Установка получения формальдегида окислительным дегидрированием метанола

+Реактор детали.frw

Приложение Б.doc

м. а . Обозначение Наименование Примеч.
А1 ПФ Д 07 00 00 00 СБ Чертеж общего вида 2
ПФ Д 07 00 00 01 Обечайка 1
ПФ Д 07 00 00 02 Крышка 1
ПФ Д 07 00 00 03 Днище 1
ПФ Д 07 00 00 04 Обечайка 1
ПФ Д 07 00 00 05 Опора 1
ПФ Д 07 00 00 06 Линзовый компенсатор 1
Стандартные изделия
Гайка М30 37 Х1 2Н8Г8МФБ
Прокладка 1-2600-16

2.4.doc

2.4 Аналитический контроль производства
Таблица 2.1 - Аналитический контроль производства [19]
Наименование стадийМесто отбора Контролируемые Методы Норма Частота контроля
процесса пробы показатели контроля
анализируемый (методика
Метанольная После смесителя Состав в том Хроматограф не менее 50 % масс 1 раз в смену
шихта поз. Пн – 1 числе: МВИ 584 не нормируется
- метанол не нормируется
- вода Титриметрич.
- формальдегид МВИ 493
Метанольный На выходе из Состав в том Хроматограф
формалин в кубе аппарата поз. числе: МВИ 584
колонны поз. Кт –1 Т – 5 - метанол Титриметрич. не нормируется 2 раза в сутки
- формальдегид МВИ 493 не менее 20 % масс. 2 раза в сутки
- муравьиная МВИ 295 не более 03 % масс. 1 раз в неделю
Метанольный На выходе из Состав в том Хроматограф.
формалин 2 зоны аппарата поз. Т числе: МВИ 584
колонны -5 - метанол Титриметрич. не нормируется 1 раз в сутки
поз. Кт – 1 - формальдегид МВИ 493 не нормируется 1 раз в сутки
Продолжение таблицы 2.1
Формальдегидная Нагнетание Состав в том Хроматограф.
вода 3 зоны насоса поз. Нчисле: МВИ 584 2 раза в неделю
колонны – 6 - метанол Титриметрич. не нормируется
поз. Кт – 1 - формальдегид МВИ 493 не нормируется
Выхлопные газы Верх колонны Состав в том
колонны поз. Кт – 1поз. Кт – числе: Хроматограф.
- водород МВИ 637 не нормируется
- кислород не более 1 % об.
- окись углерода не нормируется (3 раза в сутки)
- двуокись не нормируется
углерода Хроматограф.
- сумма метанолаМВИ 683
и формальдегида не более 1 % об. 2 раза в неделю
Возвратный Емкость поз. Состав в том Хроматограф.
метанол с колонны Е – 5 числе: МВИ 584 2 раза в сутки
поз. Кт – 2 - метанол Титриметрич. не нормируется
- формальдегид МВИ 493 не более 10 % масс.
Безметанольный На выходе из Состав в том
формалин в кубе аппарата поз. Т числе: Хроматограф. не более 06 % масс.3 раза в сутки
колонны поз. Кт – 2– 9 - метанол МВИ 584 не менее 40 % масс.
- формальдегид Титриметрич. не более 03 % масс.1 раз в неделю
- муравьиная МВИ 493
кислота Титриметрич.
БезметанольныйНа всасе насосовСостав в том числе: не менее 40 %
формалин поз. - формальдегид Титриметрич. МВИ 493 масс. 1 раз в сутки
Н – 11 - метанол Хроматограф. МВИ 584 не более 06 % По требованию
Паровой конденсатПробоотборник - перманганатная Титриметрич. РД менее 1 раз в
в общезаводскую поз. Е – 67 окисляемость 34.37.523.10 15 мгО2дм3 неделю
сеть - общее железо Колориметр. МВИ 504 менее 01 мгдм3
- кремниевая Колориметрич. ОСТ менее 80 мкгдм3
кислота 34-70-953.6 п.5.3.2
- нефтепродукты Колориметр. МВИ 1128 менее 05 мгдм3
- жесткость общая Визуально –колометрич.не более
- водородный МВИ 671 5 мкг-эквдм3 6рсут
показатель Потенциометрический 85ё92 ед. рН
- запах Отсутствие 1 раз в
- натрий менее 80 мкгдм3 неделю
- электропроводностьКолориметр. МВИ 761 менее 5 мкСмсм
Товарный На всасе Состав в том числе:Титриметрич. МВИ 4938 ( 17 % масс. По требованию
формалин из насосов поз. Н –- формальдегид: Хроматограф. МВИ 584 30 ( 40 % масс
емкости поз. Е – 7 - метанол Титриметрич. МВИ 295 не более 03 %

ОТЗЫВ печатать на 1 листе (с двух сторон).doc

руководителя о качестве выпускной
квалификационной работы студента
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Фамилия и. о. студента
Наименование темы выпускной квалификационной работы
Место работы должность руководителя работы
* Давая заключение о качестве ВКР наряду с характеристикой качества
графических работ связанности изложения и грамотности составления
пояснительной записки степени самостоятельной работы студента над работой
и проявленной им инициативы следует охарактеризовать теоретическую и
практическую подготовку студента выявившую способность решать конкретные
производственные задачи на базе последних достижений техники. Общая оценка
дается по пятибальной системе.

8.doc

Портал информационной поддержки экспорта "еxport.by" [Электронный
ресурс]: база данных содержит сведения о мировом рынке формальдегида.-
УокерДж.Ф.ФормальдегидГосхимиздат 1957г.
ОгородниковС.К.Формальдегид Л: Химия 1984.- 279с.
ФГУ ФИПС [Электронный ресурс]: база данных содержит описания к
изобретению патента производства формальдегида.- Режим доступа:
"Метафракс" История успеха [Электронный ресурс]: база данных
Метафракс".- Режим доступа:
&GotoDoc=5&Query=15.
Аналитический портал химической промышленности "Новые химические
технологии" [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о
перспективах формальдегидных производств в России.- Режим
Платэ Н.А. Основы химии и технологии мономеров: Учеб. Пособие
Н.А. ПлатэЕ.В.Сливинский. – М.: Наука: МАИК “НаукаИнтерпериодика” 2002.-
Накрохин Б.Г. Накрохин В.Б. Технология производства
формальдегида из метанола.- Новосибирск 1995.-444с.
Манучарова Л.А. Алхазов Т.Г. Исследование серебряных
катализаторов нанесенных на фаянсовый носитель. Журнал физической
химии. – М. 1986. Т. 19 № 1.
Стайлз Э.Б. Носители и нанесенные катализаторы. – М.: Химия
Бутенко А.Н. Исследование серебряных катализаторов получения
формальдегида нанесенных на алюмосиликатный носитель Бутенко А.Н.
Отводенко С.Э. Русинов А.И. Савенков А.С. Научные журналы НТУ "ХПИ":
Интегрированные технологии и энергосбережение №4 - 2004.
АдельсонС.В.ВишняковаТ.П.Технологиянефтехимического синтеза.
т. 2. М. Химия 1975 с. 138.
Капкин В.Д. Савинецкая Г.А. Чапурин В.И. Технология
органического синтеза: Учебник для техникумов. - М.: Химия 1987. - 400 с.
Студопедия [Электронный ресурс]: база данных содержит сведения о
производстве формальдегида окислением метанола.- Режим доступа
Третьяков В.Ф Изучение сопряженного каталитического
дегидрирования метанола в формальдегид в присутствии перекиси водорода
Третьяков В.Ф. Илолов А.М. Французова Н.А. Вестник МИТХТ: Химия и
технология органических веществ №4 т.4 2009.
Способ получения формальдегида. Патент RU 2404959.
Технологический регламент цеха 1805 завода ИМ ПАО
«Нижнекамскнефтехим» утвержден гл. инженером Г. Ю. Милославским.–
Нижнекамск 2008. – 130 с.
Рябин В. А. Термодинамические свойства веществ: справочник В.
А. Рябин М. А. Остроумов Т. Ф. Свит. – Спб.: Химия 1977. – 150 с.
Кутепов А.М. Общая химическая технология: Учеб. для
вузовА.М.Кутепов Т.И.Бондарева М.Г.Беренгартен. - 3-е изд. перераб. -
М.:ИКЦ "Академкнига" 2003. - 528с.
Гутник С. П. Расчеты по технологии органического синтеза: учеб.
пособие для техникумов С. П. Гутник В. Е.Сосонко В. Д. Гутман. - М.:
Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и
жидкостей: справочник. – М. Физмагиз 1963. – 708 с.
Павлов К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов хи-
мической технологии: учеб. пособие для вузов К. Ф. Павлов П. Г. Романков
А. А. Носков. – 12-е изд. перераб. – М.: Альянс 2005. – 576с.: ил.
Дытнерский Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии:
Учебник для вузов. Изд. 2-е. В 2-х кн.: Часть 1. Теоретические основы
процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и
аппараты. - М.: Химия 1995. – 400 с.
ТимофеевВ.С.СерафимовЛ.А.Принципытехнологииосновного
органического и нефтехимического синтеза. М.: Высшая школа 2003. - 536с.
Флореа О. Смигелький О. Расчеты по процессам и аппаратам
химической технологии. М.:Химия 1971.- 448 с.
Справочник азотчикаПод. ред. Е.Я.Мельникова в 2-х т. М.: Химия
Справочник химика. Основные свойства неорганических и
органических соединений. Никольский Б. П. гл. редактор. – 2-ой том испр.
– М.: Химия 1971. – 585 с.
Маньковский О.Н. Толчинский А.Р. Александров М.В. теплообменная
аппаратура химических производств. Л.:Химия 1976. 368с.
Краснощеков Е.А. Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. М.:
Энергия 1969.-264 с.
Альперт Л. З. Основы проектирования химических установок Л. З.
Альперт. – М.: Высшая школа 1976. – 272 с: ил.
Справочник нефтехимикаПод. ред. С.К. Огородникова в 2-х т. М.:
Химия 1978. Т.2. 592 с.
Коган В. Б. Равновесие между жидкостью и паром. Т. 2. В. Б.
Коган В. М. Фридман В. В. Кафаров. – М.: Наука 1966. – 786с.: ил.
Рекус Г.Г. Электропривод и электрооборудование предприятий
химической промышленности. М.: Изд. МХТИ им. Д.И.Менделеева 1971.-292 с.
Работа в среде «HYSYS» : метод. пособие по программе подготовки
студентов технологических дисциплин доц. к.т.н. Будник В.А.- Салават2010
Лисицын Н.В. Федоров В.И. Разработка моделей аппаратов хи-
мической технологии в системе компьютерного моделирования HYSYS: Учебное
пособие.- СПб СПБГТИ (ТУ). – 2005.
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.
Изд. 9-е пер. и доп. М.:Химия 1973. 754 с.
Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты:
ученик И. А. Александров. – М. Химия 1978. – 280 с.: ил.
Касаткин А. Г. Расчет тарельчатых ректификационных колонн и
абсорбционных аппаратов А. Г. Касаткин А. Н. Плановский О. С. Чехов. –
М.: Стандартгиз 1961. – 81 с.
Шувалов В. В. Автоматизация производственных процессов в
химической промышленности: учебник для техникумов В. В. Шувалов Г. А.
Огаджанов В. А. Голубятников. – М.: Химия 1991. – 480 с.: ил.
Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры. Справочник. – Л: Машиностроение 1970. –
Краткий справочник физико-химических величин: учеб. для вузов
под ред. А. А. Равделя и А. М. Пономаревой: – 10-е изд. испр. и доп. -
СПб.: Иван Федоров 2002. - 240с.: ил.
Брайнес Я. М. Введение в теорию и расчеты химических и
нефтехимических реакторов Я. М. Брайнес. – 2-е изд. переаб. и доп. – м.:
Химия. – 1976. – 232 с.: ил.
Руководство по эксплуатации Метран. Версия 4.3. – Челябинск:
Ерофеев А. А. Теория автоматического производства: учебник для
вузов А. А. Ерофеев. – СПб.: Политехника 2001. – 302 с.: ил.
Нормы пожарной безопасности: НПБ 105-03: утв. ВНЕШПО МЧС России.
Правила устройства электроустановок: ПУЭ-2000. – М.:
Энергоатомиздат 2000.
Общие правила взрывоопасности блоков технологических
оборудований: ПБ 09.540-03. – М.: НТЦ ПБ ГГТН России 2003.
ГОСТ 12.1.007-86. Вредные вещества. Классификация и общие
требования безопасности. – М.: Изд-во стандартов 1986.
Шум на рабочих местах в помещениях жилых общественных зданий и
на территории жилой застройки: СанПиН 2.2.42.1.8.562-96. – М. 1996.
Производственная вибрация: СанПиН 2.2.42.1.8.566-96. – М. 1996.
Отопление вентиляция и кондиционирование воздуха: СНиП 2.04.05-
– М.: Стройиздат 1986.
Естественное и искусственное освещение: СНиП 23.05-95. – М.:
Информарекламиздат 2003.
Безопасность жизнедеятельности: метод. указания для курсового
проектирования А. Ф. НафиковЭ. Г. Гарайшина. – Казань: КГТУ 2002. – 24
Экономика и управление производством. Методические указания по
экономическому обоснованию курсовых и дипломных работ М. П. Ямков. –
Казань: КГТУ 2007. – 56 с.

