3ий и 5ый уровень защиты реактора от превышения давления) выброс производится на стадию аварийной конденсации (ст.1800). Сконденсировавшийся винилхлорид собирается в емкость VS1803, откуда в зависимости от уровня может сдуваться на газгольдер или откачиваться в корпус 205 цеха №30.

Газообразный винилхлорид из газгольдера компримируется и используется при загрузках в реактор.

При остановке на ремонт винилхлорид из емкостей и трубопроводов сдувается на газгольдер, затем компримируется, собирается в емкость VS1502 и откачивается в корпус 205 цеха 30.

Твердые отходы

Корки поливинилхлорида после чистки реакторов полимеризации, суспензионных фильтров вывозятся автотранспортом на полигон захоронения.

Суспензия поливинилхлорида после чистки приямка сточных вод VS1325 вывозится автотранспортом на полигон захоронения.

Бумажные мешки, картонные барабаны после использования сырья вывозятся автотранспортом на свалку строительных отходов.

Сточные воды

Органосодержащие сточные воды отделения полимеризации поступают для дальнейшей обработки на стадию очистки сточной воды – стадию 1900.

Охлаждающая вода от конденсаторов ЕХ1801 сливается в промливневую канализацию (колодец № 179).

Хозфекальные стоки сливаются в колодцы № 92, № 93 и далее в общий коллектор хозфекальной канализации.

RC-1201A.dwg

Полимеризация.dwg