5.doc

5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
1 Характеристика проектируемого объекта
В данном дипломном проекте рассматривается процесс получения
формальдегида производство которого осуществляется путем окислительного
дегидрирования метанола воздухом на серебряном катализаторе. Процесс
взрывопожароопасный протекает с применением вредных веществ. Процесс
протекает при повышенных температурах; с применением аппаратов работающих
под давлением до 015 МПа; с обслуживанием установки на многоуровневых
площадках и применением тока высокого напряжения (380В). Также имеется
оборудование которое является источником повышенного уровня шума вибрации
и статического электричества. Имеются площадки обслуживания оборудования
расположенные на разных уровнях таким образом имеется возможность падения
с высоты при обслуживании и ремонте оборудования.
Описание физических свойств применяемых веществ приведено в
Таблица 5.1 – Физические свойства веществ
№ Наименование Плотность Плотность Растворимость в
вещества Ткип ТплºС кгм3 газа по воде (% мас)
Формалин -19 -92 1098 1083 Растворим
Метанол 65 -98 0787 11 Растворим
Монооксид -1915 -205 1250 0965 -
Диоксид -785 -785 1980 1517 -
Азот -1958 -2099 1250 0967 Не растворим
Аммиак -334 -777 0597 0586 342
Ввиду того что пары углеводородов тяжелее воздуха и собираются в
низких местах углублениях наибольшую опасность представляют лотки
приямки колодцы где могут образовываться взрывоопасные смеси паров
углеводородов с воздухом. Формалин метанол и аммиак обладают высокими
горючими свойствами низкой температурой вспышки воспламенения
самовоспламенения низким концентрационным пределом распространения
Горючие свойства сырья и продуктов приведены в таблице 5.2.
Таблица 5.2 – Горючие свойства веществ
Всякий производственный процесс является источником шума и вибрации
(насосы электродвигатели вентиляторы и т.д.). Наличие двух этих факторов
оказываемых вредные воздействия на организм человека и результаты его
деятельности. Шум создает значительную нагрузку на нервную систему
оказывает психологическое воздействие. Источниками шума и вибрации в само
цехе и операторной являются кондиционеры ртутные лампы дневного света
наосы и система трубопроводов работающих под давлением. Допустимые уровни
шума и вибрации на рабочих местах приведены в таблицах 5.4 5.5.
Шум - СН 2.2.42.1.8.562-96 [52]
Вибрация - СН 2.2.42.1.8.566-96 [53]
Таблица 5.4 – Допустимые уровни шума и звукового давления
Рабочие места Уровни звукового давления в дБ в Эквивалент-ны
октановых полосах со среднегеометрическимие уровни
частотами Гц шума дБ
Вид вибрации Допустимый уровень виброскорости дБ в октановых
полосах со среднегеометрическими частотами Гц
Продолжение таблицы 5.5
Оптим. Допуст. Оптим. Допуст. Оптим. Допуст
Теплый Постоян-н21-23 18-27 60-40 Не болееНе 02-04
Холодный Постоян-н18-20 17-23 60-40 Не болееНе Не
ый 65 при более более
Учитывая характер воздействия применяемых веществ на организм человека
проектируемая установка относится ко II классу санитарно-защитной зоны и
ее ширина составляет 500 м согласно СанПиН
2.12.1.1-2361-08. Бытовое помещение административное помещение
туалеты душевые относим к группе III в соответствии СНиП 11.92-86.
2 Производственная санитария
Производственная санитария представляет собой систему организационных
гигиенических и санитарно-технических мероприятий и средств
предотвращающих воздействие вредных веществ вредных производственных
факторов на работающих.
Основные вещества используемые в производстве являются вредными
токсичными обладающими наркотическим действием. Для обеспечения
нормальных метеорологических условий труда и чистоты воздуха на рабочих
местах соответствующих ГОСТ 12.1.005-88 устанавливается вентиляция
приточно-вытяжная и аварийная с выводом сигнализации отключения на щит в
операторной помещения.
В операторной предусмотрена естественная и приточная вентиляция.
Приточная вентиляция создает в помещении операторной избыточное давление
что предотвращает попадание вредных веществ в помещение.
Произведем расчет выбора вентилятора по воздухообмену для приточной
вентиляции согласно СНиП 41.01-2003 [54].
Количество вентиляционного воздуха рассчитываем по кратности
воздухообмена: L = k · Vп
где L – количество воздуха м3ч
k – кратность воздухообмена ч-1
Vп – объем помещения м3.
Кратность воздухообмена определяет сколько раз в течение часа воздух
должен полностью заменяться.
К выбираем равным 5 ч-1 объем помещения – 864 м3.
L = 5 · 864 = 4320м3ч = 12 м3с.
С учетом потерь воздуха в воздуховоде α = 115
L = 12 · 115 = 138 м3с.
Вентилятор выбираем в таблице «Технические характеристики центробежных
Таблица 5.7 – Технические характеристики центробежных вентиляторов
Наименование Характеристика
Производительность 144 м3с
Число оборотов 930 обмин
Продолжение таблицы 5.7
Номинальная мощность 15 кВт
Необходимую мощность на валу электродвигателя при перемещении чистого
воздуха определяем по формуле:
где в – КПД вентилятора;
п – КПД передачи при непосредственной посадке электродвигателя п = 1;
Определяем установленную мощность электродвигателя:
где Кз – коэффициент запаса Кз = 13
Nу = 13 · 121 = 157 кВт.
Параметры выбранной вентиляторной установки соответствуют расчетным
В холодное время для подачи теплого воздуха в помещении операторной
предусмотрены системы отопления в соответствии с СНиП 2.04.05-91. Системы
отопления необходимо предусматривать в зданиях расположенных в районах с
наружной зимней расчётной температурой ниже – 5оС. Они представляют собой
калориферы совмещенные с приточной вентиляцией. Калориферы обогреваются
горячей теплофикационной водой с температурой от 400С до 900С.
Правильно спроектированное производственное освещение способствует
повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции
снижает утомляемость и травматизм на производстве. Для создания оптимальных
условий трудового процесса предусматриваем естественное боковое
искусственное местное и общее равномерное освещение. Достаточность
освещения в помещениях регламентируется СНиП 23.05-10 [56].
Принимаем разряд зрительной работы – III г контраст различения с фоном
– средний фон – светлый наименьший размер объекта различения
При расчете естественного освещения определяем площадь оконных проемов
операторной при боковом освещении:
где eн – нормативное значение коэффициента естественного освещения(КЕО);
k – коэффициент учитывающий затемнения окон противостоящими зданиями;
– коэффициент светопропускания окон;
r1 – коэффициент учитывающий отражение света при боковом освещении;
h0 – световая характеристика оконного проема для бокового освещения;
Sп – площадь пола помещения операторной м2.
При недостатке естественного освещения предусматривается искусственное
освещение. Для освещения помещения операторной выбираем газоразрядные лампы
Коэффициент использования светового потока определяется в зависимости
от величины индекса помещения и коэффициента отражения пола и стен.
Находим индекс помещения:
где А В – длина и ширина помещения м
h – высота подвески светильника над рабочей поверхностью.
Отражение пола – 70 % отражение стен – 50 %.
Для ламп типа ЛХБ коэффициент использования светового потока = 62.
Коэффициент запаса учитывающий снижение освещенности при эксплуатации
Поправочный коэффициент светильника z = 11.
Световой поток F = 2300 Лм при 40 Вт. Определим общее количество
светильников для люминесцентных ламп:
где Е – минимальная нормативная освещенность Лк
m – количество ламп в светильнике
К установке принимаем 48 газоразрядных ламп типа ЛХБ-40 светильники
Для освещения наружной установки выбираем взрывобезопасные светильники
ВЗГ-500 с лампами накаливания типа РН-230–240-500.
Для обеспечения аварийного освещения примем 3 светильника типа ЛБО 20
Универсал со степенью защиты IP65 с люминесцентными лампами типа FT4
3 Мероприятия для обеспечения безопасности технологического процесса
Безопасность производственных процессов обеспечивается согласно ГОСТ
3.002-75 выбором технологического процесса приемов и режимов работы.
Оборудование выбрано с учетом технологических параметров и характеристик
сырья выполнено из нержавеющей стали. Аппараты удобны в
эксплуатации они расположены по узлам блокам.
Для исключения потерь тепла в окружающую среду а также с целью
безопасности все горячие части (выше 45оС) оборудования изолированы
стекловатой и металлическими листами. Те трубопроводы которые не требуют
Для защиты аппаратов от коррозионного действия реакционной среды для
гидрататора выбираем сталь углеродистую Х18Н10Т согласно ГОСТ 5632-72.
Остальные аппараты выполнены из углеродистой стали. Основным способом для
защиты оборудования от коррозии является покрытие поверхностей
оборудования специальным антикоррозийным покрытием. Во избежание
термических ожогов и обморожений оборудование и трубопроводы изолированы.
В качестве изоляторов используются асбест и техническая вата. Для
обеспечения герметичности все аппараты цельносварные. Неразъемное
соединение стыков трубопроводов соединения штуцеров с аппаратами
производится электродуговой сваркой при обеспечении условий производства
ОСТ 26-291-94 и качества сварных соединений ГОСТ 23.005-78. Герметизация
фланцевых соединений осуществляется с помощью поранитных прокладок
использование прокладок из алюминия недопустимо так как хлористый метил с
алюминием образует соединения самовозгорающиеся на воздухе. Тип фланцевых
соединений «шип-паз» обеспечивает герметичность при давлении 40 МПа и
более. Для уплотнения вращающихся деталей аппаратов с мешалками применяют
сальниковые уплотнения а на насосах – графитовые торцевые уплотнения.
Для защиты оборудования от разрушения при достижении расчетного
давления на нем установлены предохранительные клапана. Все процессы
происходят в закрытых сосудах и аппаратах.
Автоматизация производства очень важна в повышении безопасности и
улучшении условий труда. Она увеличивает стабильность процесса за счет
поддержания регулируемых параметров в заданных регламентом пределах или их
изменение по определенной программе а также предупреждение несвоевременных
или ошибочных действий обслуживающего персонала т.е
снижает вероятность нарушения технологического режима. Производство
полностью автоматизировано. В качестве регулирующей системы управления
применена система Delta V. Это одна из новейших разработок в области
автоматизации. В автоматическом режиме выполняются: сбор и первичная
обработка информации от датчиков предупредительная и аварийная
сигнализация регистрация отклонений параметров от регламентных норм
регулирование отдельных аналоговых технологических параметров формирование
отчетных документов архивирование информации о ходе технологического
процесса и состоянии оборудования получение информации самодиагностика и
выдача сообщений по отказам всех элементов комплекса технических средств.
Уровень систем автоматизации технологического оборудования
реализуется на базе микропроцессорных контролеров и
обеспечивает реализацию следующих функций: контроль технологических
параметров; первичная обработка и расчет параметров; функционирование
отдельных контуров регулирования.
Комплекс Delta V состоит из множества модулей основанных на
микропроцессорной технологии.
Как уже описывалось выше в целях безопасного обслуживания
предусмотрено ограждение всех движущихся частей электродвигателей и других
механизмов у насосов и компрессоров. Все площадки обслуживания
обеспечены ограждениями и лестницами согласно норм СНиП.
Управление технологическими процессами осуществляется из операторной
дистанционно. Предусмотрена предупредительная сигнализация при завышении
давления в аппаратах с целью предупреждения аварийных ситуаций.
На установке выполнена максимальная герметизация оборудования и
коммуникаций по возможности исключающие контакт работающих с вредными и
агрессивными веществами. Для обеспечения герметичности все аппараты
цельносварные. Неразъемное соединение стыков трубопроводов соединения
штуцеров с аппаратами производятся электродуговой сваркой при обеспечении
условий производства ГОСТ 26-291-94 и качества сварных соединений ГОСТ
005-78. Герметизация фланцевых соединений осуществляется с помощью
паронитных прокладок - устойчивых в среде продукта. Тип фланцевых
соединений “шип-паз” обеспечивает герметичность при давлении 40 МПа и
На всех аппаратах и трубопроводах работающих под давлением
установлены предохранительные клапаны ГОСТ 12.2.085-02 для исключения
превышения расчетного давления. Сброс с предохранительных клапанов
установленных на аппаратах и трубопроводах с продуктами производится в
На линиях стравливания в атмосферу и на воздушниках сборников
установлены огнепреградители.
Обслуживающие площадки обеспечены ограждениями и лестницами в
соответствии с требованиями действующих нормативов. В целях безопасности
обслуживания электродвигателей насосов вентиляторов предусмотрено
ограждение вращающихся частей механизмов.
Для снижения уровня шума в производственном помещении применяются
звукопоглощение с максимальными коэффициентами звукопоглощения в области
частот 63 – 8000 Гц звукоизоляция рациональное размещение оборудования
применение средств индивидуальной защиты. Для защиты от шума применяют
наушники вкладыши типа «Беруши» а также должен быть произведён
своевременный ремонт оборудования.
Для снижения опасного воздействия вибрации на организм человека
необходима правильная организация режима труда и отдыха постоянное
медицинское наблюдение за состоянием здоровья лечебно- профилактические
мероприятия. Для снижения уровня вибрации необходимо установление и
устранение причины механического колебания. В качестве меры защиты от
вибрации применяются виброизоляция (уменьшение степени передачи вибрации от
источника к защищаемым объектам).
Спецодежда обувь и защитные приспособления отвечают требованиям
согласно ГОСТ 12.4.011-89.
При работе с токоведущими частями электрооборудования применяют
диэлектрические перчатки коврики. Для защиты кожных покровов рук
применяют рукавицы перчатки.
Для защиты органов дыхания и глаз применяют противогазы марки ДОТ-
0 с фильтрующей коробкой А2В2Е2АХ (для защиты органов дыхания от газов и
паров неорганических и органических веществ); шланговые противогазы ПШ-1
ПШ-2 (для работы внутри аппарата).
4 Электробезопасность
По правилам устройства электроустановок наружная установка относится
к классу «В-1г» насосная - «В-1а».
Согласно ГОСТ 12.2.00.0-2001 класс электротехнических изделий по
способу защиты человека от поражения электрическим током соответствует I
классу так как изделия имеют рабочую изоляцию и заземление.
Для защиты работающих от поражения электрическим током в соответствии с
ГОСТ 12.1.019-2009 и ГОСТ 12.1.009-2009 применяются заземления всех
механических и токоведущих частей оборудования находящихся под
напряжением а также зануление изоляция токоведущих частей. Все
конструкции электрооборудования соответствуют условиям эксплуатации и
обеспечивают защиту персонала от соприкосновения с
токоведущими частями. Все оборудование заземлено и ограждено.
Для операторной согласно ПУЭ минимальная допустимая степень защиты
электрооборудования соответствует IP44 (от попадания твердых веществ
диаметром более 1 мм и брызг воды в любом направлении).
Все конструкции электрооборудования соответствуют условиям
эксплуатации и обеспечивают защиту персонала от соприкосновения с
токоведущими частями. С целью обеспечения взрывобезопасности помещений
относящихся к классам В-1а и В-1г выбираем электрооборудование по уровню
и виду взрывозащиты по степени защиты оболочки с учетом взрывоопасных
свойств применяемых в процессе веществ и возможности попадания твердых
предметов внутрь оборудования.
Электрооборудование для взрывоопасных помещений и наружных установок
выбираем согласно ПУЭ и ГОСТ 12.1.011-78. Температурные группы и категории
взрывоопасных смесей представлены в таблице 5.8.
Таблица 5.8 - Температурные и категории смесей веществ с воздухом в
зависимости от температуры воспламенения
Наменование Тсамовосп. ºС Классификация
Формалин 426 IIIВ T2
По приведенным данным согласно ГОСТ 12.2.020-76 выбираем
электрооборудование.
Таблица 5.9 – Степень защиты и маркировки электрооборудования
Наименование Место Класс Маркировка Степень
электрооборудования установки опасности взрывозащиты защиты
-насоса насосная В-1а 1ExdIIAT2 -
-вентилятора операторная П-IIа 2ExdIIAT2 -
Электросветильник операторная П-IIа 2ExdIIAT2 IР21
Среди средств индивидуальной защиты предназначенных для защиты
работающих от поражения токсичными веществами электрическим током от
механических термических травм от воздействия шума вибрации и
неблагоприятным метеорологических факторов применяются изолирующие костюмы
средства защиты органов дыхания специальная одежда специальная обувь
средства защиты лица глаз органов слуха предохранительные
приспособления защитные дерматологические средства.
К мероприятиям по защите от статического электричества относятся отвод
зарядов статического электричества накапливающихся на людях соединения
трубопроводов металлическими проводящими мостиками с целью получения
зарядов статического электричества на одном из них.
Для предупреждения возможности возникновения опасных разрядов
применяем следующее средство коллективной и индивидуальной защиты от
статического электричества: заземляющее устройство. Заземление производится
с помощью полосовой стали сечением 3×4 подключением к общему контуру
заземления. Вентиляционные короба заземлены в двух точках. Для снижения
интенсивности возникновения зарядов статического электричества
предусмотрены опуски на линиях слива углеводородов в аппараты и ёмкости.
Металлоконструкции наружной установки оборудование и трубопроводы с
эстакадами образуют непрерывную связь электрическую цепь и присоединены к
заземляющему устройству. Электробезопасность фланцевых соединений
трубопроводов и аппаратов достаточна и установка специальных перемычек не
требуется. Каждая система аппаратов и трубопроводов в пределах установки
заземлена минимум в 2-х местах. Контактные устройства для присоединения
заземляющих проводников установлены за пределами взрывоопасной зоны при
этом проводники сначала присоединяются к корпусу объекта а затем к
заземляющему устройству.
По вероятности вызванного молнией пожара или масштаба возможных
разрушений и сложности молниезащитных устройств проектируемая установка
относится к классу ВОЗ В-1г. Опасные смеси могут появиться лишь при аварии
или неисправностях технологического процесса. Согласно
СО 153- 34.21.122-2003 определён тип молниезащиты Б категория II.
Здания и сооружения защищены от прямых ударов молниеотводами каждый
из которых конструктивно состоит из молниеприёмника непосредственно
воспринимающего удар молнии токоотвода соединяющего молниеприёмник с
заземлителем и заземлителя через который ток молнии стекает в землю.
Определим плотность ударов молнии в землю:
где [pic]=99 – средняя продолжительность гроз в часах тогда
Для зоны защиты типа Б определяем количество молниеотводов.
Ширина защищаемого сооружения S равна 192 м;
Длина защищаемого сооружения L равна 30 м;
Максимальная высота установки равна 60 м.
Так как максимальная высота установки hx = 60 м выбираем тросовый
молниеотвод высотой 150 метров при надежности защиты Рз=0999.
Тогда высота конуса:
h0 = [072 - 10-3(h - 100)]· h = [072 - 10-3(150 - 100)]· 150 = 1005 м.
r0 = [06 - ·10-3(h-100)]· h = [06 - 10-3(150-100)]· 150= 825 м.
Для зоны защиты требуемой надежности радиус горизонтального сечения
rxна высоте hxопределяется по формуле:
Таким образом выбираем одиночный тросовый молниеотвод высотой 150
метров с радиусом защиты на высоте 60 м равным 355м.
5 Пожарная безопасность
Возможными источниками которые могут стать причиной взрыва аварии
или создания аварийной ситуации являются: открытый огонь сварочные работы
искра статическое электричество выброс паров и газов в атмосферу
разгерметизация оборудование разлив горючих жидкостей раскалённые или
нагретые стенки оборудования искрение электрооборудования искры при
ударах металла о металл и трения деталей машин [57].
Для исключения образования взрывоопасных смесей в цехе предусмотрены
меры защиты от атмосферного и статического электричества всё
электрооборудование выполнено во взрывозащищённом исполнении все аппараты
и трубопроводы герметичны транспортировка легковоспламеняющихся жидкостей
по территории цеха осуществляется по трубопроводам центробежными насосами с
торцевым уплотнением вала.
Для пожаро- и взрывозащиты оборудования используются предохранительные
клапаны огнепреградители гидрозатворы автоматическое прекращение работы
Производство оснащено распределённой системой управления с применением
микропроцессорной техники обеспечивающей контроль за заданными нормами
технологических процессов автоматизированное и дистанционное управление
производством противоаварийную автоматическую систему защиты (ПАЗ)
обеспечивающую сигнализацию отклонений от режимных параметров состояния
оборудования а также безаварийный останов производства.
Дистанционное управление процессом предусматривается из помещения
управления размещённого в здании выполняемом из конструкции устойчивых к
Возможность распространения пожара в зданиях в значительной мере
зависит от огнестойкости основных строительных конструкций помещения
планировки и размещения оборудования в зданиях.
С целью своевременного обнаружения утечек взрывоопасных и токсичных
веществ на наружных установках монтируются стационарные непрерывно
действующие сигнализаторы довзрывоопасных концентраций газов и паров в
воздухе или сигнализаторы (газоанализаторы) предельно допустимых
концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
В случаях необходимости от импульса сигнализаторов предусматривается
автоматическое отключение технологического оборудования или включение
системы защиты в том числе аварийной вентиляции.
Для обнаружения начальной стадии пожара в производственных
помещениях наружных установках складах следует устанавливать пожарные
извещатели с ручным и автоматическим включением.
Пожарная безопасность цеха обеспечивается системой пожарного
водопровода а также первичными средствами пожаротушения.
Для тушения возможных загораний в данном проектируемом объекте
предусмотрены следующие средства пожаротушения:
-пожарная вода из лафетных установок и через пожарные гидранты для
тушения всех видов очагов пожара за исключением электрооборудования
находящегося под напряжением ЛВЖ с удельным весом менее 1 гсм3 ;
-огнетушители углекислотные ОУ-5 ОУ-8 ОУ-25 ОУ-80 емкостью 5 8 25
и 80 л для тушения небольших очагов загорания твердых горючих веществ (А)
горючих жидкостей (В) газов (С) за исключением веществ горение которых
происходит без доступа кислорода и оборудования находящегося под
напряжением (Е) до 1000 в при температуре воздуха от -40 до +500С.
- огнетушитель воздушно-пенный ОВП-100 объемом 100 л. для тушения
небольших очагов пожара кроме электрооборудования;
-асбестовое полотно для тушения небольших очагов пожара также применяется
для тушения электрооборудования жидкости пролитой на землю;
-сухой песок для тушения небольших очагов пожара;
- азот пар для тушения загорания в закрытых объемах.
Для тушения пожара на наружной установке предусмотрены: орошение
колонн автоматическое пенотушение система газотушения вокруг неё
установлены лафетные стволы подсоединенные к пожарному коллектору имеются
пожарные гидранты. Используется паровая завеса водяное орошение для
охлаждения колонн во время пожара и обеспечения
пожарной безопасности строительных конструкций.
В проекте предусмотрены железобетонные несущие и оградительные
конструкции: плиты съёмного пола выполненные из несгораемого или
трудносгораемого материала; различные помещения разделены друг от друга
стенами и перегородками. Для нормальной эвакуации людей во время пожара
ширина дверей должна быть больше 15 м высота не менее 2 м ширина
коридоров не менее 18 м.
На каждой отметке имеются телефоны с прямой связью на видных и
доступных местах. Два вида сигнализации – световая и звуковая (ЛУЧ-1). В
качестве извещателей пожара применяется ионизационные сигнализаторы и
ручные извещатели дыма марки ПКИЛ-9 и автоматические – ТРВ-2.
При срабатывании аварийной сигнализации происходит автоматическое
отключение вентиляционной системы на соответствующих участках пожара.
6 Охрана окружающей среды
Загрязнение окружающей среды продуктами производства возможно при
нарушении технологического режима разгерметизации выхода из строя
оборудования коммуникаций.
При нормальном ведении технологического режима производство
вредного воздействия на окружающую среду не оказывает за исключением потерь
вредных веществ через неплотности трубопроводов арматуры и оборудования в
допустимых пределах.
На производстве формалина предусмотрен ряд мероприятий
ограничивающие вредные воздействия производства на окружающую среду:
- газовые выбросы колонн поз. Кт – 1 сжигаются на факелах
установленных непосредственно на колоннах на высоте 422 м. и 600 м;
- доочистка контактного газа от паров формальдегида и метанола
осуществляется в санитарной зоне из четырех тарелок абсорбера поз. Кт – 1
орошаемой охлажденным паровым конденсатом и формальдегидной водой;
- все сбросы в ХЗК во избежание попадания газов канализации в
аппараты и помещения осуществляются через гидравлические затворы;
- для локализации розливов продуктов при разгерметизации
предусмотрена бетонная отбортовка наружных установок;
- для предупреждения переполнения сборников предусмотрена
сигнализация максимального уровня;
- для предотвращения образования взрывоопасных концентраций метанола
формальдегида в насосных и на наружных установках установлены
сигнализаторы довзрывной концентрации.
Для исключения локальной загазованности в период неблагоприятных
метеоусловий (когда скорость ветра менее 1 мсек.) не производятся
газоопасные работы с разгерметизацией оборудования
Химзагрязненные сточные воды поступают на биологические очистные
сооружения где проходят механическую очистку от взвешенных веществ и
совместно с городскими стоками поступают на полную биологическую очистку на
очистных сооружениях.
Фекальные сточные воды направляются в общий коллектор фекальных
сточных вод откуда перекачиваются в магистральный коллектор
химзагрязненных сточных вод.
Основные источники выбросов вредных веществ в атмосферу и их
нормы представлены в таблице 5.10 5.11 5.12.
Таблица 5.10 - Сточные воды
Наименование Периодич-носКол-во Требование к качеству стоков
сбрасываемых ть сброса образования
сточных вод сточных вод
Паровой постоянно 48 ХПК не более 1750 мг О2дм3
конденсат Формальдегид не более 70 мг дм3
- не более 5х10-5% масс.
Температура неб 400С.
Атмосферные периодически10770 Нефтепродукты:
осадки не более 4х10-5% масс.
ХПК: не более 50 мг О2дм3
Атмосферные периодически1814 Формальдегид:не более 01
осадки ХПК:не более 1000 мг О2дм3
Паровой аварийно 12.0 Формальдегид: не более 01
конденсат ХПК: не более 1000 мг О2дм3
Таблица 5.11 - Выбросы в атмосферу
Наименование Количество ПериодичносУстановленная норма
сброса образования ть выбросовсодержания загрязнений в
выбросов по выбросах
Наружная установка - постоянно 0183 Метанол
неплотности 0 225 Формальдегид 6557
Помещение насосной 52000 постоянно 0069 Метанол
069 Формальдегид0081
Факельный ствол 133 Постоянно СО окисляется до СО2
Разрывная мембрана 156 аварийно Выброс в случае аварии
реакторов поз. Р – 1 016 час 3300
Узел налива 0022 Метанол
автобойлер 0083 Формальдегид 263
Таблица 5.12 - Выбросы в атмосферу
НаименованиАгрегаСостав % вес. КоличПериодМесто Условие
е отходов тное ествоичностнакопления (метод )
состоя ь утилизации
Масло Жидкое-углеводороды – 05 1 раз Емкость Организация
турбинное 96995 в год поз. Е – 6 имеющая
отработанно - КОН – 0005 Объём – 25лицензию
е ТП – 22; - вода – 2 м3
ТП – 22с - мех.примеси – 1
Отработан- Твёрдо- Серебро – 40; По По Склад В Госфонд
ный е - Оксид кремния –мере мере катализатордрагметаллов
катализатор 33396; накопнакопла
серебро на - Оксид титана – ленияения
Шлам от Твёрдо- отложения из 05 1 раз Площадка Захоронение
чистки е трубок в год для опасныхна полигоне
теплообменн теплообменников промыш- захоронения
иков ленных отходов
7 Мероприятия по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций
Объект расположен в промышленной зоне на территории ПАО
«Нижнекамскнефтехим» в 12 км от города от которого ограждён лесопосадочной
зоной максимальное число работающих в смену 12 человек объект занимает
площадь 576 м2 и представляет собой здание операторной и наружную
установку. Здания и сооружения изготовлены из железобетона кирпича и
стекла что обеспечивает их огнестойкость II степени.
Теплом и водой цех снабжается из общезаводского коллектора. Сырье
поступает со складов которые находятся вне территории завода. Объект имеет
несколько подъездных путей для подъезда автотранспорта (в том числе и для
аварийных служб) и окружен бетонной площадкой.
Технологическими причинами возникновения пожаров и взрывов на
установке могут быть: разрыв трубопроводов и аппаратов с взрывоопасными
продуктами; разгерметизация оборудования и трубопроводов; возгорание от
неизолированных участков трубопроводов с высокой температурой.
Для охлаждения поверхности аппаратов и трубопроводов тушения очагов
возгорания (за исключением электрооборудования находящегося под
напряжением – для него предусмотрен внутренний пожарный водопровод на
территории установки) применяется огнетушитель ОХП -10. Для тушения
загораний внутри емкости применяются водяной пар и азот
Для вызова пожарной охраны предусмотрены пожарные извещатели.
Пожарное водоснабжение является автономным вокруг установки имеются
колодцы пожарных гидрантов куда крепятся шланги пожарных машин для
использования воды также вода подведена к лафетным установкам.
Регион характеризуется наличием сильных морозов так же не исключены
ураганы что может привести к разрушению. Для исключения последствий
морозов все аппараты и трубопроводы в которых находятся замерзающие
продукты заизолированы и в зимнее время обогреваются антифризом. В целях
защиты от ураганов и сильных бурь все аппараты высотой более 10 м
рассчитаны на ветровую нагрузку по результатам которой подобрано
специальное закрепление опор на фундаменте.
Для защиты от атмосферного электричества на установке предусмотрены
громоотводы рассчитанные с учетом размеров зданий сооружений и аппаратов.
При угрозе возникновения производственных аварий катастроф и
стихийных бедствий проводятся следующие мероприятия: при угрозе бедствия
включаются электросирены. Звучание сирены 10 секунд пауза 2-3 секунды
всего пятикратное повторение. Затем по громкоговорящей связи дополнительно
оповещают о месте и характере аварии; приводятся в готовность силы и
средства ЧС предназначенные для спасательных работ и ликвидации аварий и
стихийных бедствий; организуются разведки и наблюдение на объекте
возможного бедствия которые производятся персоналом рабочей смены и ИТР
ежечасны обходом территории.
К ликвидации последствий производственных или стихийных бедствий
готовят и привлекают невоенизированные формирования предприятия основные
усилия которых сосредоточены на спасении людей и предотвращении разрастания
аварий до катастрофических размеров.
При возникновении производственных аварий катастроф и стихийных
бедствий проводятся следующие мероприятия: оповещаются руководящий состав
ЧС несанкционированные формирования и работающие о возникновении бедствия.
Обслуживающий персонал в лице начальника смены сообщает диспетчеру
завода который в свою очередь оценивает обстановку и если необходимо
оповещает руководящий состав; собирается личный состав формирований
предназначенный для ведения стапельных работ; организуются разведки и
наблюдения на объекте; организуется дозиметрический и химический контроль;
приводятся в готовность силы и средства ЧС предназначенные для ведения
спасательных работ; проводятся
мероприятия по безаварийному останову производства; организуется выдача
работающим объекта средств индивидуальной защиты медицинских препаратов;
организуется эвакуация работающих.
Таким образом в цехе предусмотрены защитные автоблокировки по
остановке отдельных узлов в случае отклонения важнейших параметров за
предельные критические значения. На всех ответственных трубопроводах в
отношении опасности технологических процессов установлены отсекающие
клапаны и электрозадвижки которые в аварийных ситуациях могут быть открыты
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Лист нормоконтролера.doc

ЛИСТ НОРМОКОНТРОЛЕРА
является обязательным приложением к пояснительной записке
дипломного (курсового проекта).
Нормоконтролер имеет право возвращать документацию без рассмотрения в
– нарушения установленной комплектности
– отсутствия обязательных подписей
– нечеткого выполнения текстового и графического материала.
Устранение ошибок указанных нормоконтролером обязательно.
замечаний и предложений нормоконтролера по дипломному (курсовому) проекту
группа инициалы фамилия
Лист Условное Содержание замечаний и предложений со ссылкой
(страница) обозначение на нормативный документ стандарт или типовую
(код ошибок) документацию

Приложение В формы проекта.doc

Сравнительная характеристика методов производств
Таблица 1а - Сравнительная характеристика методов производств
Способ получения продукта Основные характеристики процесса
Получение формальдегида Реакторный блок:
окислительным дегидрированием - химический процесс: парофазный гетерогенный каталитический;
метанола на серебряном - реактор: адиабатический с надконтактным теплообменником;
катализаторе - рабочие параметры: температура процесса - 573-1073К; давление 03МПа; катализатор -
серебро; сырье - метанол; мольное соотношение метанол-воздух 1:1209; мольное
соотношение метанола к воде 0358:1;
- достигаемые показатели реакторного блока: селективность превращения 80-89%; степень
превращения метанола 77-97%; выход формальдегида 80-99%;
Схема разделения: разделение реакционной массы происходит в абсорбере - тарельчатой
колонне разделенной глухими перегородками на 3 части;
Получаемый продукт: этим способом можно получать формальдегид двух марок: ФМ - 37% с 10%
метанола и БМФ - 50% с содержанием метанола менее 1%.
окислительным дегидрированием - химический процесс: газофазный гетерогенный каталитический;
метанола на оксидном - реактор: трубчатый реактор с охлаждением;
катализаторе - рабочие параметры: температура процесса: 523-673; давление атмосферное; катализатор -
смесь оксидов железа и молибдена; сырье - метанол; содержание метанола в воздушной смеси
- достигаемые показатели реакторного блока: конверсия метанола 98-99%.
Получаемый продукт: формалин 37% с содержанием метанола не выше 05%.
каталитическим окислением - химический процесс: газофазный гомогенный каталитический;
природного газа и низших - реактор: трубчатый реактор печного типа;
парафинов - рабочие параметры: температура 773-973К; катализатор - оксид азота; сырье - природный
газ; соотношение воздуха к природному газу 1:37 содержание оксида азота 008%;
Продолжение таблицы 1 а
- достигаемые показатели реакторного блока: селективность превращения 10%; степень
превращения природного газа 20%; выход формальдегида 3-5%;
Получаемый продукт: формальдегид 34% с содержанием метанола 3%.
окислением метанола - химический процесс: газофазный гетерогенный каталитический;
- реактор: трубчатый с охлаждением;
- рабочие параметры: температура процесса – 623-703К; давление атмосферное; катализатор
– оксидный железо-молибденовый МоО3-Fе2(МоО4)3; сырье – метанол
- достигаемые показатели реакторного блока: селективность превращения 95-99%; степень
превращения метанола 90-97%;
Схема разделения: разделение реакционной массы происходит в абсорбере;
неокислительным - химический процесс: газофазный гетерогенный каталитический;
дегидрированием метанола - реактор: адиабатический;
- рабочие параметры: температура процесса – 1063-1173°С; давление атмосферное;
катализатор – кремний содержащий с 12% мас. ZnO и 12% мас. сырье - метанол;
мольное соотношение метанол-азот 1:(1-5); массовое соотношение метанола к перекиси
водорода 1:03; время контакта 001-01 с;
- достигаемые показатели реакторного блока: селективность превращения 90-95%; степень
превращения метанола 85-95%.
Параметры и показатели процесса
Таблица 1б - Оптимальные параметры процесса и достигаемые показатели
Оптимальные технологические параметры процесса Достигаемые показатели процесса
- температура реакций: 573-1073К; - селективность превращения метанола в формальдегид:
- давление процесса: 03МПа; 80-89%;
- мольное соотношение метанол:вода 0358:1; - степень превращения метанола: 77-97%;
- мольное соотношение метанол:воздух 1:1209; - выход формальдегида:80-99%;
- катализатор: серебро на пемзе; - концентрационный состав реакционной смеси:
- время работы катализатора: от 3 до 24 месяца; 244% формальдегид; 4% углекислый газ; 06% угарный газ;
- регенерация катализатора: по истечению срока службы в 18% вода; 40% азот; 1% водород; 12% метанол.
Госфонд драгоценных металлов.
Характеристика сырья целевых и побочных продуктов вспомогательных
Таблица 2а - Требования к сырью продуктам и вспомогательным материалам
Наименование сырья Номер Показатели качества Норма (по ГОСТу ОСТу Назначение область
материалов реагентов Государственногообязательные для проверки стандарту предприятия) применения
катализаторов или отраслевого
полуфабрикатов стандарта
изготавливаемой технических
Метанол технический ГОСТ-2222-95 Внешний вид: Продукт принимается по Сырье для получения
- Бесцветная прозрачная паспорту поставщика. формалина
жидкость без нерастворимых
примесей; 791 ё 792 гсм3 при 20 0С
- Массовая доля летучих % масс не более:
соединений железа в пересчете000001 - норма для марки
005 – норма для марки Б
Целевые и побочные продукты
Формалин безметанольныйРегламент Внешний вид - бесцветная Компонент в
одностадийного прозрачная жидкость. производстве
синтеза изопренаСостав в том числе: изопрена-мономера
(ОСИ) - Формальдегид: Не менее 40 % масс.
- Метанол: Не более 06 % масс.
- Муравьиная кислота: Не более 03 % масс.
Продолжение таблицы 2а
Формалин технический ГОСТ 1625 – 89 1. Внешний вид: Формалин метанольныйФормалинПолучение смол для
(ТФ) - Бесцветная прозрачная (МФ) безметанмебельной
жидкость. При хранении ольный промышленности.
допускается образование (БМФ) Дезинфицирующее
мути или белого осадка средство в сельском
растворимого при хозяйстве.
температуре не ниже 40оС. Получение клея в
Состав в том числе: Высший 1 сорт
% масс % масс % масс
а) - Формальдегид; 372 ± 0537 ± 0537 ± 05
б) - Метанол; 4 ÷ 8 4 ÷ 8 06
в) - Муравьиная кислота не более не болеене более
г) - Железо: не более не болеене более
д) - Остаток после не более не болеене более
прокаливания: 00008 00008 00018
Вспомогательные материалы
Катализатор "серебро Регламент Состав в том числе: Процесс синтеза
на пемзе" производства - Серебро; 37 ё 50 % масс. формалина
катализатора - Железо; Не более 005 % масс.
серебро на - Массовая доля фракции частиц
пемзе". 2 ё 4мм; Не менее 85 % масс.
- Мелочи и пыли; Не более 03 % масс.
- Пробег катализатора; Не менее 2 месяцев
Паровой конденсат Требование 1. Жесткость мкг-эквдм3 не 5 Приготовление шихты
инструкции более 88 – 92 для синтеза
УГЭ – ОИ – 29 2. Водородный показатель рН 05 формалина
Нефтепродукты мг дм3 не 50 приготовления пара
более абсорбент для
Содержание железа мкг дм3 40 контактного газа
не более не нормируется
Прозрачность см не менее
Щелочность по метилоранжу
Содержание ионов меди мкг 80
Содержание кремниевой кислоты1500
мкг дм3 не более отсутствие
Окисляемость О2 мкг дм3 не80
Содержание ионов натрия мкг
Аммиак мг дм3 не более
Масло турбинное ГОСТ 9972 – 74 сВязкость кинематич. при 40оС: 288 ё 352 мм2с Смазка в агрегатах.
ТП – 22 изменениями 1 Температура вспышки определяемая
3 4 5 6 в открытом тигле Не ниже 186 0С
8 Температура застывания Не выше минус 15 0С
Зольность базового масла Не более 0005 % масс.
Содержание воды отсутствие
Содержание механических примесей отсутствие
Содержание водорастворимых
кислот Не более 005 мг КОН на
Кислотное число 1 г масла
Топливный газ ГОСТ Р Теплотворная способность Не менее 8000 ккалнм3 Для розжига
Азот газообразный ГОСТ 9293-74 1.Объемная доля азота % не менее9995 Для создания
технический повышенный(с изменениями 2.Объемная доля кислорода % не 005 азотной подушки в
чистоты № 123) более емкостях и
сорт 3.Объемная доля водяного пара % 0004 продувки аппаратов
не более и трубопроводов
Аммиачная вода ГОСТ 6221-90 Состав в том числе: Для нейтрализации
Аммиак Не менее 5 % масс. проливов формалина
Вода Не более 95 % масс.
Характеристика энергоносителей
Таблица 2б - Характеристика энергоносителей
Наименование сырья Номер Показатели качества Норма (по ГОСТу ОСТу Назначение
материалов реагентов Государственногообязательные для проверки стандарту предприятия) область применения
Перегретый пар ГОСТ 20995 – 75 1 Содержание натрия мгдм3 Энергоноситель
Водородный показатель рН 60 – 90
Содержание свободной 20
углекислоты СО2 мгдм3 не
Вода оборотная ГОСТ 25151-82 1.Щелочность по метилоранжу Хладагент для
мкг-эквдм3 не более 50 охлаждения
Содержание хрома мкгдм3 08-30 продуктов в
Содержание фосфатов 10-30 аппаратах
мкгдм3 М-1 насосное
Содержание цинка 05-20 оборудование
растворенного мкгдм3 не более 40
Цинк общий мгдм3 78-88
Водородный показатель рН отсутствие
Горячая вода ГОСТ 6709-72 Растворенный кислород не более 50 мкг О2дм3 Теплоноситель
Железо не более 500 мкгдм3
Нефтепродукты не более 30 мгдм3
Водородный показатель рН 75 – 95
Количество взвешенных веществне более 5.0 мгдм3
Продолжение таблицы 2б
Прозрачность по шрифту не менее 30 см.
Карбонатный индекс Ик не более 32
Аммиак ГОСТ 6221-90 Состав в том числе: Получение холода
Аммиак Не менее 998 % масс.
Влага Не более 02 % масс.
Контрольные и регулируемые параметры технологического процесса
Таблица 2в - Контрольные и регулируемые параметры технологического процесса
Наименование параметров Диапазон регулирования параметров Место снятия показателей тип
Блок подготовки сырья
Контроль и регулирование расход 415 тч Трубопровод перед Т-3 (поз. 1-1)
воздуха перед подачей в испаритель Т-3 регулируется клапаном подачи воздуха
в теплообменник Т-1 (поз. 1-6)
Контроль и регулирование уровня 800 мм В испарителе Т-3 регулируется
спиртовоздушной смеси в испарителе Т-3 клапаном подачи пара в испаритель Т-3
Контроль расхода метанола в испаритель412 тч После смесителя Пн-1 (поз. 3-1)
Контроль и регулирование температуры 40°С Трубопровод после теплообменника Т-1
воздуха на выходе из теплообменника (поз. 4-1) регулируется клапаном
Т-1 подачи обратной теплофикационной воды
в теплообменник Т-1 (поз. 4-5)
Контроль расхода шихты на выходе из827 тч Трубопровод после испарителя Т-3
испарителя Т-3 (поз. 5-1)
Контроль и регулирование температуры 100°С Трубопровод после теплообменника Т-4
шихты на выходе из теплообменника (поз. 6-1) регулируется клапаном
Т-4 подачи пара в теплообменник Т-4
Контроль и регулирование уровня в 600 мм Уровень в емкости О-1 регулируется
емкости О-1 клапаном подачи водного конденсата
в емкость Е-1 (поз. 9-5)
Контроль давления шихты до 03МПа Трубопровод до перегревателя Т-4
Контроль давления воды после насоса 03МПа Трубопровод после насоса Н-2
Продолжение таблицы 2в
Контроль и регулирование метанола на 25 тч Трубопровод перед смесителем Пн-1
входе в смеситель Пн-1 (поз. 42-1) регулируется клапаном
подачи метанола в испаритель Пн-1
Контроль и регулирование метанола на 69 тч Трубопровод перед смесителем Пн-1
входе в смеситель Пн-1 (поз. 43-1) регулируется клапаном
подачи прямой теплофикационной воды в
испаритель Пн-1 (поз. 43-6)
Контроль давления контактного газа в 03МПа В трубной части надконтактного
трубной части реактора Р-1 теплообменника
Контроль температуры в слое 350°С В слое катализатора реактора Р-1
катализатора реактора Р-1 (поз.10-1)
Контроль и регулирование давление 03МПа В реакторе Р-1 до слоя катализатора
шихты перед слоем катализатора регулируется клапаном подачи азота в
реактор (поз. 11-5)
Контроль температуры в верхней зоне 20°С В верхней зоне колонны Кт-1 (поз.
Контроль температуры в средней зоне 30°С В средней зоне колонны Кт-1 (поз.
Контроль температуры в нижней зоне 80°С В нижней зоне колонны Кт-1 (поз.
Контроль и регулирование уровня куба 240 мм Куб колонны Кт-1 регулируется
колонны Кт-1 клапаном подачи формалина в колонну
Контроль и регулирование температуры 80°С Трубопровод после теплообменника
после теплообменника Т-5 Т-5(поз. 16-1) регулируется
клапаном подачи обратной оборотной
воды после теплообменника Т-5 (поз.
Контроль и регулирование температуры 50°С Трубопровод после теплообменника Т-6
после теплообменника Т-6 (поз. 17-1) регулируется клапаном
подачи обратной оборотной воды после
теплообменника Т-5 (поз. 17-5)
Контроль и регулирование температуры 20°С Трубопровод после теплообменника
после теплообменника Т-7 Т-7(поз. 18-1) регулируется клапаном
подачи аммиака после сепаратора О-2 в
теплообменник Т-7 (поз. 18-5)
Контроль и регулирование уровня 200 мм В сепараторе О-2 регулируется
аммиака в сепараторе О-2 клапаном подачи жидкого в сепаратор
Контроль расхода обессоленной воды в 30 тч Трубопровод до колонны Кт-1 (поз.
верхнюю часть колонны Кт-1 20-1)
Контроль давления в средней зоне 02МПа Средняя зона колонны Кт-1
Контроль давления метанольного 03МПа Трубопровод после насоса Н-3
формалина после насоса Н-3
Контроль давления метанольного 03МПа Трубопровод после насоса Н-4
формалина после насоса Н-4
Контроль давления метанольного 03МПа Трубопровод после насоса Н-5
формалина после насоса Н-5
Контроль температуры пара до входа в 175°С Трубопровод до теплообменника Т-10
теплообменник Т-10 (поз. 29-1)
Контроль и регулирование расхода пара 69 тч Трубопровод перед теплообменником Т-10
до теплообменника Т-10 (поз. 30-1) регулируется клапаном
подачи пара в теплообменник Т-10 (поз.
Контроль и регулирование уровня в 960 мм Куб колонны Кт-2 регулируется клапаном
кубе колонны Кт-2 подачи формалина на склад (поз. 31-5)
Контроль расхода товарного формалина 202 тч Трубопровод насоса Н-8 (поз. 31-1)
на склад после насоса Н-8
Контроль давления товарного 02 МПа Трубопровод после насоса Н-8
формалина после насоса Н-8
Контроль давления в кубе колонны Кт-20069 МПа Куб колонны Кт-2
Контроль температуры в кубе колонны 115°С Куб колонны Кт-2 (поз. 35-1)
Контроль температуры на тарелке 98°С Тарелка питания колонны Кт-2 (поз.
питания в колонне Кт-2 36-1)
Контроль и регулирование уровня 800 мм Емкость Е-4 регулируется клапаном
метанола в емкости Е-4 возвратного метанола (поз. 40-5)
Контроль расхода возвратного метанола10 тч Трубопровод после колонны Кт-2 (поз.
после колонны Кт-2 41-1)
Расходные коэффициенты по сырью вспомогательным материалам
Таблица 3а - Расходные коэффициенты по сырью вспомогательным материалам
Виды сырья Значения
На 1 тонну формальдегида
Технический метанол 1696 тт
Катализатор 22774 грт
Расходные коэффициенты на энергоносители
Таблица 3б - Расходные коэффициенты на энергоносители
Виды энергоносителей Значения
на 1 т формальдегида
Электроэнергия 584031 кВтчт
Вода оборотная 0108 м3т
Холод аммиачный 0062 Гкалт
Экспликация технологического оборудования
Таблица 3в - Экспликация технологического оборудования
Наименование и назначение технологического Характеристики оборудования
оборудования позиция по технологической
Теплообменное оборудование
Калорифер поз.Т-1 Для подогрева атмосферного- поверхность теплообмена - 546 м2;
воздуха - расчетное давление 6 МПа (6кгссм2);
- разрешенное давление 06 МПа (6 кгссм2).
Теплообменник поз.Т-2. Для подогрева - диаметр - 600мм;
метанола - трубки 25×2×6000мм;
- поверхность теплообмена - 90 м2;
- расчетное давление:
в трубном пространстве - 22 МПа
в межтрубном пространстве - 21 МПа
- расчетная температура - 200°С.
Испаритель поз. Т-3. - поверхность теплообмена - 200м2;
Для испарения метанольной шихты в токе - диаметр камеры - 300 мм;
воздуха - трубки 25×2×4000мм;
- количество - 1589 шт.;
в трубном пространстве - 03 МПа (3кгссм2).
Продолжение таблицы 3в
в межтрубном пространстве - 06 МПа
- разрешенное давление - 06 МПа
- диаметр теплообменника - 1400мм;
Перегреватель поз. Т-4. Для подогрева - поверхность теплообмена - 244м2;
метанольной шихты - диаметр - 1000 мм;
- трубки 21×2×4000мм;
- количество - 790 шт.;
в трубном пространстве - 06 МПа (6кгссм2);
в межтрубном пространстве - 18 МПа (18 кгссм2);
- расчетная температура - 200°С (в межтрубном пространстве) и 150°С
Холодильник 4-х элементный поз.Т-5. Для - поверхность теплообмена одного элемента - 353м2;
охлаждения абсорбента I зоны Кт-1 - общая поверхность теплообмена - 1419м2;
- диаметр - 1000 мм;
- трубки 25×2×6000мм;
- количество - 754 шт.;
в межтрубном пространстве - 09 МПа
- разрешенное давление - 06 МПа (6кгссм2);
- расчетная температура - 100°С.
Холодильник 2-х элементный поз.Т-6. Для - поверхность теплообмена одного элемента - 329м2;
охлаждения абсорбента II зоны Кт-1 - общая поверхность теплообмена - 658м2;
- количество - 702 шт.;
Продолжение таблицы 3в
Холодильник 6-ти ходовой поз.Т-7. Для - поверхность теплообмена - 288м2;
охлаждения абсорбента III зоны Кт-1 - диаметр - 1000 мм;
- количество - 718 шт.;
в трубном пространстве - 10 МПа (10кгссм2);
в межтрубном пространстве - 18 МПа
- разрешенное давление:
в трубном пространстве - 09 МПа (9кгссм2);
Холодильник поз. Т-8. Для охлаждения - поверхность теплообмена - 23м2;
конденсата в Кт-1 - диаметр - 400 мм;
- трубки 25×2×3000мм;
- количество - 100 шт.;
в межтрубном пространстве - 10 МПа
Рекуперативный теплообменник поз. Т-9. Для - поверхность теплообмена одного элемента - 47м2;
охлаждения мезметанольного формалина из куба - общая поверхность теплообмена - 141м2;
колонны Кт-2 - диаметр - 400 мм;
- разрешенное давление - 075МПа (75кгссм2);
Кипятильник поз. Т-10. Для подогрева кубовой - поверхность теплообмена - 246м2;
жидкости колонны Кт-2 - диаметр - 1000 мм;
- трубки 25×2×4000мм;
- количество - 747 шт.;
в трубном пространстве - 04 МПа (4кгссм2);
в межтрубном пространстве - 07 МПа
- расчетная температура:
корпус - 115°С; трубная часть - 165°С.
Дефлегматор 6-ти ходовой поз. Т-11. Для - поверхность теплообмена - 540м2;
конденсации паров метанола - диаметр - 1200 мм;
- количество - 673 шт.;
в трубном пространстве - 16 МПа (16кгссм2);
в межтрубном пространстве - 055 МПа
Холодильник воздушный АВГ-3 поз. Т-12. Для - количество калориферов – 3 шт;
охлаждения парового конденсата после Т-10 - 2-х ходовой;
- трубки 21х2х4000;
- количество - 5648 рядов;
- поверхность теплообмена: наружная – 590 м2; внутренняя – 52 м2;
- привод: тип привода ВЗ
тип электродвигателя ВАО – 82 – ВУГ;
номинальная мощность – 30 квт;
скорость вращения - 980 обмин;
передаточное число – 227;
вентилятор типа ЦАГИ – УК – 2М;
диаметр колеса – 2800 мм;
число лопастей – 8 шт;
- Расчетное давление калорифера 16 МПа (16 кгссм2);
- Разрешенное давление 16 МПа (16 кгссм2)
- Расчетная температура – 3000 С.
Массообменное оборудование
Поглотительная колонна (абсорбер) поз. Кт-1 с- диаметр - 3200 мм;
глухими тарелками насадкой со стволом - высота - 30125мм;
факела. Для поглощения (абсорбции) метанола - количество глухих тарелок - 2тарелок типа ТСК-Р 24 шт.;
формальдегида и сжигания выхлопных газов - высота слоя насадки - 36 м в нижней и средней зонах 315 м в
верхней зоне 135 в санитарной зоне;
- расчетное давление - 06 МПа (6кгссм2);
- расчетная температура - 100°С;
- разрешенная температура - 140°С;
- высота общая 42м (60 м);
- высота ствола факела - 121 м (139);
- диаметр ствола факела - 500800мм (6001100мм).
Ректификационная колонна поз. Кт-2. Для - диаметр - 3600 мм;
отгонки метанола - высота - 48800мм;
- количество глухих тарелок - 71 шт.:
тарелок типа ТСК - 36 шт.;
тарелок типа ТСК-РЦ - 35 шт.;
- расчетное давление - 10 МПа (1кгссм2);
- разрешенное давление - 10 МПа (1кгссм2);
- расчетная температура - 115°С.
Реакционное оборудование
Реактор поз. Р-1 окислительного - диаметр - 2600 мм;
дегидрирования метанола адиабатического типа- поверхность теплообмена - 1494м2;
- трубки 25×2×3990 - 4919шт;
в трубном пространстве - 063 МПа (63кгссм2);
в межтрубном пространстве - 03 МПа
- расчетная температура стенок - 250°С.
Насосное и компрессорное оборудование
Насос поз.Н-1. Для перекачивания свежего - электродвигатель АО2-91-2;
метанола. Марка Х9085 - номинальная мощность Nн=75кВт;
- к.п.д. двигателя [pic]
- частота вращения вала n=493с-1
Насос поз. Н-2. Для подачи конденсата в - производительность - 45м3ч;
сепаратор О-1. Марка ХО4554 - напор 54 м.ст.ж.;
- электродвигатель ВАО-62-242;
- число оборотов - 2940об.мин.;
- напряжение 04 кВ;
Насос поз. Н-3. Для откачки метанольного - производительность - 280м3ч;
формалина на питание колонны Кт-2 или - напор 72 м.ст.ж.;
циркуляции по нижней зоне колонны Кт-1. - электродвигатель ВАО-315-4У25;
Марка 8Х-6К-2Г - мощность 132кВт;
- число оборотов - 1480об.мин.;
Насос поз. Н-4. Для циркуляции абсорбента по - производительность - 200м3ч;
II зоне колонны Кт-1. - напор 50 м.ст.ж.;
Марка РМК-100200 - напряжение 04 кВ;
- число оборотов - 2900об.мин.;
- исполнение - ЕЕХдЕIIсТ4 (взрывозащищенное);
- ток номинальный 845 а.
Насос поз. Н-5. Для циркуляции абсорбента по - производительность - 200м3ч;
III зоне колонны Кт-1. - напор 50 м.ст.ж.;
Насос поз. Н-6. Для подачи формалина на склад - производительность - 45м3ч;
и в - напор 90 м.ст.ж.;
Кт-2. - электродвигатель - встроенный;
Марка 3ХГВ-7Х2К - мощность 20кВт;
Насос поз. Н-7. Для подачи флегмы в Кт – 33 и - производительность - 90м3ч;
откачки возвратного метанола. - напор 85 м.ст.ж.;
Марка Х9085 - электродвигатель - ВАО-80-2У;
- число оборотов - 2950об.мин.;
Насос поз. Н-8. Для откачки безметанольного - производительность - 20м3ч;
формалина. - напор 44 м.ст.ж.;
Марка ЦНГ-68 - электродвигатель - встроенный;
(2ХГ-5К-45-2) - мощность 45кВт;
Насос поз. Н-9. Для подачи парового - производительность - 75м3ч;
конденсата. - напор 80 м.ст.ж.;
Марка 6НК-9Х1. - электродвигатель - ВАО-81-2У2;
- напряжение 044 кВ;
Воздухонагнетатель поз. М-1. Для подачи - производительность - 18600 м3ч;
атмосферного воздуха в систему синтеза - конечное давление - 014МПа (14 кгссм2);
формальдегида - электродвигатель СТД-800-2;
- мощность - 800кВт;
- число оборотов - 7870 обмин;
- число оборотов электродвигателя - 2975 обмин;
- исполнение нормальное.
Емкостное оборудование
Сепаратор поз.О-1. Для разделения вторичного - объем - 81 м3;
- диаметр – 1500 мм;
- длина цилиндрической части – 4000 мм;
- расчетное давление 06 МПа (6 кгссм2);
- расчетная температура – 2500 С.
Сепаратор поз.О-2. Для разделения отделения - объем - 25 м3;
- диаметр – 1200 мм.;
- высота цилиндрической части – 1800 мм;
- расчетное давление 20 МПа (20 кгссм2);
- разрешенное давление 20 МПа (20 кгссм2);
- расчетная температура – 3000 С.
Емкость поз.Е-1. Для хранения метанола - объем емкости 174 м3.
Сборник поз.Е-2. Для сбора конденсата системы - объем - 8 м3;
охлаждения реактора.
- диаметр – 1600 мм;
- длина цилиндрической части – 3400 мм;
- разрешенное давление 06 МПа (6 кгссм2);
- расчетная температура – -20 ё +3000 С.
Емкость горизонтальная с подогревателем - полный объем – 200 м3;
поз.Е-3. Для хранения метанольного - рабочий объём – 167 м2;
формалина (Е-31) и безметанольного - диаметр – 4000 мм;
формалина (Е-32) - длина цилиндрической части – 14500 мм;
- расчетное давление: в ёмкости 03 МПа (3 кгссм2) в подогревателе
- разрешенное давление: в емкости 03 МПа (3 кгссм2) в змеевике 06
- расчетная температура – 600 С.
Емкость поз.Е-4. Для сбора возвратного - объем - 10 м3;
- длина цилиндрической части – 4500 мм;
- разрешенное давление 007 МПа (07кгссм2);
- расчетная температура – 650 С.
Емкость с гидрозатвором поз. Е-5. Для - объем - 50 м3;
сбора конденсата перед откачкой в сеть.
- диаметр – 2400 мм;
- длина цилиндрической части – 10000 мм;
- разрешенное давление емкости и гидрозатвора 06 МПа (6кгссм2);
- расчетная температура – 1000 С.
Смеситель поз. Пн-1. Для смешения метанола- объем - 012м3;
и воды - диаметр - 110мм;
- длина цилиндрической части - 800мм;
Огнепреградитель поз. - объем - 04м3;
Пн-2. Для предотвращения проникновения - диаметр - 1000мм;
пламени из реактора в испаритель - расчетное давление - 06 МПа (6кгссм2);
поз. Т-2 - расчетная температура - 750°С.
Спецификация средств автоматизации
Таблица 4а - Спецификация на приборы и средства автоматизации
Позиционное Предельн
Наименование значение количество поИзготови-
параметра средапараметрМесто Наименование и характеристика Тип и проекту тель или
и место отбора а установки модель постав-щи
Продолжение таблицы 4a
2 3 4 5 6 7 8 9 43-1 Контроль и регулирование расхода воды
на входе в Пн-1 69 тч Трубопровод подачи воды в Пн-1
См. поз. 1-1 ДКС-25-150
ГОСТ 8.563.2 1 1 Челябинск
«Метран» 43-2 По месту
Метран-100-Ех-ДД-1411 1 1 Челябинск
«Меран» 43-3 На стойке барьеров
РИФ-А1 1 1 Челябинск
«Метран» 43-4 На стойке барьеров
РИФ-А3 1 1 Челябинск
-6 Контроль и регулирование расхода воды на входе в Пн-1 На
См. поз. 1-5 Sipart PS2
Казань ПО «Теплоконтроль»

3.doc

3 ТЕХНОЛОГЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО
1 Материальный баланс установки
Схема материальных потоков представлена на рисунке 3.1
Перечень оборудования: I - смеситель Пн-1; II - испаритель Т-3 (43-
0°С); III - контактный аппарат Р-1; IV - поглотительная колонна; V -
ректификационная колонна. Перечень материальных потоков: 1 - свежий
метанол; 2 - вода; 3 - возвратный метанол; 4 - воздух; 5 - исходное сырье;
- контактный газ; 7 - метанольный формалин; 8 - выхлопные газы; 9 -
Рисунок 3.1 - Схема материальных потоков
Процесс образования формальдегида осуществляется путем протекания
параллельных реакций: окисления и дегидрирования метанола.
Реакция дегидрирования метанола:
Реакция окисления метанола:
Реакция полного окисления метанола с образованием углекислого
Реакция окисления метанола с образованием угарного газа:
Исходные данные для расчета материального баланса:
- производительность установки П = 195 тыс.тоннгод по изопрену;
- расходные коэффициенты получения изопрена по метанолу 103 тт и
получения формальдегида по метанолу 125 тт;
- годовой эффективный фонд рабочего времени Тэф=8400 чгод;
- селективность превращения метанола в формальдегид S=0876;
- степень превращения метанола х=0718;
- выход фомальдегида [pic]=99768%
- мольное соотношение метанола к воздуху 1:1209.
- массовое соотношение углекислого газа к угарному газу [p
- отношение количеств Моль метанола и воды необходимой на
приготовление метанольной шихты: [pic]
Составим систему стехиометрических уравнений.
Определим массу формальдегида с учетом того что
производительность установки П=190 тыс.тоннгод по изопрену [21].
Т.к. расходный коэффициент получения изопрена по метанолу равен 106
тт то количество метанола для получения 195 тыс.тоннгод изопрена:
Зная что расходный коэффициента получения формальдегида по
метанолу 118 тт мощность установки по формальдегиду:
Так как выход формальдегида составляет 99976% рассчитаем
теоретическую массу образовавшегося формальдегида:
Рассчитаем количество образовавшегося формальдегида:
Вычислим количество метанола пошедшего на целевые реакции.
Так как по реакциям (1) и (2) количество Моль образовавшегося
формальдегида стехиометрически равно количеству Моль метанола пошедшего на
целевые реакции примем что [pic].
Зная селективность и количество метанола пошедшего на целевую
реакцию определим какое количество метанола превратилось всего и сколько
пошло на побочные реакции:
Таким образом всего на побочные продукты пошло [pic]кМольч метанола
(на реакции образования углекислого и угарного газов):
Метанол пошедший на побочные реакции полностью прореагировал с
кислородом и по уравнениям (3) и (4) сумма количеств вещества
образовавшихся угарного и углекислого газов равна количеству вещества
метанола побочных реакций:
В условии дано что отношение масс СО и СО2 составляет 7652. Тогда
представим что х - масса образовавшегося СО тогда 7652х - масса СО2.
Зная что всего образовалось [pic]кМоль этих газов составим и решим
Вычислим количество воды образовавшейся в побочных реакциях:
Определим количество кислорода расходованного на побочные
Всего кислорода: [pic]
Зная конверсию и количество превращенного метанола определим
количество поданного метанола:
Метанол марки А содержит 000001% примесей что не существенно влияет
на расчет материального баланса. Примем что поданный метанол не содержит
Количество и массу не прореагировавшего метанола найдем по
воздуха относится к массе поданного метанола как 1209:1
С учетом того что в воздухе содержится 21% кислорода и 79%
азота количество газов:
Определим количество кислорода пошедшего на реакцию окисления
По реакции окисления метанола (2) кислород относится к
формальдегиду по соотношению 1:2 поэтому:
Количество формальдегида образованного по реакции
По реакции дегидрирования (1) количество формальдегида относится
По уравнению окисления метанола (2) формальдегид относится к воде
по соотношению 1:1 следовательно:
До проведения химических реакций к смеси метанола и воздуха
вводят воду для образования метанольной шихты в мольном соотношении
метанола и воды 0358:1 [22]. Определим массу воды:
Сведем полученные данные в таблицу 3.1
Таблица 3.1 - Таблица материального баланса.
Приход кгч кМольч Расход кгч кМольч
СН3ОН 34320647 1072520 НСНО 20237427 674581
в т.ч. 24642224 770070 СО2 3485675 79220
СН3ОН 9678423 302451 Н2О 15288240 849347
воздух 41493662 N2 32779993 1170714
в т.ч. Н2 800347 400174
СН3ОН не 9678423 302451
N2 32779993 1170714
Н2О на шихту 6911320 383962
Итого 82725630 Итого 82725630
Расходные коэффициенты по сырью и вспомогательным материалам
приведены в форме 3а.
2 Расчет и выбор технологического оборудования
Расчет надконтактного теплоообменника
Рассчитаем и подберем кожухотрубный теплообменник находящегося в
верхней части адиабатического реактора (Р-1) для охлаждения контактного
За исходные данные примем:
- массовый расход контактного газа [pic]
-начальная и конечная температуры контактного газа [pic][pic]
- температура парообразования воды при давлении 025МПа: [pic]
- при средней температуре [pic] контактный газ имеет следующие
характеристики [23]:
Определим тепловую нагрузку:
Определим расход воды с учетом того в межтрубном пространстве
происходит испарение воды при температуре [pic][24]:
[pic] удельная теплота испарения воды
Среднелогарифмическая разность температур [25]:
Для обеспечения турбулентного движения контактного газа при
Re>10000 скорость в трубах должна быть больше [pic]:
Число труб 25[pic]2мм обеспечивающих объемный расход газа при
Определим максимальную величину площади поверхности теплообмена.
Минимальное значение коэффициента теплопередачи для случая теплообмена
между газом и жидкостью (холодильники [pic]) при этом:
Критерий Прандтля для контактного газа при средней температуре
Коэффициент теплоотдачи от контактного газа к стенке [27]: [pic]
[pic]- коэффициент учитывающий физические свойства контактного газа
при средней температуре;
[pic] - массовая скорость контактного газа в трубном
[pic]- внутренний диаметр трубы м
[pic] где [pic]- площадь сечения трубного пространства надконтактного
Средний коэффициент теплоотдачи:
При средней температуре воды и пара [pic] остальные физико-
химические свойства [28]: [pic] [pic] [pic][pic].
Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к кипящему конденсату:
[pic] - определяющий параметр.
[pic]- коэффициент учитывающий теплофизические свойства кипящего
[pic]- поверхностная плотность теплового потока.
Так как [pic] то критерий Нуссельта [29]:
Примем тепловую проводимость загрязнений стенок равными [30]:
[p [pic]. В качестве материала труб выберем нержавеющую сталь с
теплопроводностью [pic].
Сумма термических загрязнений стенки равна:
Коэффициент теплопередачи:
Требуемая поверхность составит:
При этом запас [pic] [30].
Аналогичным образом проведены расчеты остальных теплообменных
аппаратов. Результаты расчетов представлены в формах 3б и 3в.
Рассчитаем и подберем насос для перекачки метанола (Н-1) при
температуре 20°С из открытой емкости в аппарат работающий под давлением
МПа. Расход метанола составляет [pic]. Геометрическая высота подъема
метанола 12 м. Длина трубопровода на линии всасывания 25 м на линии
На линии всасывания установлены два прямоточных вентиля 5 отводов
под углом 90 градусов равным шести диаметрам трубы.
На линии нагнетания - 2 прямоточных вентиля 4 отвода под углом 90
градусов равным шести диаметрам трубы [32].
При температуре 20°С метанол имеет следующие характеристики:
Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую
скорость течения метанола равную 2 мс. Тогда диаметр трубопровода [31]:
Выбираем нержавеющую стальную трубу наружным диаметром 95 мм
толщиной стенок 4 мм. внутренний диаметр трубы [pic]. Фактическая скорость
Примем что коррозия трубопровода незначительна. 2.
Определение потерь на трение и местные сопротивления.
т.е. режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной
Таким образом в трубопроводе имеет место смешанное трение и расчет
[pic] следует проводить по формуле:
Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
Для всасывающей линии:
) вход в трубу (принимает с острыми краями): [p
) прямоточные вентили: для [p интерполяцией
находим что для [p умножая на поправочный коэффициент [pic]
) отводы: коэффициент А=1; В=009; [pic].
Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:
Потерянный напор во всасывающей линии:
Для нагнетательной линии:
) отводы под углом 90°: А=1; В=009; [pic].
) нормальные вентили: для [p интерполяцией
находим что для [pic] [pic]
) выход из трубы: [pic].
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:
Потерянный напор в нагнетательной линии:
Общие потери напора [24]:
Находим потребный напор насоса:
где р1 и р2 - давления в аппаратах из которого перекачивается и в который
Нг - геометрическая высота подъема жидкости.
Такой напор при заданной производительности обеспечивается
одноступенчатыми центробежными насосами. Учитывая широкое распространение
этих насосов в промышленности ввиду достаточно высокого к.п.д.
компактности и удобства комбинирования с электродвигателями выбираем для
последующего рассмотрения именно эти насосы.
Полезная мощность насоса:
Принимая [pic] и [pic] (для центробежного насоса средней
производительности) найдем мощность на валу двигателя:
Заданным подаче и напору более всего соответствует центробежный
насос марки Х9085 для которого при оптимальных условиях работы
[pic] Н=85м и [pic] насос обеспечен электродвигателем АО2-91-2
номинальной мощностью Nн=75кВт [pic]. Частота вращения вала n=483с-1
Аналогично рассчитаны остальные насосы. Результаты расчетов
представлены в формах 3б и 3в.
Проведем расчет реактора (Р-1) на основные параметры.
- массовый расход исходной смеси [p
- масса целевого продукта: [p
- линейная скорость газа в сечении контактного аппарата: [p
- объемная скорость: [p
Определим объемный расход исходной смеси:
При объемной скорости [pic] необходимый объем катализатора равен:
Объемный расход контактного газа при конечной температуре 90935К
Площадь сечения аппарата:
Высота слоя катализатора в аппарате [33]:
Диаметр аппарата цилиндрической формы:
Минимальное время пребывания реагентов в аппарате :
Время пребывания реагентов в аппарате с учетом задержки
прохождения газом пор катализатора [32]:
Высота реакционной зоны аппарата:
Объем реакционной зоны аппарата:
Производительность катализатора [34]:
Рассчитаем необходимый объем емкости (Е-1) необходимый для хранения
- массовый расход метанола: [pic]
- плотность метанола при 20°С : [pic].
Объем емкости определим по формуле [35]:
Аналогично рассчитаны остальные емкости. Результаты приведены в
3 Расчет количества технологического оборудования
Таблица 3.2 – Количество технологического оборудования
Поз. аппарата на Рабочее Резервное Общее количество
технологической количество количество
4 Моделирование технологического узла
Моделирование производственных процессов на ЭВМ позволяет не прибегая
к дорогостоящему эксперименту оценивать множественные характеристики
проектируемых производственных процессов решать задачи возникающие на
стадии разработки наладки и ввода в эксплуатацию сложного
производственного оборудования а также оценивать эффективность различных
технологических методов и вариантов структуры производственных комплексов
В основу универсальной системы моделирования «UniSim Design» заложены
общие принципы расчетов материально-тепловых балансов технологических схем.
Пользуясь программным пакетом «UniSim Design» произведем моделирование
узлов подготовки получения и выделения формальдегида [37].
Рисунок 3.2- Узел подготовки
Исходные данные для моделирования представлены в таблицах 3.3 3.4
Таблица 3.3 – Свойства свежего метанола
Имя потока Метанол свежий
Массовый расход 24642224 кгч
Таблица 3.4 – Свойства возвратного метанола
Имя потока Метанол возвратный
Массовый расход 9678423 кгч
Таблица 3.5 – Свойства воды
Массовый расход 6911320 кгч
Таблица 3.6 – Свойства воздуха
Массовый расход 41493662 кгч
После ввода исходных данных материальных потоков вводим необходимую
аппаратуру необходимую для подготовки сырья.
Свежий метанол поступает в теплообменник Т-2. Результаты полученные
при его моделировании представлены в таблицах 3.7 3.8 3.9.
Таблица 3.7- Параметры материального потока
Имя Метанол Нагретый Конденсат Конденсат
свежий свежий от Т-10 в Е-6
Температура [C] 20 70 218 218
Давление [bar] 21607 21607 22587 22587
Мольный расход [kgmoleh] 769062 769062 134519 134519
Массовый расход [kgh] 24642224 24642224 2423375 2423375
Станд.расход ид.жидк. [m3h]30968 30968 2428 2428
Мольная энтальпия -573637 -55956528-564578 -645033
Мольная энтропия 67987 104809 113543 45141
Теплосодержание [kcalh] -441163469-43034067-7594660 -8676929
Таблица 3.8 – Состав потоков теплообменника Т-2
Метанол Нагретый Конденсат Конденсат в Е-6
свежий свежий от Т-10
Таблица 3.9 – Свойства материальных потоков теплообменника Т-2
Имя Метанол Нагретый КонденсатКонденсат
Температура [C] 20 70 2186019 2186003
Давление [bar] 216072190721607219072258788 2258788
Действ.об.расх. [m3h] 310906470833349760582434901 2908161
Мас.энтальп. [kcalkg] -179027456-174635484-313392 -358051
Мас.энтроп. [kJkg-C] 212182242332710216676302674 2505778
Молек.вес 32041900633204190063180151 180151
Мол.плотность [kgmolem3] 247361366123060510190552462 4625573
Масс.плотность [kgm3] 7925928314738902576 9952667 8333016
Станд.плотность ид.жидк. 79571997077957199707997986 997986
Liq Mass Density Std Cond 796386411579638641151014807 1014807
Мол.теплоемкость [kJkgmole-C]115030365812109410916432884 8300255
Масс.теплоемкость [kJkg-C] 3589998207377924239 3570829 4607388
Теплопроводность [Wm-K] 01818178450160533371349E-02 0649637
Вязкость [cP] 058579877 0309537023163E-02 0122241
Поверх.натяжение [dynecm] 30392603452252226864empty> 3354186
Удельная теплоемкость 115030365812109410916432884 8300255
Фактор сжимаемости 358E-02 328E-02 1 119E-02
Доля пара (мольн.) 0 0 1 0
Доля пара (масс.) 0 0 1 0
Vap. Frac. (Volume basis) 0 0 1 0
Мольн.объем [m3kgmole] 404E-02 434E-02 1810078 216E-02
Действ.расх.газа [ACT_m3h] empty> empty> 2434901 empty>
Дейст. расход жидкости [m3s] 864E-03 926E-03 empty> 808E-04
Расход жидк.станд.усл. [m3h] 309425470430942547042388016 2388016
Станд. расход пара [STD_m3h] 181840489118184048913180629 3180629
Фактор Ватсона 10625315591062531559empty> empty>
Кинемат. вязкость [cSt] 073909168304189145271637124 0146695
CpCv 126374721312754860531148433 111132
Ниж. теплота сгорания 152509728615250972860 0
Ниж. теплота сгорания мас. 475969669647596966960 0
Доля жидкости 1 1 0 1
Парц. давление CO2 [bar] 0 0 0 0
Сред. плотн. жидк [kgmolem3] 248337319224833731925539719 5539719
Теплота испарения 637422097863742209788045473 8045473
Тепл.испарения мас. [kcalkg]198933922519893392254465961 4465961
Нагретый свежий метанол возвратный метанол и вода смешиваются в
смесителе Пн-1. Результаты моделирования представлены в таблицах 3.10 3.11
Таблица 3.10 - Параметры материального потока
Имя Нагретый ВозвратныйВода Метанольная
свежий метанол вода
Температура [C] 70 50 5 53413
Давление [bar] 21607 6897 6897 6897
Мольный расход [kgmoleh] 769062 30205 383640 1454758
Массовый расход [kgh] 2464222 9678423 691132 4123197
Станд.расход ид.жидк. 30968 12163 6925 50056
Мольная энтальпия -559565 -565282 -684506 -593701
Мольная энтропия 104809 81707 1335 70289
Теплосодержание [kcalh] -43034067 -17074651 -26260396 -86369114
Таблица 3.11 – Состав потоков смесителя Пн-1
Нагретый ВозвратныйВода Метанольная вода
Таблица 3.12 – Свойства материальных потоков смесителя Пн-1
Температура [C] 70 50 5 5341395
Давление [bar] 21607219076897241 6897241 6897241
Действ.об.расх. [m3h] 33349760581273771 676017 5226348
Мас.энтальп. [kcalkg] -1746354 -17642 -379962 -209471
Мас.энтроп. [kJkg-C] 32710216672550022 741E-02 2479992
Молек.вес 3204190063320419 180151 2834283
Мол.плотность [kgmolem3] 23060510192371347 5675011 2783508
Масс.плотность [kgm3] 738902576 7598247 1022359 788925
Станд.плотность ид.жидк. 795719970779572 997986 8237031
Liq Mass Density Std Cond 79638641157963864 1014807 8264041
Мол.теплоемкость 12109410911182267 7415147 1074032
Масс.теплоемкость [kJkg-C] 377924239 3689752 4116073 378943
Теплопроводность [Wm-K] 0160533371016917 0577988 0254983
Вязкость [cP] 03095370230391935 1501204 0411722
Поверх.натяжение [dynecm] 2252226864256314 755394 3618192
Продолжение таблицы 3.12
Удельная теплоемкость 12109410911182267 7415147 1074032
Фактор сжимаемости 328E-02 108E-02 526E-03 913E-03
Доля пара (мольн.) 0 0 0 0
Доля пара (масс.) 0 0 0 0
Vap. Frac. (Volume basis) 0 0 0 0
Мольн.объем [m3kgmole] 434E-02 422E-02 176E-02 359E-02
Дейст. расход жидкости 926E-03 354E-03 188E-03 145E-02
Расход жидк.станд.усл. 30942547041215292 6810476 4989322
Станд. расход пара 18184048917141925 907096 3439693
Фактор Ватсона 10625315591062532 empty> 1062532
Кинемат. вязкость [cSt] 04189145270515823 1468373 0521877
CpCv 12754860531273801 113981 1229321
Ниж. теплота сгорания 15250972861525097 0 1122907
Ниж. теплота сгорания мас.47596966964759697 0 3961874
Доля жидкости 1 1 1 1
Сред. плотн. жидк 24833731922483373 5539719 2906213
Теплота испарения 63742209787369139 8899532 7910111
Далее метанольная вода смешивается с нагретым воздухом и направляется
испаритель Т-3. Результаты моделирования приведены в таблицах 3.13-3.17.
Таблица 3.13 - Параметры материального потока в смесителе
Имя Метанольная Нагретый Смесь в
вода воздух испаритель Т-3
Температура [C] 53413 100 40468
Давление [bar] 6897 3955 3955
Мольный расход [kgmoleh] 1454758 144245 2897208
Массовый расход [kgh] 4123197 41493 8272497
Станд.расход ид.жидк. [m3h] 50056 48309 98366
Мольная энтальпия [kcalkgmole] -593701 526609 -29549
Мольная энтропия [kJkgmole-C] 70289 188806 126536
Теплосодержание [kcalh] -8636911491 759608057-8560950685
Таблица 3.14 – Состав потоков смесителя
Метанольная водаНагретый воздух Смесь в испаритель Т-3
Метанол 0 0188 0094
Продолжение таблицы 3.14
Кислород 0736 0 0369
Таблица 3.15 – Свойства материальных потоков смесителя
Доля пара 0 1 0539446
Температура [C] 5341395 100 4046898
Давление [bar] 6897241 3955245 3955245
Действ.об.расх. [m3h] 5226348 1131455 1035016
Мас.энтальп. [kcalkg] -209471 183069 -103487
Мас.энтроп. [kJkg-C] 2479992 6563621 4431567
Молек.вес 2834283 2876564 2855334
Мол.плотность [kgmolem3] 2783508 0127486 0279919
Масс.плотность [kgm3] 788925 3667223 7992626
Станд.плотность ид.жидк. [kgm3]8237031 8588996 8409887
Liq Mass Density Std Cond 8264041 empty> 5186073
Мол.теплоемкость [kJkgmole-C] 1074032 2959256 6506571
Масс.теплоемкость [kJkg-C] 378943 1028747 2278742
Теплопроводность [Wm-K] 0254983 312E-02 empty>
Вязкость [cP] 0411722 222E-02 empty>
Поверх.натяжение [dynecm] 3618192 empty> 3889395
Удельная теплоемкость 1074032 2959256 6506571
Фактор сжимаемости 913E-03 1 empty>
Доля пара (мольн.) 0 1 0539446
Доля пара (масс.) 0 1 0546123
Vap. Frac. (Volume basis) 0 1 0537621
Мольн.объем [m3kgmole] 359E-02 7843985 3572461
Действ.расх.газа [ACT_m3h] empty> 1131455 empty>
Дейст. расход жидкости [m3s] 145E-02 empty> 130E-02
Расход жидк.станд.усл. [m3h] 4989322 empty> 1595137
Станд. расход пара [STD_m3h] 3439693 3410591 6850285
Фактор Ватсона 1062532 607852 8275984
Кинемат. вязкость [cSt] 0521877 6042806 empty>
CpCv 1229321 1390748 1074316
Ниж. теплота сгорания 1122907 0 563839
Таблица 3.16- Параметры материального потока испарителя Т-3
Имя Смесь в Спиртовоз-душПар Вода для
испаритель Т-3ная смесь охлаждния
Доля пара 0539 1 1 0
Продолжение таблицы 3.16
Температура [C] 40468 100 11335677491133551727
Давление [bar] 3955 3955 1601 1601
Мольный расход 2897207 2897207 1451701 1451701
Массовый расход [kgh]82724967 82724967 26152543 26152543
Станд.расход ид.жидк. 98366 98366 26205 26205
Мольная энтальпия -29548968 -24759728 -569344 -66492179
Мольная энтропия 126536 184718 129676 26233
Теплосодержание -85609506 -71734080 -82651739 -96526779
Таблица 3.17 – Свойства материальных потоков испарителя Т-3
Имя Смесь в Спиртовоз-Пар Вода для
испарительдушная охлаждния
Доля пара 0539446 1 1 0
Температура [C] 4046898 100 11335681133552
Давление [bar] 3955245 3955245 16016491601649
Действ.об.расх. [m3h] 1035016 2272566 29126872792515
Мас.энтальп. [kcalkg] -103487 -867139 -316037-369091
Мас.энтроп. [kJkg-C] 4431567 6469243 71982371456172
Молек.вес 2855334 2855334 180151 180151
Мол.плотность [kgmolem3] 0279919 0127486 498E-025198545
Масс.плотность [kgm3] 7992626 3640158 08978849365231
Станд.плотность ид.жидк. [kgm3]8409887 8409887 997986 997986
Liq Mass Density Std Cond 5186073 5186073 10148071014807
Мол.теплоемкость [kJkgmole-C] 6506571 3782845 40165527597925
Масс.теплоемкость [kJkg-C] 2278742 1324834 22295474217531
Теплопроводность [Wm-K] empty> 257E-02 255E-020685186
Вязкость [cP] empty> 134E-02 125E-020244337
Поверх.натяжение [dynecm] 3889395 empty> empty> 560424
Удельная теплоемкость 6506571 3782845 40165527597925
Фактор сжимаемости empty> 1 1 959E-04
Доля пара (мольн.) 0539446 1 1 0
Доля пара (масс.) 0546123 1 1 0
Vap. Frac. (Volume basis) 0537621 1 1 0
Мольн.объем [m3kgmole] 3572461 7843985 2006395192E-02
Действ.расх.газа [ACT_m3h] empty> 2272566 2912687empty>
Дейст. расход жидкости [m3s] 130E-02 empty> empty> 776E-03
Расход жидк.станд.усл. [m3h] 1595137 1595137 25770952577095
Станд. расход пара [STD_m3h] 6850285 6850285 34324663432466
Продолжение таблицы 3.17
Фактор Ватсона 8275984 8275984 empty> empty>
Кинемат. вязкость [cSt] empty> 368845 13971210260898
CpCv 1074316 128171 126104 1189774
Ниж. теплота сгорания 563839 563839 0 0
Ниж. теплота сгорания мас. 1974686 1974686 0 0
Доля жидкости 0460554 0 0 1
Сред. плотн. жидк [kgmolem3] 2945325 2945325 55397195539719
Рисунок 3.3- Реакторный блок
Спиртовоздушная смесь после испарителя Т-3 направляется в реактор а
затем в надконтактный теплообменник. Результаты моделирования приведены в
таблицах 3.18 – 3.22.
Таблица 3.18 - Параметры материального потока реактора Р-1
Имя Спиртовоздушная смесьКонтактный газ
Температура [C] 100 600226
Давление [bar] 3955 3955
Мольный расход [kgmoleh] 2897208 3473041
Массовый расход [kgh] 8272497 8272452
Станд.расход ид.жидк. [m3h] 98366 111219
Мольная энтальпия [kcalkgmole] -247597 -206546
Таблица 3.19 – Превращения метанола
Конверсия метанола Превратилось
Дегидрирование 373 399526
Окисление 225 241001
Полное окисление 738 79048
Неполное окисление 152 16280
Таблица 3.20 – Материальный баланс реактора
Вошло Превратилось Вышло
Кислород 272297 -255354 16943
Азот 1170152 0 1170152
Метанол 1071118 -735858 335259
Вода 383640 431660 815300
Оксид углерода 0 16280 16280
Диоксид углерода 0 79048 79048
Водород 0 39952 399526
Формальдегид 0 640528 640528
Таблица 3.21 – Свойства материальных потоков реактора Р-1
Имя Спиртовоздушная Контактный газ
Температура [C] 100 5602269
Давление [bar] 3955245 3955245
Действ.об.расх. [m3h] 2272566 6084216
Мас.энтальп. [kcalkg] -867139 -867145
Мас.энтроп. [kJkg-C] 6469243 88152
Молек.вес 2855334 2381904
Мол.плотность [kgmolem3] 0127486 571E-02
Масс.плотность [kgm3] 3640158 1359658
Станд.плотность ид.жидк. [kgm3]8409887 7437942
Liq Mass Density Std Cond 5186073 empty>
Мол.теплоемкость [kJkgmole-C] 3782845 4330824
Масс.теплоемкость [kJkg-C] 1324834 1818219
Теплопроводность [Wm-K] 257E-02 779E-02
Вязкость [cP] 134E-02 285E-02
Удельная теплоемкость 3782845 4330824
Фактор сжимаемости 1 1
Доля пара (мольн.) 1 1
Доля пара (масс.) 1 1
Vap. Frac. (Volume basis) 1 1
Мольн.объем [m3kgmole] 7843985 1751841
Действ.расх.газа [ACT_m3h] 2272566 6084216
Дейст. расход жидкости [m3s] empty> empty>
Расход жидк.станд.усл. [m3h] 1595137 empty>
Станд. расход пара [STD_m3h] 6850285 8211809
Фактор Ватсона 8275984 8920796
Кинемат. вязкость [cSt] 368845 2098564
CpCv 128171 1237596
Ниж. теплота сгорания 563839 4458795
Ниж. теплота сгорания мас. 1974686 1871945
Парц. давление CO2 [bar] 0 900E-02
Таблица 3.22 – Свойства материальных потоков надконтактного теплообменника
Имя Контактный Контактный Вода Пар
Температура [C] 5602269 200 1332602 1332622
Давление [bar] 3955245 3955245 297458 297458
Действ.об.расх. [m3h] 6084216 3454316 2515359 1457668
Мас.энтальп. [kcalkg] -867145 -10116 -367075 -31538
Мас.энтроп. [kJkg-C] 88152 7872079 1668512 6991228
Молек.вес 2381904 2381904 180151 180151
Мол.плотность [kgmolem3] 571E-02 0100542 5101418 880E-02
Масс.плотность [kgm3] 1359658 2394816 9190255 1585875
Станд.плотность ид.жидк. 7437942 7437942 997986 997986
Liq Mass Density Std Cond empty> empty> 1014807 1014807
Мол.теплоемкость [kJkgmole-C]4330824 3643405 768089 4335327
Масс.теплоемкость [kJkg-C] 1818219 1529618 4263584 2406496
Теплопроводность [Wm-K] 779E-02 445E-02 0687888 272E-02
Вязкость [cP] 285E-02 178E-02 0205533 133E-02
Поверх.натяжение [dynecm] empty> empty> 5210609 empty>
Удельная теплоемкость 4330824 3643405 768089 4335327
Фактор сжимаемости 1 1 173E-03 1
Доля пара (мольн.) 1 1 0 1
Доля пара (масс.) 1 1 0 1
Vap. Frac. (Volume basis) 1 1 0 1
Мольн.объем [m3kgmole] 1751841 9946085 196E-02 1135972
Действ.расх.газа [ACT_m3h] 6084216 3454316 empty> 1457668
Дейст. расход жидкости [m3s] empty> empty> 699E-03 empty>
Расход жидк.станд.усл. [m3h] empty> empty> 2277949 2277949
Станд. расход пара [STD_m3h] 8211809 8211809 3034029 3034029
Фактор Ватсона 8920796 8920796 empty> empty>
Кинемат. вязкость [cSt] 2098564 7413948 0223643 8379096
CpCv 1237596 1295679 1195999 1237291
Ниж. теплота сгорания 4458795 4458795 0 0
Ниж. теплота сгорания мас. 1871945 1871945 0 0
Доля жидкости 0 0 1 0
Парц. давление CO2 [bar] 900E-02 900E-02 0 0
Сред. плотн. жидк [kgmolem3] 3122687 3122687 5539719 5539719
Рисунок 3.4- Узел выделения формальдегида
После реактора и надконтактного теплообменника контактный газ
направляется на узел выделения формальдегида в абсорбционную и
ректификационную колонны. При моделировании ректификационной колонны Кт-2
в спецификацию вводим составы товарного формалина (кубового продукта) и
метанола (дистиллята) приведенные в таблице 3.23.
Таблица 3.23 – Состав товарного формалина (кубового продукта) и метанола
Вещество Содержание % масс.
Товарный формалин (кубовый продукт)
Метанол (дистиллят)
Результаты моделированяия ректификационнной колонны Кт-2 приведены в
таблицах 3.24 3.25 3.26.
Таблица 3.24 - Параметры материального потока
Имя Метанольный Метанол Формалин
Температура [C] 85 73323 114999
Давление [bar] 1602 1405 1689
Мольный расход [kgmoleh] 898150 307367 590783
Массовый расход [kgh] 38292 9947837 28344162
Станд.расход ид.жидк. [m3h] 37887 12394 25492
Мольная энтальпия [kcalkgmole] -81984437 -56665372 -9460114
Таблица 3.25 – Состав материальных потоков
Питание Дистиллят Кубовый продукт
Метанол 0336237 0979773 142E-03
Формалин 0663763 202E-02 0998575281
Таблица 3.26 – Свойства материальных потоков
Имя Метанольный Формалин Метанол
Температура [C] 85 115 7332321
Давление [bar] 1602 1689909 1405516
Действ.об.расх. [m3h] 4072877 2817568 1343898
Мас.энтальп. [kcalkg] -192297 -197179 -175084
Мас.энтроп. [kJkg-C] 2167926 209191 2623271
Молек.вес 4263429 4797726 3236468
Мол.плотность [kgmolem3] 2205199 2096784 228713
Масс.плотность [kgm3] 9401708 100598 7402225
Станд.плотность ид.жидк. [kgm3] 1010688 1111879 8025724
Liq Mass Density Std Cond [kgm3] 1014616 1112436 8035319
Мол.теплоемкость [kJkgmole-C] 1084105 1039818 1211916
Масс.теплоемкость [kJkg-C] 25428 2167314 3744562
Теплопроводность [Wm-K] 0161652 0156394 0159276
Вязкость [cP] 030874 0310194 0298392
Поверх.натяжение [dynecm] 2552459 2445907 2216637
Удельная теплоемкость 1084105 1039818 1211916
Фактор сжимаемости 244E-03 250E-03 213E-03
Доля пара (мольн.) 0 0 0
Доля пара (масс.) 0 0 0
Vap. Frac. (Volume basis) 0 0 0
Мольн.объем [m3kgmole] 453E-02 477E-02 437E-02
Действ.расх.газа [ACT_m3h] empty> empty> empty>
Дейст. расход жидкости [m3s] 113E-02 783E-03 373E-03
Расход жидк.станд.усл. [m3h] 3774038 2547937 1238014
Станд. расход пара [STD_m3h] 2123626 1396874 7267521
Фактор Ватсона 853483 7832051 1054131
Кинемат. вязкость [cSt] 0328387 030835 0403112
CpCv 1293848 131046 1282207
Созданная математическая модель адекватна реальной установки.
Результаты полученные при моделировании с помощью программы «UniSim
Design» совпадают с результатами расчета материального баланса установки
получения формальдегида описанные в разделе 3.1.
5 Механический расчет основного аппарата
Расчет проведен в соответствие с ГОСТ 14249-80 ОСТ 26-11-04-84.
Расчет толщины стенки корпуса аппарата.
Исходные данные для расчета:
- расчетное давление в реакторе – 3 кгссм2;
- расчетная температура в реакторе 7000С;
- материал: сталь 12Х18Н10Т.
- допускаемое напряжение при данных параметрах для стали 12Х18Н10Т
равно G=1170 кгссм2;
- φ = 10 – коэффициент прочности сварного шва;
- с = 015 мм – прибавка на коррозию;
- с1 = 09 мм – минусовой допуск на лист металла при прокате;
- D = 2200 мм – внутренний диаметр аппарата.
Из условий работы толщина стенки рассчитывается по формуле:
Исходя из рассчитанных значений толщины стенки аппарата принимаем S=
Расчет толщины стенки эллиптического днища аппарата.
Из условия работы толщина стенки эллиптического днища:
Исходя из рассчитанных значений толщины стенки эллиптического днища
Расчет на прочность укреплений отверстий.
Одиночное отверстие не требующее дополнительного укрепления
рассчитывается по формуле:
где C4 = 25 мм – сумма прибавок к расчетной толщине;
- в корпусе аппарата:
- в эллиптическом днище:
Расчет укреплений люка в обечайку [41].
- внутренний диаметр люка-лаза dвн = 600 мм;
- исполнительная толщина стенки люка S1 = 10 мм;
- длина внешней части люка L1 = 200 мм;
- длина внутренний части люка L2 = 8 мм;
- ширина накладного кольца люка L3 = 300 мм.
Расчет проводим по формуле:
Принимаем S1R = 10 мм.
Расчет длины внешней части люка.
Принимаем длину внешней части люка L1R = 100 мм.
Расчет укрепления отверстий в обечайке.
Расчет наибольшего допустимого диаметра отверстия не требующего
дополнительного укрепления.
Наибольший допустимый диаметр отверстия не требующий дополнительного
укрепления определяется по формуле:
где: S = 12 см – исполнительная толщина стенки обечайки;
Sp – расчетная толщина стенки обечайки см;
С = 02 см – прибавка на коррозию;
Dp – расчетный внутренний диаметр стенки обечайки см.
Расчетная толщина стенки обечайки:
d0 = 139 см следовательно отверстия Dу 600 Dу 200 требуют
Укрепление отверстия Dу 600 накладным кольцом.
Условие укрепления отверстия:
где: S2p = 08 см – расчетная толщина накладного кольца;
d = 600 см – внутренний диаметр штуцера.
Ширина накладного кольца:
где: S2 = 12 см – принятая толщина накладного кольца;
Принимаем ширину накладного кольца L = 350 см.
Аналогично проведенному расчету для отверстия Dу 600 проводится
Для Dу200 ширина накладного кольца 125см при внутреннем диаметре d
= 20см и толщине накладного кольца S2p = 02см.
Расчет укрепления отверстия в днище.
Sp = Pp * D (2 * доп *- Pp) = 3 * 220 (2 * 1134 – 3) = 029 см;
Следовательно для отверстия Dу200 не требуется укрепления.
Расчет толщины обечайки d = 600 мм работающей под внутренним
Расчетная толщина обечайки:
где: φ = 095 – коэффициент прочности продольного сварного шва;
С1 = 0 см – дополнительная прибавка;
Принимается толщина обечайки 1 см.
Расчет диаметра штуцера ввода и вывода сырья [42].
Внутренний диаметр штуцера ввода сырья в реактор рассчитаем по
где [pic]– объемный расход спиртовоздушной смеси на 1 реактор (из
материального баланса);
[pic]=35 мс – скорость газа в линии нагнетания.
Принимаем диаметр штуцера ввода сырья D=600 мм [25].
Аналогично рассчитываем диаметр штуцера выхода образовавшегося
где [pic]– объемный расход контактного газа на выходе из 1 реактора (из
[pic]=30 мс – скорость газа.
Принимаем диаметр штуцера выхода формальдегида D=600 мм.
Определение нагрузок на опоры.
Реактор представляет собой вертикальный аппарат который укреплен на
стальных подвесных лапах. Основные характеристики опоры показаны в
Таблица 3.27 - Основные характеристики опоры
Наименование Параметр мм
- расстояние от края аппарата до центра
- толщина монтажной опоры 20
6 Тепловой баланс реактора
Рассчитаем тепловой баланс адиабатического реактора при условии что
материальные потоки поступают в реактор при температуре [pic][21]. Потери в
окружающую среду примем равным 7% от приходящего тепла.
Необходимые для расчетов стандартные величины энтальпии и
теплоемкости представлены в таблице 2.28.
Таблица 2.28 - Стандартные величины энтальпии и теплоемкости исходных
веществ и продуктов реакции [43].
Вещества Ср Дж(Моль К) [pic] кДжМоль
Рассчитаем тепловые эффекты целевых и побочных реакций:
Вычислим количество теплоты образованной в результате химических
[pic] 3. Количество приходящей теплоты равно сумме теплоты материальных
потоков и определяется по формуле:
Потери в окружающую среду составляют:
Согласно закону сохранения энергии:[pic]
Температура продуктов на выходе из реактора: [pic]
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА

6.doc

6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В разделе произведен технико-экономический расчет установки
окислительного дегидрирования метанола и выделения формалина мощностью 195
0 тонн в год по изопрену.
1 Расчёт капитальных вложений
Объем капитальных вложений в основные фонды состоит из капитальных
затрат на здания и сооружения электросиловое и технологическое
оборудование КИП и А трубопроводы и неучтенное оборудование.
Годовая сумма амортизации определяется по формуле
где К – полная сметная стоимость групп основных фондов руб.
На – годовая норма амортизации %
Таблица 6.1– Расчет капитальных затрат на здания и сооружения
Наиме-ноЕди-ницаСтрои-телСметная Общая Норма Сумма
вание изме-реньный стоимость сметная аморти-зацАморти-за
ия объем руб. стоимость ии % ции руб.
Здания м3 864 30000 25920000 25 648000
Сооруженм3 1686 28000 47208000 5 2360400
Итого 73128000 3008400
Расчет капитальных затрат на оборудование производим по таблице 6.2.
Таблица 6.2 – Расчет капитальных затрат на оборудование
Кол-вПервона-чаПолная Норма Сумма
Наименование о льная сметная амортиамортиза-ци
оборудования ед. стои-мостьстоимость за-циии руб
Реактор поз. Р-1 1 196575134196575134 85 16708886
Колонна поз. К-1 1 23889600 23889600 8 2030616
Колонна поз. К-2 1 119990080 111350080 8 101991568
то поз. Т-1 1 1104048 1104048 9 993643
то поз. Т-2 1 3867591 3867591 9 3480832
то поз. Т-3 1 42215118 42215118 9 3799361
то поз. Т-4 1 776886 776886 9 699197
то поз. Т-5 1 4775463 4775463 9 4297917
то поз. Т-6 1 18757266 18757266 9 1688154
то поз. Т-7 1 11472318 11472318 9 1032509
то поз. Т-8 1 6997188 6997188 9 629747
то поз. Т-9 1 8107902 8107902 9 729711
то поз. Т-10 2 17643582 35287164 9 3175845
то поз. Т-11 1 19924806 19924806 9 1793233
то поз. Т-12 1 973322 973322 9 875989
Сепаратор О-1 2 3712968 7425936 83 616353
Сепаратор О-2 2 32480 64960 83 53917
Емкость поз. Е-1 1 8402604 8402604 83 697416
Емкость поз. Е-2 2 787836 1575672 83 130781
Емкость поз. Е-3 4 8402604 33610416 83 2789665
Емкость поз. Е-4 2 866292 1732584 83 130781
Емкость поз. Е-5 2 3654924 7309848 83 606717
Насос поз. Н-1 2 519108 1038216 11 1142038
Насос поз. Н-2 2 5111304 10222608 11 1124487
Насос поз. Н-3 2 6049692 12099384 11 1330932
Насос поз. Н-4 2 551628 1103256 11 1213582
Насос поз. Н-5 2 551628 1103256 11 1213582
Насос поз. Н-6 2 644028 1288056 11 1416862
Насос поз. Н-7 2 519108 1038216 11 1142038
Насос поз. Н-8 2 21529432 43058864 11 473648
Насос поз. Н-9 2 5710188 11420376 11 1256241
Компрессор поз. М-1 1 4979370 4979370 11 5477307
Смеситель поз.Пн-1 2 422560 845120 83 701449
Огнепреград. 1 415240 415240 83 344649
Итого: 2109812199 1840651949
оборудование (10%) 210981209910
III -Электросиловое 1054906049 7 73843423
IV Трубопроводы(15%) 3164718148 18 569649267
V -КИПиА(25%) 5274530247 15 791179537
-Итого: 11603966540 1645653437
Всего: 32702087530 3486305386
Капитальные вложения в нормируемые оборотные средства принимаем в
размере 12% от капитальных вложений в основные фонды:
где Кз – капитальные затраты на здания и сооружения руб.;
Ко – капитальные затраты на оборудование руб.;
Нос - укрупненный норматив оборотных средств от стоимости основных
производственных фондов. НОС
= (73128000+32702087530)12100 = 4801786504 руб.
Общая сумма капитальных вложений составляет:
КВобщ. = Кз + Ко + НОС
КВпроект = 73128000+32702087530+4801786504= 44816674040 руб.
2 Расчет численности персонала
Производство - непрерывное режим работы круглосуточный без остановок
в выходные и праздничные дни.
Длительность рабочего дня – 8 часов длительность рабочей смены - 8
Количество выходных дней рассчитано исходя из пятибригадного графика
Невыходы на работу предусмотрим в балансе рабочего времени следующих
продолжительность отпуска - 30 дней;
выполнение государственных обязанностей - 2 дня;
прочие невыходы - 2 день.
Расчет эффективного фонда рабочего времени одного рабочего приведен в
таблице 6.3 а расчет численности основных рабочих в таблице 6.4.
Таблица 6.3 –Расчет эффективного фонда рабочего времени одного рабочего
Непрерывное Периодическое
Показатели производство 5-х производство
бригадное 4-х пятидневная рабочая
Календарный фонд 365 365
Выходные дни 73 104
Праздничные дни - 12
рабочего времени 292 249
Плановые невыходы: 36 36
дополнительные отпуска 30 30
3 Гос. обязанности 2 2
4 Прочие невыходы 2 2
Эффективный фонд 256 213
рабочего времени (дни)
Эффективный фонд 1536 1704
рабочего времени (часы)
Таблица 6.4 – Расчет численности основных рабочих
Наименование профессий Раз-ряНорма Количе-сЧисленность
Смен-нЯвоч-нСписоч-н
Аппаратчик газоразделения 6 3 3 1 4 6
Аппаратчик газоразделения 5 3 3 1 4 5
Аппаратчик окислительного 5 05 1 2 8 10
Машинист компрессорных 5 1 1 1 4 5
Машинист насосов 4 9 9 1 4 5
Численность основных рабочих в смену определяем по формуле:
где n – количество аппаратов Нобс – норма обслуживания.
Расчет явочного числа рабочих производим по формуле:
где С – количество смен в сутки.
Списочную численность рабочих определяем по формуле:
где Тэф – эффективный фонд времени дни;
Тк – календарный фонд времени дни.
Рсп = 4365256= 6 чел.
Расчет численности вспомогательных рабочих сведем в таблицу 6.5.
Таблица 6.5– Расчет численности вспомогательных рабочих
Наименование профессий Разряд Численность
Сменная Явочная Списочная
Слесарь по ремонту оборудования5 1 4 5
Слесарь КИП и А 5 1 4 5
Дежурный электрик 5 1 4 5
3 Расчет фонда заработной платы основных и вспомогательных рабочих
Пример расчета фонда зарплаты основных и вспомогательных рабочих.
Условия труда особо вредные – 24%
Премия для основных и вспомогательных рабочих – 35% от тарифного фонда
оплаты труда. Доплата за работу в ночные часы – 40% от часовой тарифной
ставки доплата за работу в праздничные часы – 100%.
Часовую тарифную ставку определяем по формуле:
ЧТС = (РКОБТС + ЧТСдоп.) КврКдоп.
где РКО - ранговый коэффициент оплаты;
БТС - базовая тарифная ставка 1 ранга;
ЧТСдоп. - дополнительная тарифная ставка БТС;
Квр. - коэффициент учета особой вредности;
Кдоп–коэффициент учитывающий сокращенную рабочую неделю.
Расчет фонда заработной платы аппаратчика 6 разряда
Тарифный фонд заработной платы основных и вспомогательных рабочих
рассчитывается по формуле:
ЗТАР j= ТэфЧТС j Р сп
где Тэф эффективный фонд времени одного рабочего Тэф=1536 часа
ЧТС j средняя часовая тарифная ставка соответствующих рабочих
Рсп списочная численность рабочих чел.
ЧТС = (23045 + 125) 12411111 = 15982 руб.
Расчет заработной платы по тарифу
З ТАР= 1536 ч. 15982 руб. 6= 147290687 руб.
Расчет доплаты премиальных
Зпрем.= 147290687 035 = 51551748 руб.
Праздничные часы в год составляют
Праздничные часы на смену: 2885=576 часа
З празд = (576 ч. ЧТС N)
З празд = (576 ч. 15982 руб. 6) = 5523401 руб.
Ночные часы на смену
З ночные = ( Дноч. Тэф.ноч. ЧТС N )
З ночные = (04 3072 ч. 15982 руб. 6) = 11783255 руб.
Фонд доплат = З празд. + З ноч. = 5523401+11783255 = 17306656 руб.
Зосн.=Зтар.+Зпрем.+Зноч.+Зпразд.= 147290687 + 51551741 + 11783255 +
+ 5523401 = 216149083 руб.
Здоп. = 216149083 01 = 21614908 руб.
Згод. = Зосн.+ Здоп.
Згод. = 216149083 + 21614908 = 2377693992 руб.
[pic]ставка ЕСН = 2377693992 0304 = 72280353руб.
Рассчитаем фонд заработной платы начальника смены:
ЧТС = (356· 45 + 125) · 124 · 11111= 23794 руб.
Зтар = 23794 руб. · 1536 ч · 5 чел. = 182737799 руб.
Зпрем =182737799 · 035 = 63958230 руб.
Зноч = 04 · 384 ч. · 23794 руб. · 5 чел. = 14619024 руб.
(для пяти бригад: 1536 5 = 3072ч.)
Зпразд. = 1· 576 ч. · 23794 руб. · 5 чел. = 6852668 руб.
(12 дней · 24 ч = 288 ч; для четырех бригад: 288 5 = 576 ч.)
Зосн. = 182737799 +63958230 +14619024 +6852668 = 268167720 руб.
Здоп. = 268167720 · 01 = 26816772 руб.
Згод. = 268167720 + 26816772 = 294984492 руб.
[pic]ставка ЕСН = 294984492 0304 = 89675286 руб.
Расчет остальных производственных рабочих производится аналогично.
Расчет фонда заработной платы начальника цеха
ЧТС = (РКОБТС + ЧТСдоп.) Квр Кдоп
ЧТС = (561 45 + 125) 124 = 32854 руб.
З тар. = 32854 17041 = 55982875 руб.
Зпрем.= 55982875 035 = 19594006 руб.
Зосн. = Зтар. + Зпрем.
Зосн. = 55982875 + 19594006 = 75576882 руб.
Здоп. = 75576882 01 =7557688 руб.
Згод. = 75576882 + 7557688 = 8313457 руб
[pic]ставка ЕСН = 8313457 0304 =25272909 руб.
Расчет фонда заработной платы уборщицы
ЧТС = (РКОБТС + ЧТСдоп.)
ЧТС = 12 45 + 125 = 665 руб.
ЗТАР j= ТэфЧТС j N j
Зтар. = 665 руб. 1704 1 = 113316 руб.
Зпрем.= 113316 035 = 396606 руб.
Зосн. = 113316+ 396606 = 1529766 руб.
Здоп. = 1529766 01 = 1529766 руб.
Згод. = 1529766 + 1529766 = 16827426 руб.
[pic]ставка ЕСН = 16827426 0304 = 5115538 руб.
Аналогично производится расчет: заместителя начальника цеха механика
цеха начальника отделения. Расчет годового фонда заработной платы
производственных рабочих сведен в таблицу 6.6. Расчет годового фонда
заработной платы РСС приведен в таблице 6.7.
Таблица 6.6– Расчет годового фонда заработной платы производственных рабочих
Слесарь по ремонту оборуд.
Наимено-вание должности Кол-воТэф ч Должностной
Метанол технический т 950639 1696 288288
Катализатор г 2716 22774 38624704
Расчет годового расхода энергетических затрат приведен в таблице 6.9.
Таблица 6.9 – Расчет годового расхода энергетических затрат
Наименование Ед. Цена за Норма Годовая
энергоресурсов измерения единицу расхода на потребность
Электроэнергия кВтч 2586 584031 990516576
Вода оборотная т.м3 1473 0108 19246208
Пар Гкал 60491 11348 1831680
Холод аммиачный Гкал 219636 0062 1051520
Эффективный фонд времени работы оборудования рассчитывается по
Тэфобор = Ткал –Тпр. =365-15=350 дней
где Тэфобор – эффективный фонд времени оборудования час.
Ткал – календарный фонд времени оборудования час. (при
непрерывном производстве =8760 час. в год (36524)
Тпр – простои оборудования на всех видах ремонта технологические
остановки и прочие остановки.
Тэфобор = 8760 - 360=8400 час.
Расчет теоретической потребности электроэнергии на двигательные цели
приведен в таблице 6.10.
Таблица 6.10 – Расчет теоретической потребности электроэнергии на
Наименование Коли-чесЕдинич-наСуммар-нЭффектив-нПотребность в
силового тво я ая ое время электроэнергии
оборудования единицымощностьмощн-остработы кВтчас.
Насос поз.Н-1 1 75 75 8400 630000
Насос поз.Н-2 1 1717 8400 142800
Насос поз.Н-3 1 132 132 8400 1108800
Насос поз.Н-4 1 45 45 8400 378000
Насос поз.Н-5 1 45 45 8400 378000
Насос поз.Н-6 1 20 20 8400 168000
Насос поз.Н-7 1 55 55 8400 462000
Насос поз.Н-8 1 45 45 8400 37800
Насос поз.Н-9 1 40 40 8400 336000
Компрессор поз.М-11 800 800 8400 6720000
Неучтенное силовое 1036140
Расчет годового расхода электроэнергии на двигательные цели с учетом
потерь производится по формуле:
Эдв=(Этеор·Кспр)(Кэл.сет·Кдв)
где Этеор – теоретическая годовая потребность электроэнергии на
двигательные цели кВтчас
Кспр=09 - коэффициент спроса
Кэл.сет=097 - коэффициент потерь в электросетях
Кдв=095 - коэффициент потерь в электродвигателях.
Эдв. проект =(11397540 ·09)(097·095) = 1113161801 кВтч
Годовая потребность электроэнергии на двигательные цели в суммарном
выражении определяется по формуле
где Ээл – затраты на электроэнергию на двигательные цели в суммарном
Зэлдв проект = 1113161801. 2586 = 2878636418 руб.
Составим смету расходов на содержание и эксплуатацию оборудования на
годовой выпуск продукции и сведем все данные в таблицу 6.11.
Таблица 6.11 – Смета расходов на содержание и эксплуатацию оборудования на
годовой выпуск продукции
Наименование статей Сумма руб Методика расчета и
Амортизация оборудования и 3486305386 Таблица 6.2
транспортных средств
Содержание и эксплуатация 3926509379 (2.1+2.2+2.3+2.4)
оборудования в том числе:
1 Заработная плата 529844757 Таблица 6.6
вспомогательных рабочих
2 Отчисления в ЕСН 161072806 Таблица 6.6 или 304% от ст.
3 Затраты на электроэнергию 2878636418 Расчет суммы затрат
для двигательных целей электроэнергии на
4 Другие расходы 356955398 10% от (2.1+2.2+2.3)
Затраты на все виды ремонтов2289146125 7% от полной сметной
оборудования и транспортных стоимости оборудования из
Итого: 6305296268 (1+2+3)
Прочие расходы 126105925 2% от (1+2+3)
Всего: 6431402193 (1+2+3+4)
Удельные расходы на содержание и эксплуатацию оборудования
составляют: Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования Годовой
объем производства продукции
По проекту = 6431402193 169600 = 37921 руб.
Расчет сметы цеховых расходов произведем в таблице 6.12.
Таблица 6.12 – Смета цеховых расходов
Наименование статей Сумма Методика расчета и укрупненные
Содержание цехового 536647079 Таблица 6.7
Отчисления в ЕСН 163140712 Таблица 6.7 или 302% от ст.1
Амортизация зданий и 3008400 табл. 6.1
Содержание зданий и 3656400 5% от сметной стоимости зданий и
сооружений сооружений
Продолжение таблицы 6.12
Текущий ремонт зданий 4387680 6% от сметной стоимости зданий и
и сооружений сооружений
Охрана труда и техника3252171188 15% от суммы зарплаты работающих
безопасности Таблица 6.6 и 6.7
Итого: 2130252978 (1+2+3+4+5+6)
Прочие расходы 213025298 10% от (1+2+3+4+5+6)
Удельные цеховые расходы составляют:
Общая сумма цеховых расходов Годовой объем производства продукции =
=2343278276 169600 = 13816 руб.
5 Расчет калькуляции себестоимости продукции
Калькуляция себестоимости 1 тонны изобутилена проектируемого
производства сведена в таблицу 6.13.
Таблица 6.13 – Калькуляция себестоимости 1 т формальдегида
Статья затрат Ед. Цена за Проектируемое производство
нормы расходасумма руб.
Материальные затраты
Метанол технический т 950639 1696 1612284
Катализатор г 2716 22774 61854
Электроэнергия кВтч 2586 584031 15103
Пар Гкал 60491 11348 6533
Вода оборотная тыс. м31473 0108 167156
Холод аммиачный Гкал 219636 0062 13617
Зар.плата основных руб. 5508
Отчисления в ЕСН руб. 1674
Расходы на содержаниеруб. 37921
Цеховые расходы руб. 13816
Итого цеховая руб. 1935466
Общезаводские расходыруб.
Продолжение таблицы 6.13
Производственная руб. 1974666
Внепроизводственные руб. 39493
Полная себестоимость руб. 2014159
6 Расчет экономической эффективности проектируемого производства
Общая сумма капитальных затрат на проектируемое производство
рассчитываются по формуле:
где КВуд – удельные капитальные вложения руб.
по проекту КВуд = 44816674040 169600 = 264249 рубт.
Оптовую цену на единицу продукции принимаем 22200 руб.
Производственная годовая мощность производства продукции определяется
где Вц – годовой выпуск продукции в стоимостном выражении руб.
Цi – оптовая цена единицы продукции руб.
Вц = 169600· 22200 = 3765120000 руб.
Численность работающих – 55 человек из них рабочих – 46 человек.
Производительность труда (выработка) на одного работающего
определяется по формуле:
где Вр – выработка на одного работающего в натуральных единицах
Чсп.общ – численность всех работающих чел.
Вр = 169600 55 = 308364 тнчел. - одного работающего
Вр = 169600 46 = 368696 тнчел. - одного рабочего
Среднегодовая заработная плата рассчитывается по формуле:
а) на одного работающего
Зс.г.р. = Зсп.общ Чсп.общ.
где Зс.г.р – среднегодовая заработная плата на одного работающего руб.
Зсп.общ. – общая годовая заработная плата всех работающих руб.
Зс.г.р. = (1631467504 + 536647079) 55 = 39420265 руб.
б) на одного рабочего
Зс.г.раб. = Зсп.раб Чсп.раб.
где Зс.г.раб – среднегодовая заработная плата на одного рабочего руб.
Зсп.раб. – общая годовая заработная плата основных и вспомогательных
Зс.г.раб. =1631467504 46 = 35466685 руб
Годовая сумма прибыли рассчитывается по формуле:
где П – годовая сумма прибыли руб.
по проекту. П= (22200 –2014159) ·169600= 349106336 руб.
Срок окупаемости капитальных вложений рассчитывается по формуле:
где Ток – срок окупаемости капитальных вложений год.
по проекту. Ток = 44816674040349106336 =128 года
Уровень рентабельности продукции рассчитывается по формуле:
Rпр = (П (В · С)) · 100
по проекту. Rпр = (349106336(169600· 2014159)) · 100 = 1022 %.
Фондоотдача рассчитывается по формуле:
где Фо – фондоотдача то есть объем выпущенной продукции в стоимостном
выражении на один рубль стоимости зданий сооружений оборудования
(основных производственных фондов) руб.
Копф – капитальные затраты на основные производственные фонды руб.
Фо =3765120000 (73128000+32702087530)= 941 руб.руб.
Расчет экономической эффективности проектируемого производства
приведен в таблице 6.14.
Таблица 6.14 – Расчет экономической эффективности проектируемого
Показатели Единицы Проектируемое производство
Годовой выпуск продукции (по формалину техническому)
а) в натуральном выражении тонн 169 600
б) в оптовых ценах руб. 3765120 000
Капитальные затраты руб. 448 16674040
Удельные кап. вложения рубт 2 264249
Численность работающих чел 55
в т.ч. рабочих чел 46
Производительность труда
а) одного работающего тчел 308364
б) одного рабочего тчел 368696
Среднегодовая заработная плата
а) одного работающего рубчел 394 20265
б) одного рабочего рубчел 354 66685
Полная себестоимость единицы рубт 2014159
Оптовая цена рубт 22 200
Годовая сумма прибыли руб 349106 336
Срок окупаемости кап. вложений лет 128
Рентабельность продукции % 1022
Фондоотдача рубруб 949
Таким образом на проектируемое производство формальдегида мощностью
5 000 тонн в год по изопрену потребуется 448 16674040 руб. капитальных
вложений. Производительность труда на одного работающего в натуральном
выражении составит 308364 тонн и на одного рабочего – 368696 тонн. При
уровне рентабельности продукции 1022% годовая сумма прибыли составит
9106336 руб. а капитальные вложения окупятся за 128 года.
Экономическая часть выпускной квалификационной работы подтверждает
эффективность разрабатываемого проекта внедрение в проект технически
возможно и экономически целесообразно.

4.doc

4 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА
1 Автоматизация процесса окислительного дегидрирования
Технический прогресс не возможен без создания новейших технологий
материалов машин средств автоматизации. Развитие автоматизации химической
промышленности связано с возрастающей интенсификацией технологических
процессов усложнением технологических схем и предъявлением повышенных
требований к перекачке продуктов.
В настоящее время на предприятиях химической промышленности уделяется
огромное внимание комплексной механизации и автоматизации для того чтобы
обеспечить безопасность протекания технологических процессов своевременное
обнаружение нарушений заданного режима взрыво- и пожароопасность
перерабатываемых веществ и принятие мер по их устранению.
Одним из основных направлений автоматизации являются
автоматизированные системы управления технологическими процессами. В первую
очередь принимаем во внимание такие факторы как пожаро - и взрывоопасность
процесса агрессивность и токсичность сред число параметров участвующих в
контроле и управлении и их физико-химические свойства а также требования
к качеству контроля и регулирования.
АСУТП производства формальдегида предназначена для того чтобы
обеспечить наиболее благоприятные условия протекания процесса на всех его
переходах и стадиях что достигается поддержанием параметров процесса
таких как давление температура расход и уровень.
2 Выбор технических средств автоматизации
Для измерения технологических параметров процесса необходимо учитывать
специфику процесса в частности такие особенности как взрыво- и
пожароопасность технологического процесса что предполагает выбор
искробезопасной надежной и высокоточной системы контрольно-измерительных
приборов и датчиков.
При рассмотрении полевых КИП различных фирм производителей выбираем
интеллектуальные датчики промышленной группы «Метран». По итогам 2000 года
% рынка российских датчиков давления составляет продукции ПГ «Метран».
ПГ «Метран» также поставляет свою продукцию во многие страны мира ею
получены инвестиции Европейского банка Реконструкции и Развития для
технического переоснащения и производства.
Следует также учесть что «Метран» - отечественный производитель
Все приборы ПГ «Метран» оснащены нормированным аналоговым выходом 4-20
мА с возможностью диагностики и калибровки цифровым способом по протоколу
HART промоделированному по промышленному стандарту Bell 202. Также
для локальной поверки и диагностики может использоваться портативный
цифровой калибратор давления ПКД-10 ПГ «Метран» [45].
В качестве датчиков давления выбираем интеллектуальный датчик
избыточного давления Метран-100-Ех-ДИ. В качестве датчиков температуры
выбираем термометрический преобразователь температуры «ТСПУ Метран-276-
Ехia». В качестве датчиков уровня выбираем интеллектуальный датчик
гидростатического давления «Метран 100-Ех-ДГ». В качестве датчиков расхода
продуктов выбираем интеллектуальный датчик разности давлений «Метран-100-Ех-
ДД». В качестве барьеров искрозащиты предлагается использовать барьеры РИФ-
А1 (входной сигнал отдатчика в контроллер)
РИФ-А3 (выходной – сигнал управления на исполнительный механизм). Активные
барьеры искрозащиты основаны на гальваническом разделении «вход-выход» и
имеют возможность питания датчиков. Работа пассивных барьеров основана на
использовании полупроводниковых предохранителей и они не являются
источниками питания.
Клеточно-плунжерные регулирующие клапана КМР имеют широкий набор
конструктивных исполнений дроссельных пар с расширенным рядом условных
пропускных способностей клапанов включая микрорасходы. Клапаны
используются как для нейтральных сред так и для химически активных.
В настоящее время эти клапаны являются наиболее современной
универсальной конструкцией регулирующих отсечных и регулирующих отсечных
Позиционер Sipart PS2
Устройство и принцип работы позиционера Sipart PS2 обеспечивает
преимущества пользователю в сравнении с электромеханическими позиционерами
предыдущего поколения.
3 Выбор микропроцессорного контролера
Для уровня контроллеров и ЭВМ системы автоматизации используем систему
Delta V компании Emerson Process Management позволяющую создавать
структуры различной архитектурной сложности что придает ей исключительную
гибкость. Delta V полностью покрывает все части системы управления:
контроллеры и станции операторов построенных на персональных компьютерах
РС и рабочих станциях. Контроллер состоит из выдвижных функциональных
блоков реализующих функции управления вводавывода сигналов функции
Каждый модуль Delta V имеет встроенные средства углубленной
самодиагностики которые ускоряют и облегчают диагностику ошибок и
помогают правильной работе схем резервирования. Управляющий модуль
сохраняет в памяти свою базу данных поэтому при отключении питания не
нужно перезагружать конфигурацию. Системы Delta V установлены и успешно
управляют работой отдельных агрегатов технологических участков цехов и
целых предприятий с непрерывными и периодическими процессами.
Для выполнения задач противоаварийной защиты и блокировки выбираем
систему Fisher DVC компании Emerson Process Management.
Fisher DVC – программно-аппаратный комплекс (ПАК) предназначенный для
создания программируемых систем управления в критических потенциально
опасных приложениях таких как системы противоаварийной защиты (ПАЗ)
пожаро- и газобезопасности управления горелками котлами компрессорными
станциями и др. Среди функций Fisher DVC: непрерывное ПИД управление
вводвывод аналоговых сигналов открытые системы связи и разнообразные
возможности операторского интерфейса. Благодаря уникальной конструкции ПАК
безопасности и ПАЗ Fisher DVC при конкурентоспособной цене обеспечивает
более высокий уровень безопасности и надёжности чем традиционные системы
безопасности с тройным резервированием.
Система Fisher DVC полностью интегрирована с системой управления
технологическими процессами Delta V. Это позволяет использовать данные
системы безопасности в стратегии управления технологическим процессом а
также использовать один операторский интерфейс и средства программирования
что устраняет необходимость дополнительных усилий при установке
конфигурировании обслуживании и обучении персонала а также при
организации связи систем управления безопасностью и технологическими
Система управления критическими процессами и ПАЗ Fisher DVC
обеспечивает: повышенные характеристики безопасности
отказоустойчивости и защиты выходов; высокий уровень готовности системы;
отказоустойчивость соответствующую уровню учетверенного резервирования
специализированные диагностические функции и уникальный механизм общей
защиты; повышенный уровень надёжности за счёт усиленной защиты от
промышленных воздействий и изолирования подсистем вводавывода; простое
интегрирование с другими системами управления через открытые каналы связи.
Система Delta V идеально сочетается с выбранными датчиками получаем
данные с высоким классом точности имеется возможность настройки на другой
диапазон измерения осуществляет функцию внутренней самодиагностики.
4 Описание контуров контроля и регулирования параметров
Контур контроля и регулирования расхода.
Расход воздуха на входе в испаритель Т-3 контролируется и регулируется
(контур 1). Текущее значении расхода измеряется диафрагмой ДКС 25-150
(поз. 1-1) сигнал с которой подается на преобразователь разности давления
Метран-100-Ех-ДД (поз.1-2) который через входной барьер искробезопасности
РИФ-А1 (поз. 1-3) и модуль ввода аналогового сигнала поступает в
процессорный блок управляющего контроллера Delta V. В контроллере
происходит обработка сигнала. Если имеется отклонение от заданных
параметров то контроллер через аналоговый выход формирует сигнал на
выходной барьер искробезопасности РИФ-А3 (поз. 1-4) и электропневматический
позиционер Sipart PS2 (поз. 1-5) а затем на клапан КМР-П (поз. 1-6)
который регулирует расход воздуха в испаритель Т-3 [47].
В случае превышения заданного параметра сигнал поступает на
Контроль и регулирование остальных контуров расхода происходит
Контур контроля расхода.
Расход подачи возвратного метанола в Пн-1 контролируется (контур 42).
Текущее значение расхода измеряется диафрагмой ДКС 25-150 (поз. 42-1)
сигнал с которой подается на преобразователь разности давлений Метран-100-
Ех-ДД (поз. 41-2) который через входной барьер искробезопасности РИФ-А1
(поз.42-3) и модуль ввода аналогового сигнала поступает в процессорный блок
управляющего контроллера Delta V где высвечивается текущее значение и
идет накопление информации.
Контур контроля и регулирования уровня.
Уровень спирто-воздушной смеси в испарителе Т-3 контролируется и
регулируется (контур 2). Текущее значение уровня в испарителе Т-3
преобразуется в первичном преобразователе гидростатического давления Метран-
0-Ех-ДГ (поз. 2-1). С него электрический унифицированный сигнал 4-20мА
через входной барьер искробезопасности РИФ-А1 (поз.2-2) и модуль ввода
аналогового сигнала поступает в процессорный блок управляющего контроллера
Delta V. В контроллере происходит обработка сигнала. Если имеется
отклонение от заданных параметров то контроллер через аналоговый выход
формирует сигнал на выходной барьер искробезопасности РИФ-А3 (поз. 2-3) и
электропневматический позиционер Sipart PS2 (поз. 2-4) а затем на клапан
КМР-П (поз. 2-5) который регулирует уровень спирто-воздушной смеси в
испарителе Т-3. В случае превышения заданного параметра сигнал поступает на
Контроль и регулирование остальных контуров уровня происходит
Контур контроля и регулирования температуры
Температура воздуха на выходе из М-1 контролируется и регулируется
(контур 4). Текущее значение температуры измеряется ТСПУ-Метран-276
(контур 4-1). Унифицированный сигнал 4-20 мА через входной барьер
искробезопасности РИФ-А1 (поз. 4-2) и модуль ввода аналогового сигнала
поступает в процессорный блок управляющего контроллера Delta V. В
контроллере происходит обработка сигнала. Если имеется отклонение от
заданных параметров то контроллер через аналоговый выход формирует сигнал
на выходной барьер искробезопасности РИФ-А3 (поз. 4-3) и
электропневматический позиционер Sipart PS2 (поз.4-4) а затем на клапан
КМР-П (поз. 4-5) который регулирует температуру воздуха на выходе из М-1.
В случае превышения заданного параметра сигнал поступает на сигнализацию.
Контур контроля температуры.
Температура контактного газа в слое катализатора реактора Р-1
контролируется (контур 10). Текущее значение температуры измеряется ТСПУ-
Метран-276 (поз.10-1). С него выходной электрический унифицированный сигнал
-20 мА через входной барьер искробезопасности РИФ-А1 (поз. 10-2) поступает
на аналоговый ввод контроллера Delta V.
Контроль остальных контуров температуры происходит аналогично.
Контур контроля и регулирования давления.
Давление в линии подачи азота в реактор Р-1 контролируется и
регулируется (контур 11). Текущее значение давления измеряется датчиком
избыточного давления Метран-100-Ех-ДД (поз.11-1). С него унифицированный
сигнал 4-20мА через входной барьер искробезопасности РИФ-А1 (поз. 11-2) и
модуль ввода аналогового сигнала поступает в процессорный блок управляющего
контроллера. В контроллере происходит обработка сигнала. В контроллере
выходной барьер искробезопасности
РИФ-А3 (поз. 11-3) и электропневматический позиционер Sipart PS2 (поз. 11-
) а затем на клапан КМР-П (поз.11-5) который регулирует давление в линии
подачи азота в реактор Р-1.
Контроль и регулирование остальных контуров давления происходит
Контур контроля давления.
Давление спиртовоздушной смеси на выходе из испарителя Т-3
контролируется (контур 21). Текущее значение давления измеряется датчиком
избыточного давления Метран-100-Ех-ДИ (поз. 21-1). С него выходной
электрический унифицированный сигнал 4-20 мА через входной барьер
искробезопасности РИФ-А1 (поз. 21-2) поступает на аналоговый ввод
контроллера Delta V.
Контроль остальных контуров давления происходит аналогично.

Прил А.Ведомость .doc

НомеФорма Кол.Номер
р т Обозначение Наименование листэкземпПрим
Текстовая документация
А 4 ПФ Д 07 00 00 00 ПЗ Расчётно-пояснительная 1
Графическая документация
А 3 ПФ Д 07 00 00 00 СБ Установка получения
формальдегида 1 А3х1
А 3 ПФ Д 07 00 00 00 СБ Реактор окислительного
дегидрирования 1 А3х1

2.doc

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРУЕМООГО ПРОИЗВОДСТВА
1 Основные стадии и технологические операции
Представим все ключевые операции в виде трех блоков: блока подготовки
сырья реакторного блока блока разделения реакционной массы блока
переработки побочных продуктов.
Блок подготовки сырья: свежий технический метанол ГОСТ-2222-95
подогревается в теплообменнике до температуры 90°С и давлении 06МПа и
смешивается в смесителе с возвратным метанолом поступающим с верхней
зоны поглотительной колонный и водой в мольном соотношении метанола к
воде 0358:1. Далее в смесь поступает в испаритель где испаряется в токе
воздуха при температуре 45-85°. Мольном соотношении метанола к воздуху
:1209. Образовавшаяся спиртовоздущная смесь подогревается до температуры
-160°С и подается в реактор.
Реакторный блок: исходная реакционная масса подается в
адиабатический реактор проходит слой серебряного катализатора нанесенного
на пемзу и за счет тепла реакций подогревается до температуры 500-700°С.
С целью предотвращения полного окисления метанола контактный газ подвергают
закалке в надконтактном теплообменнике где происходит резкое охлаждение
продуктов реакций при давлении 06МПа до температуры 200°С.
Компонентный состав газовой смеси на выходе из реактора:
формальдегид углекислый газ угарный газ вода азот водород
непрореагировавший метанол.
Блок разделения: разделение осуществляется в 2 этапа. На первом
этапе контактный газ поступает в поглотительную колонну разделенную
двумя глухими тарелками на три зоны. В нижней зоне контактный газ
охлаждается до 80°С и происходит частичное поглощение метанола и
формальдегида. В средней зоне - охлаждение до 20-50°С и поглощение
основного количества метанола и формальдегида. В верхней зоне- охлаждение
до 0-20°С и улавливание остаточного количества метанола и формальдегида.
На втором этапе метанольный формалин разделяется в ректификационной
колонне на безметанольный формалин и метанол при температуре куба не более
5°С и давлении 0069МПа.
2 Характеристика сырья целевых и побочных продуктов вспомогательных
материалов и энергоносителей
Сырье целевые и побочные продукты вспомогательные материалы и
энергоносители выбираются в соответствии и нормативами стандартов (ГОСТ ТУ
и т.д.). Характеристики сырья целевых и побочных продуктов
вспомогательных материалов приведены в форме 2а а характеристика
энергоносителей в форме 2б.
3 Описание технологического процесса методов регулирования и
Установка производства формальдегида состоит из 2-х систем синтеза
формальдегида и 1-ой системы поглощения формальдегида и обезметаноливания
формалина. Описание технологической схемы приводится для одной системы
синтеза формальдегида. Описание технологической схемы второй системы
синтеза формальдегида аналогична. Индексы позиций аппаратов насосного
и компрессорного оборудования контрольно – измерительных приборов и
средств автоматизации в описании технологической схемы и в технологической
схеме производства формальдегида приведены для одной системы синтеза
Свежий метанол поступает со склада смешивается с возвратным метанолом
и водой и далее поступает в испаритель поз. Т–2 где испаряется в токе
Пуск системы в работу производится на свежем метаноле а после выхода
системы синтеза формальдегида в рабочий режим к метанолу подается
возвратный метанол насосом поз. Н–7 и паровой конденсат насосом поз. Н–9.
Содержание метанола в водно-спиртовой шихте поддерживается не менее 50
% массовых подачей воды.
Воздух на синтез формальдегида подается из атмосферы
воздухонагнетателем поз. М–1 на всасывающей линии которого установлен
калорифер поз. Т-1 предназначенный для подогрева всасываемого воздуха.
Испарение метанола в испарителе поз. Т–3 происходит при температуре
ё 90 оС подачей в межтрубное пространство вторичного пара
образующегося за счет тепла реакции синтеза формальдегида. В пусковой
период в испаритель поз. Т–3 подается пар из сети. Уровень в испарителе
поз. Т–3 поддерживается подачей свежего метанола клапаном поз. 2-5.
Концентрация метанола в спиртовоздушной смеси поддерживается подачей пара в
межтрубное пространство испарителя поз. Т–3 и контролируется температурой
в реакторе поз. Р–1. При понижении уровня в испарителе поз. Т–3 ниже 10 %
шкалы прибора происходит отключение воздухонагнетателя поз. М–1.
После испарителя поз. Т–3 спиртовоздушная смесь проходит перегреватель
поз. Т–4 где перегревается до температуры 85ё160оС. Температура
спиртовоздушной смеси регулируется подачей сетевого пара через клапан поз.
-5 в межтрубное пространство перегревателя.
Перегретая спиртовоздушная смесь через огнепреградитель поз. Пн–2
поступает в реактор поз. Р–1.
В корпусе огнепреградителя поз. Пн–2 установлены 3 слоя плотно
накрученной сетки с ячейками 10×10 из нержавеющей стали с общей толщиной
не менее 240мм. Слой сеток поддерживается тарелкой с отверстиями dy 10 в
количестве 8000 Слой сетки на некоторое время задерживает
проникновение пламени в испаритель поз. Т–3. За это время успевает
сработать ПАЗ по температуре в огнепреградителе 700°С и более что приводит
к отключению воздухонагнетателя поз. М–1.
В реакторе поз. Р–1 при температуре 500 ÷ 700°С в слое катализатора
происходит окислительное дегидрирование метанола – синтез формальдегида.
В реакторе поз. Р–1 катализатор загружается на сетку уложенную на
специальную решетку реактора выполненного в виде колосника. Сверху на
катализатор укладываются пакет медных сеток с ячейками от 04 до 3 мм.
Расстояние от верхнего зеркала катализатора до нижней трубной доски
надконтактного холодильника выдерживается в пределах 12 ÷ 18 мм.
Сетка по периферии укладывается на теплоизоляционный корпус и при
закрытии реактора зажимается между теплоизоляционным корпусом и трубной
решёткой надконтактного холодильника.
Реактор поз. Р–1 снабжен разрывной мембраной для предотвращения
разрушения аппарата при хлопке в реакторе. Также аппарат поз. Р–1 снабжён
электронагревателями для зажигания спиртовоздушной смеси в период пуска.
Розжиг происходит за счёт самовоспламенения спиртовоздушной смеси при
достижении объёмной концентрации метанола в токе воздуха ненамного выше
верхнего предела взрываемости за счёт понижения температуры в испарителе
поз. Т–3. В клемные коробки электронагревателей во время пуска реактора
подаётся азот клапаном поз. 11-5 для предотвращения образования
взрывоопасной смеси.
Контактный газ после реакции поступает в трубное пространство
надконтактного холодильника реактора поз. Р–1 где охлаждается до
температуры 200оС за счет испарения парового конденсата в межтрубной части
реактора. Паровой конденсат поступает в межтрубное пространство
надконтактного холодильника реактора поз. Р–1 из сепаратора поз. 0–1.
Образующийся в надконтактном холодильнике вторичный пар с температурой
5оС и давлением 025 МПа через сепаратор поз. 0–1 поступает в межтрубную
часть испарителя поз. Т–3 для испарения метанольной шихты и регулирования
температуры в реакторе поз. Р–1. Уровень в сепараторе поз. 0–1
поддерживается подачей парового конденсата насосом поз. Н–3 из емкости поз.
Е–2 через клапан поз. 9-5. Паровой конденсат из испарителя поз. Т–3
поступает в емкость поз. Е-2. Предусмотрена дистанционная подача азота
в систему синтеза формальдегида вручную через клапан поз. 11-5. Во
избежание образования взрывоопасной смеси в системе синтеза формалина азот
- Для вытеснения воздуха из системы синтеза перед принятием сырья;
- Для осушки слоя катализатора перед пуском:
- Для избегания образования вакуума и попадания воздуха в систему
синтеза после остановки;
- Для сбивания температуры реактора в аварийных ситуациях.
Контактный газ из реактора поз. Р–1 с температурой 100ё200оС поступает
в поглотительную колонну поз. Кт–1 разделённую двумя глухими тарелками на
три зоны. Верхняя 4 зона колонны является санитарной.
В нижней зоне колонны поз. Кт–1 происходит охлаждение контактного газа
до 80оС и частичное поглощение метанола и формальдегида. Тепло
конденсации и охлаждения снимается в выносном холодильнике поз. Т–5
охлаждаемой промышленной водой по клапану поз. 16-5. Циркуляция
метанольного формалина по нижней зоне колонны поз. Кт–1 осуществляется
через холодильник поз. Т–5 насосом поз. Н–3. Уровень в кубовой части
колонны поз. Кт–1 регулируется клапаном поз. 15-5 откачкой метанольного
формалина в колонну поз. Кт–2.
В средней зоне колонны поз. Кт–1 происходит поглощение основного
количества метанола и формальдегида и охлаждение контактного газа до 30 ÷
оС. Циркуляция метанольного формалина по средней зоне колонны поз. Кт–1
осуществляется насосом поз. Н–4 через выносной холодильник поз. Т–6
охлаждаемой промышленной водой по клапану поз. 17-5.
В верхней зоне колонны поз. Кт–1 происходит охлаждение контактного
газа до 0 ÷ 20оС и улавливание остаточного количества метанола и
формальдегида. Циркуляция слабого раствора формалина по верхней зоне
колонны поз. Кт–1 осуществляется насосом поз. Н–5 через холодильник поз.
Т-7 где охлаждение происходит за счет испарения жидкого аммиака в
межтрубном пространстве холодильника. Жидкий аммиак из сети поступает в
межтрубную часть испарителя поз. Т–7 и в сепаратор поз. 0–2 уровень в
которых регулируется регулирующим клапаном поз. 19-5 на линии приема
жидкого аммиака. Испарившийся в аппарате поз. Т–7 газообразный аммиак через
сепаратор поз. 0–2 направляется в сеть. Температура слабого раствора
формалина на выходе из холодильника поз. Т–7 регулируется клапаном поз. 18-
Санитарная зона колонны поз. Кт–1 предназначена для максимального
улавливания метанола и формальдегида. В качестве абсорбента на верхнюю
тарелку санитарной зоны колонны поз. Кт–1 подается обессоленная вода.
Выхлопные газы колонны поз. Кт–1 сжигаются на факеле.
Метанольный формалин после холодильника поз. Т–5 через клапан поз. 15-
подаётся в рекуперативный теплообменник поз. Т–9 где подогревается за
счет охлаждения безметанольного формалина выходящего из куба
ректификационной колонны поз. Кт–2. Далее метанольный формалин поступает на
обезметаноливание в ректификационную колонну поз. Кт–2 на 28 38 или 44
Обогрев ректификационной колонны поз. Кт–2 производится в выносных
кипятильниках поз. Т–10 водяным паром который поступает через клапан поз.
-6. Паровой конденсат из кипятильников поз. Т–10 подается в емкость поз.
Процесс ректификации производится при давлении куба не более 0069
МПа и температуре куба колонны не более 115 оС.
Пары метанола из колонны поз. Кт–2 поступают в дефлегматоры поз. Т–11
где конденсируются и поступают в емкость поз. Е–4. Дефлегматоры охлаждаются
Возвратный метанол из емкости поз. Е–4 насосом поз. Н–7 откачивается в
испаритель поз. Т-3 по уровню в емкости поз. Е–4. Часть возвратного
метанола насосом поз. Н–7 через клапан поз. 40-5 подается на орошение
колонны поз. Кт–2 в виде флегмы с флегмовым числом от 6 до 25.
Уровень в кубе колонны поз. Кт–2 регулируется отбором безметанольного
формалина через клапан поз. 31-5. Безметанольный формалин с содержанием
метанола не более 06 % масс. из куба колонны поз. Кт–2 через
теплообменник поз. Т–9 насосом поз. Н–8 подается на склад [19].
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА

Титульник.doc

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
«Казанский национальный исследовательский технологический университет»
(НХТИ ФГБОУ ВО «КНИТУ»)
Факультет: технологический
Кафедра: химической технологии
органических веществ
Направление: 18.03.01
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
Кустовой Веры Викторовны
Рассчитать и спроектировать установку получения формальдегида окислительным
дегидрированием метанола мощностью 195 тысяч тонн в год по изопрену
по моделированию и оптимизации технологического

Введение.doc

Среди сотен известных органических веществ особое место занимает
Формальдегид – весьма активное химическое соединение легко
вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса
новых соединений многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря
реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток
времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного
органического синтеза.
Формальдегид реагирует с представителями подавляющего классов
органических веществ за исключением лишь насыщенных углеводородов и
эфиров. Рассматривая эти превращения нетрудно убедиться что исходя из
формальдегида можно сравнительно просто перейти к соединениям практически
любых классов – кислотам спиртам аминам нитрилам и т.д.
Как и все летучие органические вещества чистый формальдегид может
находиться в одном из трех состояний – твердом жидком и газообразном.
Однако в этих состояниях фактически формальдегид может присутствовать в
виде целого ряда модификаций принципиально различающихся и по химическим
и тем более по физическим свойствам. Чистый мономерный формальдегид при
обычных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким
запахом. Именно наличию небольших количеств мономера обязаны своим запахом
растворы формальдегида например формалин и даже многие полимерные
модификации в частности параформ.
Формальдегид производится в настоящее время двумя способами. Одна
технология представляет собой каталитическую реакцию (в качестве
катализатора используется серебро) - частичное окисление и дегидрогенизация
метанола. Этим способом производится более половины европейского
формальдегида. Вторая технология заключается в каталитической реакции (в
качестве катализаторов используются материалы на основе молибдена или
оксида железа) полного окисления метанола в присутствии воздуха.
Каждая технология имеет свои положительные стороны.
Преимущество первого способа - возможность выбора места расположения
производства. Вторая технология позволяет производить формальдегид более
высокой концентрации.
Большей частью формальдегид выпускают в виде 37% водного раствора
называемого формалином. В нем формальдегид присутствует в виде гидрата
НСНО·Н2О и низкомолекулярных полимеров (полиоксиметиленгликоли). Во
избежании более глубокой полимеризации и выпадения осадка в формалине
содержится 7-12% метанола в качестве стабилизатора.
Компании во всем мире производят около 40 млн. т формалина в год в
то время как в России – 345 млн. т формалина в год. Компании-производители
этого химического вещества по мнению экспертов являются крупнейшими в
мире потребителями метанола. В связи с этим на рынке сложилась своя модель
ценообразования. Стоимость химиката изменяется не в зависимости от спроса и
предложения а формируется например на внутриевропейском рынке один раз в
квартал и значительно варьируется в зависимости от страны. Цена на
формальдегид тесно связана и формируется в зависимости от стоимости
Тенденции развития мирового рынка формальдегида легко прогнозируемы.
Это химическое вещество достаточно широко используется в промышленности
поэтому рост рынка по мнению экспертов будет продолжаться небольшими
темпами. Специалисты прогнозируют ежегодное увеличение европейского
рынка в среднем на 2% в год рынка Японии – на 17% в год Северной Америки
Темпами превышающими среднемировые будет расти азиатский в
частности – китайский рынок из-за увеличивающегося спроса со стороны
производителей агрохимикатов и параформальдегида. [1]
Формальдегид используется в промышленности в качестве сырья для
производства синтетических смол пластических масс новых органических
красителей поверхностно-активных веществ лаков лекарственных препаратов
и взрывчатых веществ. В сельском хозяйстве для протравления семян в
кожевенной промышленности для дубления кожи в медицине как антисептическое
средство и в животноводстве. [2]
В настоящее время основным потребителем формальдегида является
промышленность синтетических смол. В мире на производство
карбамидформальдегидных смол тратится около 36% всего получаемого
формалина на производство фенолформальдегидных смол – 20% на
меламинформальдегидные смолы – 1% [3].
Также формалин расходуется на производство полиоксиметилена – 8% 14-
бутандиола – 7% пентаэритрита 5% МДИ- 5% триметилопрапана – 3%
параформальдегида – 2% гексамина – 2%.
Крупнейшими потребителями метанола и производители формальдегида в
«Метафракс» (г. Губаха Пермской области). Более 40 % производимого
метанола идет на получение формальдегида. С запуском новой установки в
формалина увеличились на 270 тыс. тонн и компания стала абсолютным лидером
на европейском рынке не только метанола но и формалина. Поставщиком
оборудования стала австрийская компания Porner а технологию с применением
серебряного катализатора предоставил партнер компании – финский концерн
Dynea Chemicals Oy. Концентрированный безметанольный водный раствор
формальдегида (55%) предназначается для производства смол исключительно в
принято решение о строительстве нового производства на территории
у фирмы Perstorp AB (Швеция) была закуплена установка по производству
формальдегида и мочевиноформальдегидного концентрата мощностью 240 тыс.
мощности по производству формалина - 75 тыс. тонн в год (На сегодняшний
день – 120 тыс. тонн в год).
В городе Нижнекамск на базе ПАО "Нижнекамскнефтехим" существует
действующее производство формальдегида мощностью 120 тысяч тонн в год.
Получаемый формальдегид полностью расходуется на производство изопрена
мощность которого составляет 123 тыс. тонн в год и этот показатель
планируется повышать что следовательно ведет к увеличению мощности
производства формальдегида.
Следовательно в настоящее время производство формальдегида является
Основная цель проекта заключается в проектировании установки
производства формальдегида мощностью 200 тысяч тон в год по изопрену.
Для достижения этой цели необходимо: сравнить существующие
промышленные методы производства формальдегида выбрать наиболее
эффективный из них; выполнить расчеты и подобрать необходимое оборудование;
смоделировать и оптимизировать основные стадии производства; разработать
систему автоматизации производства; разработать мероприятия по охране
окружающей среды и утилизации побочных продуктов; оценить экономическую
целесообразность проектируемого производства.

описание схемы.docx

Описание технологического процесса методов регулирования и управления
Установка производства формальдегида состоит из 2-х систем синтеза формальдегида и 1-ой системы поглощения формальдегида и обезметаноливания формалина. Описание технологической схемы приводится для одной системы синтеза формальдегида. Описание технологической схемы второй системы синтеза формальдегида аналогична. Индексы позиций аппаратов насосного и компрессорного оборудования контрольно – измерительных приборов и средств автоматизации в описании технологической схемы и в технологической схеме производства формальдегида приведены для одной системы синтеза формальдегида.
Свежий метанол поступает со склада смешивается с возвратным метанолом и водой и далее поступает в испаритель поз. Т–2 где испаряется в токе воздуха.
Пуск системы в работу производится на свежем метаноле а после выхода системы синтеза формальдегида в рабочий режим к метанолу подается возвратный метанол насосом поз. Н–7 и паровой конденсат насосом поз. Н–9.
Содержание метанола в водно-спиртовой шихте поддерживается не менее 50 % массовых подачей воды.
Воздух на синтез формальдегида подается из атмосферы воздухонагнетателем поз. М–1 на всасывающей линии которого установлен калорифер поз. Т-1 предназначенный для подогрева всасываемого воздуха.
Испарение метанола в испарителе поз. Т–3 происходит при температуре 43 SYMBOL 184 f "Symbol" s 12ё 90 оС подачей в межтрубное пространство вторичного пара образующегося за счет тепла реакции синтеза формальдегида. В пусковой период в испаритель поз. Т–3 подается пар из сети. Уровень в испарителе поз. Т–3 поддерживается подачей свежего метанола клапаном поз. 2-5. Концентрация метанола в спиртовоздушной смеси поддерживается подачей пара в межтрубное пространство испарителя поз. Т–3 и контролируется температурой в реакторе поз. Р–1. При понижении уровня в испарителе поз. Т–3 ниже 10 % шкалы прибора происходит отключение воздухонагнетателя поз. М–1.
После испарителя поз. Т–3 спиртовоздушная смесь проходит перегреватель поз. Т–4 где перегревается до температуры 85SYMBOL 184 f "Symbol" s 12ё160оС. Температура спиртовоздушной смеси регулируется подачей сетевого пара через клапан поз. 6-5 в межтрубное пространство перегревателя.
Перегретая спиртовоздушная смесь через огнепреградитель поз. Пн–2 поступает в реактор поз. Р–1.
В корпусе огнепреградителя поз. Пн–2 установлены 3 слоя плотно накрученной сетки с ячейками 10×10 из нержавеющей стали с общей толщиной не менее 240мм. Слой сеток поддерживается тарелкой с отверстиями dy 10 в количестве 8000 Слой сетки на некоторое время задерживает проникновение пламени в испаритель поз. Т–3. За это время успевает сработать ПАЗ по температуре в огнепреградителе 700°С и более что приводит к отключению воздухонагнетателя поз. М–1.
В реакторе поз. Р–1 при температуре 500 ÷ 700°С в слое катализатора происходит окислительное дегидрирование метанола – синтез формальдегида.
В реакторе поз. Р–1 катализатор загружается на сетку уложенную на специальную решетку реактора выполненного в виде колосника. Сверху на катализатор укладываются пакет медных сеток с ячейками от 04 до 3 мм. Расстояние от верхнего зеркала катализатора до нижней трубной доски надконтактного холодильника выдерживается в пределах 12 ÷ 18 мм.
Сетка по периферии укладывается на теплоизоляционный корпус и при закрытии реактора зажимается между теплоизоляционным корпусом и трубной решёткой надконтактного холодильника.
Реактор поз. Р–1 снабжен разрывной мембраной для предотвращения разрушения аппарата при хлопке в реакторе. Также аппарат поз. Р–1 снабжён электронагревателями для зажигания спиртовоздушной смеси в период пуска. Розжиг происходит за счёт самовоспламенения спиртовоздушной смеси при достижении объёмной концентрации метанола в токе воздуха ненамного выше верхнего предела взрываемости за счёт понижения температуры в испарителе поз. Т–3. В клемные коробки электронагревателей во время пуска реактора подаётся азот клапаном поз. 11-5 для предотвращения образования взрывоопасной смеси.
Контактный газ после реакции поступает в трубное пространство надконтактного холодильника реактора поз. Р–1 где охлаждается до температуры 200оС за счет испарения парового конденсата в межтрубной части реактора. Паровой конденсат поступает в межтрубное пространство
надконтактного холодильника реактора поз. Р–1 из сепаратора поз. 0–1. Образующийся в надконтактном холодильнике вторичный пар с температурой 125оС и давлением 025 МПа через сепаратор поз. 0–1 поступает в межтрубную часть испарителя поз. Т–3 для испарения метанольной шихты и регулирования температуры в реакторе поз. Р–1. Уровень в сепараторе поз. 0–1 поддерживается подачей парового конденсата насосом поз. Н–3 из емкости поз. Е–2 через клапан поз. 9-5. Паровой конденсат из испарителя поз. Т–3 поступает в емкость поз. Е-2. Предусмотрена дистанционная подача азота в систему синтеза формальдегида вручную через клапан поз. 11-5. Во избежание образования взрывоопасной смеси в системе синтеза формалина азот применяется:
- Для вытеснения воздуха из системы синтеза перед принятием сырья;
- Для осушки слоя катализатора перед пуском:
- Для избегания образования вакуума и попадания воздуха в систему синтеза после остановки;
- Для сбивания температуры реактора в аварийных ситуациях.
Контактный газ из реактора поз. Р–1 с температурой 100SYMBOL 184 f "Symbol" s 12ё200оС поступает в поглотительную колонну поз. Кт–1 разделённую двумя глухими тарелками на три зоны. Верхняя 4 зона колонны является санитарной.
В нижней зоне колонны поз. Кт–1 происходит охлаждение контактного газа до 80оС и частичное поглощение метанола и формальдегида. Тепло конденсации и охлаждения снимается в выносном холодильнике поз. Т–5 охлаждаемой промышленной водой по клапану поз. 16-5. Циркуляция метанольного формалина по нижней зоне колонны поз. Кт–1 осуществляется через холодильник поз. Т–5 насосом поз. Н–3. Уровень в кубовой части колонны поз. Кт–1 регулируется клапаном поз. 15-5 откачкой метанольного формалина в колонну поз. Кт–2.
В средней зоне колонны поз. Кт–1 происходит поглощение основного количества метанола и формальдегида и охлаждение контактного газа до 30 ÷ 50оС. Циркуляция метанольного формалина по средней зоне колонны поз. Кт–1 осуществляется насосом поз. Н–4 через выносной холодильник поз. Т–6 охлаждаемой промышленной водой по клапану поз. 17-5.
В верхней зоне колонны поз. Кт–1 происходит охлаждение контактного газа до 0 ÷ 20оС и улавливание остаточного количества метанола и формальдегида. Циркуляция слабого раствора формалина по верхней зоне колонны поз. Кт–1 осуществляется насосом поз. Н–5 через холодильник поз. Т-7 где охлаждение происходит за счет испарения жидкого аммиака в межтрубном пространстве холодильника. Жидкий аммиак из сети поступает в межтрубную часть испарителя поз. Т–7 и в сепаратор поз. 0–2 уровень в которых регулируется регулирующим клапаном поз. 19-5 на линии приема жидкого аммиака. Испарившийся в аппарате поз. Т–7 газообразный аммиак через сепаратор поз. 0–2 направляется в сеть. Температура слабого раствора формалина на выходе из холодильника поз. Т–7 регулируется клапаном поз. 18-5.
Санитарная зона колонны поз. Кт–1 предназначена для максимального улавливания метанола и формальдегида. В качестве абсорбента на верхнюю тарелку санитарной зоны колонны поз. Кт–1 подается обессоленная вода.
Выхлопные газы колонны поз. Кт–1 сжигаются на факеле.
Метанольный формалин после холодильника поз. Т–5 через клапан поз. 15-5 подаётся в рекуперативный теплообменник поз. Т–9 где подогревается за счет охлаждения безметанольного формалина выходящего из куба ректификационной колонны поз. Кт–2. Далее метанольный формалин поступает на обезметаноливание в ректификационную колонну поз. Кт–2 на 28 38 или 44 тарелку.
Обогрев ректификационной колонны поз. Кт–2 производится в выносных кипятильниках поз. Т–10 водяным паром который поступает через клапан поз. 31-6. Паровой конденсат из кипятильников поз. Т–10 подается в емкость поз. Е-5.
Процесс ректификации производится при давлении куба не более 0069 МПа и температуре куба колонны не более 115 оС.
Пары метанола из колонны поз. Кт–2 поступают в дефлегматоры поз. Т–11 где конденсируются и поступают в емкость поз. Е–4. Дефлегматоры охлаждаются промышленной водой.
Возвратный метанол из емкости поз. Е–4 насосом поз. Н–7 откачивается в испаритель поз. Т-3 по уровню в емкости поз. Е–4. Часть возвратного метанола насосом поз. Н–7 через клапан поз. 40-5 подается на орошение колонны поз. Кт–2 в виде флегмы с флегмовым числом от 6 до 25.
Уровень в кубе колонны поз. Кт–2 регулируется отбором безметанольного формалина через клапан поз. 31-5. Безметанольный формалин с содержанием метанола не более 06 % масс. из куба колонны поз. Кт–2 через теплообменник поз. Т–9 насосом поз. Н–8 подается на склад [19].

1.doc

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА
1 Сведения об отечественных и зарубежных производителях
Для производства формальдегида на практике используется несколько
методов. В таблицах 1.1 и 1.2 представлены сведения об отечественных и
зарубежных производителях.
Таблица 1.1 – Сведения об отечественных производителях
Компания Город Официальный сайтОбщая характеристика
ехим» серебро на пемзе [4]. Мощность
край катализаторе[5]. Мощность 380
нефтехимический u мощностью 240 т.т. в год.
серебро на алюмосиликатном
носителе[6]. Производство
формалина мощностью 120 т.т. в
химическая Тагил метанола. Производство
компания" формалина мощностью 120 т.т. в
» перегретым водяным паром при
нагревании с получением
изопрена формальдегида и
изобутилена [7]. Мощность 120
Продолжение таблицы 1.1
Щекиноазот" Тульская дегидрирование метанола.
область Производство формалина
мощностью 80 т.т. в год.
химический дегидрирование метанола.
обл. дегидрирование метанола.
Новочеркасский обл. дегидрирование метанола.
дегидрирование метанола.
Новосибирск дегидрирование метанола.
производственно [8].
Таблица 1.2 – Сведения о зарубежных производителях [1]
Компания Страна Годовой объем производства тыс. т
Dynea Нидерланды 1520
Perstorp Швеция 1090
Georgia pacific США 734
D.B.Western США 405
Derivados ForestalesИспания 405
Продолжение таблицы 1.2
Kingdoard Chemical Китай 329
Degussa Германия 238
Hexion Нидерланды-Герман225
Sadepan Chimica Германия 215
Krems Chemie Испания 175
Chimica Pomponesco Италия 160
Osterreichische Австрия 125
Forestales Испания 120
2 Технико-экономическое сравнение существующих методов производства
Формальдегид Н2С=О – мономер широко применяемый для получения
полиформальдегида который применяют главным образом как литьевой
конструкционный материал в машино- автомобиле- и приборостроении для
выработки полиформальдегидных волокон которые используются для
производства фильтровальных тканей рыболовных изделий канатов и швейных
Промышленно освоенные способы получения формальдегида:
) Окислительное дегидрирование метанола на серебряном катализаторе;
) Окислительное дегидрирование метанола на оксидных катализаторах;
) Окисление природного газа и низших парафинов;
) Окисление метанола в формальдегид;
) Дегидрирование метанола в формальдегид.
Окислительное дегидрирование метанола на серебряном катализаторе.
Окислительное дегидрирование метанола сопровождается реакцией
простого дегидрирования окисления и рядом других побочных реакций:
CH3OH + 05O2 CH2O + H2O Н = 1474 кДжмоль;
CH3OH CH2O + H2 Н = -934 кДжмоль;
CH3OH + 15O2 CO2 + 2H2O Н = 5751 кДжмоль;
CH2O + 05O2 HCOOH Н = 2704 кДжмоль;
HCOOH +05O2 CO2 + H2O Н = 145 кДжмоль;
HCOOH CO + H2O Н = -537 кДжмоль;
CH2O + H2O CH3OH + HCOOH Н = 1220 кДжмоль;
H2 + 05O2 H2O Н = 2418 кДжмоль;
CH3OH + CH2O CH2(OCH3)2 + H2O Н = 1310 кДжмоль;
CH2O HCOOCH3 Н = 1326 кДжмоль;
HCOOH + (n-1)CH2O HCOO(CH2O)
CO + 05O2 CO2 Н = 2830 кДжмоль;
CO CO2 + C Н = 172 5 кДжмоль [10].
Константа равновесия реакции окислительного дегидрирования
значительно выше чем реакции простого дегидрирования. Это означает что
реакция может развиваться до практически полного исчерпания реагента - в
данном случае кислорода взятого в недостаточном количестве. Степень
превращения метанола по целевой реакции окислительного дегидрирования
составляет ~60% а по остальным реакциям - 10%. Подавляющее большинство
побочных реакций экзотермичны и поэтому суммарный тепловой эффект
положителен. Реально процесс осуществляется без отвода тепла т.е. в
условиях адиабатического режима.
Активными центрами катализатора дегидрирования являются поверхностные
оксиды серебра на которых сорбируются метанол и кислород. В процессе
хемосорбции кислорода осуществляется перенос заряда с атомов серебра на
адсорбированный кислород и поверхность заряжается отрицательно.
При степени покрытия серебра кислородом до 010-012см3 О2м2 Ag
т.е. в пределах покрытия поверхности монослоем кислорода один атом
кислорода связан с двумя поверхностными атомами серебра (Ag2O). С
увеличением степени окисления до 022-026 см3 О2м2 Ag преобладают
соединения в которых атом кислорода связан с одним атомом поверхностного
серебра (Ags или Ags2O2). При дальнейшем возрастании степени окисления
образуются структуры с большим содержанием кислорода на один атом серебра.
Структуры всех типов можно представить в виде:
Каталитическая специфичность серебра объясняется особым состоянием
кислорода на серебре. В то время как на других металлах при активированной
адсорбции кислорода возникают только атомные ионы О- (или О2-) вызывающие
окисление исходного продукта до диоксида углерода на серебре возникают
поверхностные молекулярные ионы типа О2- (или О22-). За мягкое окисление
метанола в формальдегид ответственен относительно прочно связанный с
катализатором ион О-. Более прочно связанный с поверхностью ион О2-
способствует образованию формальдегида по реакции дегидрирования метанола.
Исследования по окислению спиртов на серебре в условиях наложения на
катализатор электрического заряда показали что отрицательный заряд
увеличивает выход формальдегида а положительный - уменьшает. Наложение
отрицательного заряда т.е. избыток электронов увеличивает долю ионов О2-
и О- наиболее прочно связанных с поверхностью катализатора и
селективность процесса повышается. Таким образом превращение метанола в
формальдегид на серебре - окислительно-восстановительная реакция [9].
Под действием хемосорбированного на поверхности серебра кислорода
происходит ассоциативная адсорбция метанола который в отличие от кисло-
рода распадается не на ионы а на радикалы. Методами ЯМР- ЭПР- и масс-
спектроскопии было найдено что при 653-903К на поверхности серебра
образуются свободные радикалы: ●СН3 ●ОН- НО2●. Некоторые из протекающих
на поверхности реакций можно представить схемой:
Как свободные радикалы так и молекулы реагентов могут
диффундировать с поверхности в объем. Большинство побочных реакций
развивается под влиянием высокой температуры в свободном пространстве между
зернами катализатора а также в объеме под слоем катализатора до зоны
резкого охлаждения (закалки) продуктов реакции. К числу этих превращений
относятся реакции полного окисления и распада протекающие по
свободнорадикальному цепному механизму.
При температурах применяемых обычно на практике скорость
превращения метанола в формальдегид лимитируется подводом реагентов к
поверхности зерен катализатора т.е. процесс протекает во
внешнедиффузионной области. Кинетическая область протекания процесса
реализуется при температуре ниже 573 К. Выход формальдегида и степень
конверсии метанола в этих условиях не превышают соответственно 36 и 46%
При температурах выше 643-673 К процесс переходит в область внешней
диффузии. Протекание процесса в диффузионной области обусловливает
значительную разность концентраций реагентов и продуктов реакции на
поверхности серебра и в потоке. Само химическое взаимодействие между
реагентами происходит очень быстро и разогрев катализатора настолько велик
что он оказывается достаточным для поддержания высокой температуры реакции.
Поскольку на выходе из слоя катализатора реакция образования
формальдегида практически прекращается а термический распад продолжается
селективность процесса уменьшается. В связи с этим продукты реакции
подвергают закалке т.е. резкому охлаждению на выходе из реактора путем
смешения с хладагентом. Закалку проводят путем впрыскивания формалина воды
или охлажденных отходящих газов в продукты реакции. Чаще всего для
охлаждения продуктов реакции используют установку теплообменника под слоем
В реакции окислительного дегидрирования метанола стехиометрически
на 1 моль метанола расходуется 05 моля кислорода. Однако если использовать
метанольно-воздушную смесь с мольным отношением О2:СН3ОН равным 05 то
система будет находиться во взрывоопасном состоянии. Поэтому па практике
мольное отношение О2:СН3ОН поддерживают на уровне 03-033. Разбавление
исходной смеси инертными газами или абгазами сужает концентрационные
пределы взрывоопасной области так как парциальное давление паров метанола
и воздуха уменьшается что позволяет значительно увеличить мольное
соотношение кислород:метанол без изменения температуры. Разбавление
спиртовоздушной смеси инертными газами является одним из способов повышения
общей конверсии метанола которая достигает в этом случае 85-90%.
Противоположный характер носит изменение конверсии метанола: сна-
чала она заметно возрастет а затем ее рост замедляется ассимтотически
приближаясь к 97-98%. Таким образом оптимальным разбавлением является
соотношение инертный газ:метанол равное (5-3):1. Мольное соотношение
кислород:метанол в этих случаях достигает 035-042. В качестве разбавителя
применяют азот аргон абгазы.
В промышленных аппаратах линейная скорость поддерживается на уровне
-15 мс что соответствует объемной скорости по жидкому сырью 24-33 ч-
Сопоставление этой величины с объемной скоростью процесса в кинетической
области (02 ч-1) свидетельствует о том что производительность серебряного
катализатора во внешнедиффузионной области примерно на два порядка выше
На промышленных установках по получению формальдегида из метанола
используют серебряные катализаторы двух типов: трегерные (нанесенные)
серебряные и компактные серебряные (серебряные сетки губчатое серебро
Носители катализатора влияют на основные показатели. До настоящего
времени наиболее широкое применение в этом качестве получила пемза –
пористый вулканический продукт образовавшийся в результате быстрого
охлаждения лавы [3]. Известны случаи использования в качестве носителей
других близких к пемзе по составу алюмосиликатов но искусственного
происхождения: МАС Д – 53 ФН и др. [11]. Несмотря на то что показатели
процесса окислительной конверсии метанола в формальдегид с применением
указанных носителей серебра в среднем на 2 -3 % выше последние не получили
широкого применения в промышленности очевидно прежде всего – из-за своей
неэкономичности по сравнению с пемзой. Кроме того за один пробег на
искусственных носителях из катализа исключается нанесенное серебро
массовая доля которого колеблется от 3 до 8% из-за его глубокого внедрения
в носитель [12]. В то время как для пемзы этот показатель составляет всего
- 3 %. Однако пемза – механически нестойкое вещество и в процессе
длительной эксплуатации (4 месяца) может подвергаться частичному
разрушению. В результате чего массовая доля потерь катализатора СНП
(серебро нанесенное на пемзу) составляет 8 -10 % и таким образом
автоматически исключается из дальнейшего использования так как подлежит
переработке с целью утилизации серебра. Кроме того нет данных и о
способах регенерации серебряных катализаторов нанесенных на искусственные
алюмосиликаты. Очевидно вследствие того что внедрившееся в носитель
серебро можно вновь вернуть для участия в катализе лишь в результате
полного разрушения катализатора [13].
В таблице 1.3 приведена сравнительная характеристика серебряного
катализатора на стандартном (пемзе) и алюмосиликатном носителях (АСН).
Таблица 1.3 – Показатели работы серебряных катализаторов на разных
Наименование Катализатор Катализатор
на стандартном на носителе АСН – 7
носителе ( (Ag) = 40 %)
Серебряный - практически нет - высокий расходный
ограничений по мощности коэффициент по сырью;
единичной установки; - наличие в формалине до
- простота конструкции 8-11% метанола;
реактора; - повышенное содержание
- низкая металлоемкость и муравьиной кислоты в
энергоемкость; обезметаноленном формалине;
- высокая - расход драгоценного
производительность. металла - серебра.
Оксидный - низкий расходный - повышенный расход энергии
коэффициент по сырью; и воздуха;
- товарный формалин содержит- ограничения по единичной
не более 06-1% метанола и мощности установки;
не выше 002% муравьиной - сложность эксплуатации и
кислоты. ремонта реактора;
- повышенная металлоемкость.
Сравнивая эти методы между собой можно сделать вывод что
применение технологии с оксидным катализатором заслуживает некоторого
предпочтения в случаях когда требуемая производительность по формальдегиду
невелика (не более 8-10 тыс. тгод) причем формалин может «с ходу»
перерабатывать на месте. Этот метод полезен также когда на готовый продукт
накладываются жесткие ограничения по содержанию муравьиной кислоты. Для
создания крупных производств в том числе рассчитанных на продажу формалина
на экспорт определенного предпочтения заслуживает процесс на серебре.
Сопоставляя плюсы и минусы обоих методов естественно предположить
что первые можно объединить а вторые в известной мере уменьшить если
вначале пропустить метанол через серебряный а затем через оксидный
контакт. На первой секции предлагается поместить кристаллическое серебро а
на второй (по ходу сырья) – оксидный железомолибденовый катализатор.
Поскольку реакция на серебряном катализаторе проводится в недостатке а на
оксидном – в избытке кислорода к смеси газообразных продуктов выходящей
из секции добавляется расчетное количество воздуха. Суммарная мольная
конверсия метанола после обеих секций составляет 991% при мольной
селективности образования формальдегида 905% [3].
Комбинированная система из трегерного серебряного и оксидного
железомолибденового катализатора обеспечивает практически полную конверсию
метанола при мольной селективности около 90%. Содержание формальдегида в
контактном газе составляет 17-20% что приближается к соответствующему
значению для односекционного реактора с серебром (21-23%) и значительно
превышает этот показатель для односекционного реактора с оксидным контактом
Однако практическая реализация комбинированного катализатора
встречает ряд трудностей. Так перепад температур между секциями достигает
0°С и более что сложно реализовать в одном блоке. Обращает на себя
внимание большая разница в объёмах катализатора на первой и второй секциях
(почти в 25 раз). При добавлении воздуха и смеси газообразных продуктов из
первой секции необходимо перейти через область взрывных концентраций и т.д.
Окисление природного газа и низших парафинов.
Получение формальдегида прямым окислением природных газов с точки
зрения доступности низкой стоимости сырья и простоты технологии является
предпочтительным по сравнению с довольно сложным многостадийным синтезом
формальдегида через метанол. Однако на практике получение формальдегида
окислением метана сопряжено с целым рядом трудностей связанных в основном
с недостаточной устойчивостью формальдегида в условиях реакции [14].
Некаталитическое окисление метана с заметной скоростью происходит при
температуре выше 873 К. В то же время термическое разложение формальдегида
наблюдается уже при 673 К. Кроме того образовавшийся формальдегид в
присутствии кислорода легко подвергается дальнейшему окислению. Поэтому на
практике окисление метана проводят при малых степенях конверсии причем и в
этих условиях селективность образования формальдегида невысока. В силу этих
обстоятельств рассматриваемый метод не получил большого промышленного
Гомогенное окисление метана представляет собой типичную
свободнорадикальную реакцию. В отсутствие инициатора реакция
характеризуется наличием индукционного периода. Для его устранения или
уменьшения к метановоздушной смеси добавляют вещества легко распадающиеся
на свободные радикалы - чаще всего азотную кислоту или оксид азота а также
озон пероксид водорода летучие алкилы свинца диметиловый эфир и др. В
некоторых случаях в качестве окислителя можно применять диоксид углерода.
Механизм окисления метана может быть описан следующей схемой:
[pic] - зарождение цепи (а)
[pic] - рост цепи (б)
[pic]- вырожденное разветвление (в)
[pic]- обрыв цепи (г).
Энергия активации суммарной реакции (а) равна 117 а реакции (б)
Превращение метана ускоряется при добавлении к исходной смеси
продуктов окисления. Для интенсификации процесса окисления можно
использовать гетерогенные катализаторы в частности кварц алюмосиликаты и
другие и проводить процесс при 773-973 К. Для повышения активности
алюмосиликаты пропитывают кислотами например фосфорной или борной.
Как правило степень конверсии метана в процессе окисления не
превышает 20% при селективности по формальдегиду 30-40%.
На рисунке 1.3 приведена принципиальная технологическая схема синтеза
формалина окислением метана в присутствии оксида азота [9].
- воздуходувка; 2 - топка; 3 - ресивер; 4 - сепаратор; 5 -
компрессор; 6 - контактный аппарат; 7 - подогреватель; 8 - реактор; 9 -
холодильник; 10 - абсорбер; 11 - насос; 12 - емкость для формалина; 13 -
скруббер; 14 - змеевиковый холодильник.
Рисунок 1.3 - принципиальная технологическая схема синтеза формалина
окислением метана в присутствии оксида азота
Получение формальдегида инициированным гомогенным газофазным
окислением природного газа осуществлено в Германии. Исходный природный газ
смешивается с воздухом в соотношении 1:37. Полученную газовую смесь
нагревают до 673К за счет тепла продуктов окисления после чего к ней
добавляют 008% оксидов азота. Нагретую смесь направляют в трубчатый
стальной реактор печного типа футерованный керамикой. Температура реактора
доводится до 873К за счет сжигания части отходящих газов.
Продукты реакции охлаждаются до 473К в теплообменнике и поступают в
скруббер орошаемый водой в котором поглощается формальдегид с примесями
метанола и муравьиной кислоты. Полученный раствор нейтрализуют и направляют
на ректификацию. В качестве погона ректификационной колонны отбирают
формалин содержащий 34% формальдегида и 3% метанола. Выход формальдегида
за проход (в расчете на свежий метан) равен ~ 3-5% при селективности по
формальдегиду 10%. Из побочных продуктов 97% составляют оксиды углерода
Окисление метанола в формальдегид.
Метод окислениия метанола в формальдегид относительно недавно внедрен
в практику. Метанол окисляется в избытке воздуха при температуре 350 -
0°С и атмосферном давлении на окисном железо-молибденовом катализаторе
состава МоО3-Fе2(МоО4)3.Этот катализатор имеет высокую активность и
малочувствителен к каталитическим ядам.
Технологический процесс прямого окисления отличается от ранее
описанного процесса окислительного дегидрирования высокой степенью
конверсии метанола (099) селективностью по формальдегиду достигающей 96%
и высокой экзотермичностью. Поэтому для окисления метанола в нем используют
трубчатые реакторы с интенсивным охлаждением циркулирующей в межтрубном
пространстве водой или другими хладагентами. К достоинствам метода
относятся также низкие расходные коэффициенты по сырью и энергии. На рис.
4 представлена технологическая схема производства формальдегида прямым
окислением метанола.
— теплообменники 2 — турбокомпрессор 4 — реактор 5 — котел-
утилизатор 6 — абсорбер 7 — выносные теплообменники 8 — сборник
Рис. 1.4 - Технологическая схема окисления метанола
Метанол испаряется в теплообменнике 1 обогреваемом реакционной
смесью смешивается с воздухом нагнетаемым турбокомпрессором 2 и через
теплообменник 3 подается в реактор 4. Съем тепла и тепловой режим в
реакторе обеспечивается хладоагентом циркулирующим через котел-утилизатор
Реакционная смесь выходящая из реактора 4 охлаждается в
теплообменниках 3 и 1 и поступает в абсорбер 6 орошаемый водой. Тепло
абсорбции отводится и утилизируется в выносных теплообменниках 7
подогревающих обессоленную воду подаваемую на абсорбцию и питающую котел-
утилизатор 5 вырабатывающий технологический пар. Образующийся формалин
выводится из нижней части абсорбера и поступает в сборник 8. Часть
отходящих из верхней части абсорбера 6 газов смешивается с воздухом перед
входом его в реактор (для снижения взрывоопасности смеси воздуха с парами
метанола) а остальное количество их направляется в печь для дожигания (на
схеме не указана) и выбрасывается в атмосферу. Производство
формальдегида по этой схеме работает по замкнутому циклу и в нем
отсутствуют отходы сточные воды и вредные газовые выбросы.
Процесс отличается высокими капиталовложениями и металлоемкостью
реакционного узла а также меньшей производительностью катализатора с одной
стороны и сниженными затратами сырья и энерготехнологической эффективностью
с другой стороны [16].
Дегидрирование метанола в формальдегид.
На сегодняшний день наиболее распространено получение формальдегида
окислительным дегидрированием метанола. Недостатком этого метода является
образование большого количества воды что делает процесс получения
В связи с этим важной и актуальной является разработка метода
получения формальдегида из метанола неокислительным дегидрированием.
Этот процесс обладает высокой энергоемкостью однако решить эту
проблему модно индуктированием основной реакции перекисью водорода в
присутствии катализатора обеспечивая тем самым эффект сопряжения. Наиболее
оптимальным инициатором или индуктором является перекись водорода.
Механизм действия перекиси при умеренных и повышенных температурах
(>800C) осуществляется следующим образом. Реактивация в ходе реакции (с
использованием в качестве индуктора перекиси водорода) возможна с
образованием радикалов в зоне повышенных температур:
Восстановленный водородом центр ZH вне перекиси водорода десорбирует
в газовую фазу водород с образованием в итоге его в молекулярной форме:
При атаке гидроксильным радикалом из объема освобождается свободное
для катализа место поверхности и образуется вода. С другой стороны при
этом есть вероятность образования окисленного участка поверхности (ZO)
которое в дальнейшем участвует в разблокировке зауглероженных участков
В итоге процесс сводится к одновременному протеканию индукции и
целевой реакции с высокой селективностью по формальдегиду. Сдвоенный центр
при этом более предпочтителен для ведения целевой реакции образования
формальдегида поскольку он более насыщен гидроксильными группами
присутствующими на поверхности кварца или высококремнеземного цеолита.
Суть индукции сводится с кинетической точки зрения к разбиению
процесса на два сопряженных этапа: индукцию и собственно реакцию. При этом
индукция кроме основного назначения (ускорение целевого превращения)
существенно предотвращает отложение кокса а роль катализатора заключается
в снижении энергии активации в благоприятных условиях когда образование
кокса сводится к минимуму благодаря атаке гидроксильными радикалами
заблокированной поверхности.
Таким образом индукция участвует в процессе формирования активной
поверхности насыщая каталитические центры гидроксильными радикалами.
Образование побочных продуктов таких как метан CO и CO2 зависит
от температурной области протекания процесса.
В диапазоне температур 500-600С метан кинетически в незначительных
количествах предпочтительно образуется следующим образом:
CH3OH + H2 CH4 + H2O
Водород участвующий в этой реакции образуется на стадиях
дегидрирования метанола в формальдегид или CO.
В интервале 750-800С метан образуется в количествах
эквимолекулярных количеству диоксида углерода. Поскольку удерживание
молекул формальдегида на поверхности повышается с температурой:
CH2O (CH2O)2 CH4 + CO2
Таким образом проблема селективности в реакции дегидрирования
метанола в формальдегид сводится к управлению процессом характеризующимся
множественностью стационарных состояний реализуемых тремя альтернативными
механизмами образования побочных продуктов. В этом смысле кинетика может
быть раздельно описана тремя устойчивыми стационарными состояниями
стехиометрически выраженными следующими схемами механизмов:
При низкой температуре
CH3OH CO + 2H2 преобладает
При высокой температуре
CH3OH CH2O +H2 преобладает
CH3OH + H2 CH4 + H2O 0
При умеренных температурах (820-880С) процесс сводится к двум
последовательным маршрутам образования формальдегида и CO в устойчивом
кинетическом режиме дегидрирования и эффективном влиянии перекиси водорода.
Кинетические различия в механизмах в разных температурных областях
связаны с доминированием маршрута образования монооксида углерода и метана
при низких температурах и усилением вклада целевого превращения в
формальдегид при умеренных и высоких температурах. Второе отличие
механизмов характерных для трех областей температур связано с тем что
метан образуется по принципиально различным маршрутам.
Введение в систему перекиси водорода инициирует процесс путем
индукционного взаимодействия цепной реакции расщепления гидроперекиси
сопряжением с основной целевой реакцией образования формальдегида.
Такое сопряжение возможно при умеренных и высоких температурах
поскольку термодинамические ограничения не позволяют реально перекиси
водорода расщепиться на радикалы при температуре ниже 800С.
При вводе в систему H2O2 происходит ее взаимодействие с
гидроксилированной поверхностью катализатора с образованием мобильных
поверхностных радикалов блокирующих образование кокса на поверхности:
H2O2 +ZOH ZHO2 + H2O
Цикл механизма замыкается при взаимодействии активного поверхностного
радикала с водородом образующимся в маршрутах дегидрирования метанола в
формальдегид или в монооксид углерода:
В результате такого «зажигания» цепного гетерогенно-гомогенного
процесса возникает сопряженная реакция H2O2 + H2 2H2O которая
способствует ускорению основного процесса дегидрирования метанола в
формальдегид. Механизм сопряжения «зажигается» (включается) при достижении
температуры активации. При этом частично развитие цепи происходит на
поверхности контакта а частично – в объеме реакционной зоны:
В инициировании реакции в общем случае участвуют две активированные
частицы мигрирующие в гомогенно-гетерогенном цепном процессе между
поверхностью катализатора и реакционным объемом – OH и HO2. При этом
обеспечиваются одновременно химическое сопряжение и саморегенерирующие
свойства поверхности контакта.
Предпочтительнее вести процесс в температурном интервале 820-880С
при мольном соотношении азот – метанол 1-5 : 1 и времени контакта от 001
до 01 с. Избыток азота способствует быстрой эвакуации образующегося
формальдегида с минимальным вкладом побочных продуктов.
В оптимальной температурной области реализуется пусковой механизм
инициирования сопряженного каталитического процесса поскольку перекись
водорода эффективно поставляет радикалы в объем судя по термодинамике
подтвержденной кинетическим экспериментом начиная с 820С [17].
Существует достаточно большое количество предложенных катализаторов
которые могли бы быть использованы в данном процессе.
Известен процесс получения формальдегида каталитическим
дегидрированием метанола описанный в работе Ruterana Buffat
Pra Renken A. The structure of the Na2MoO4catalyst for water
free dehydrogenation of methanol to formaldehyde. - In: Helvetica Physica
Acta v.62 1989 pp.227-230.
Недостатком процесса является небольшой срок службы катализатора
который работает в области низких степеней превращения с низкой
производительностью в низкой температурной области.
Известен способ получения формальдегида из метанола путем прямого его
дегидрирования описанный в патенте DE №3719055 С07С 4500 опубликованный
12.1988 г. согласно которому реакция протекает при температуре от 300
до 800°С. Недостатком способа является невысокий выход формальдегида.
Известен способ получения формальдегида дегидрированием метанола на
серебряном катализаторе (Meyer A. Renken A. New catalysts for the
dehydrogenation of methanol to water-free formaldehyde Proc. 9th Int.
Congr. Catal. V.4. P.1898-1905 (1988).
Показатели дегидрирования здесь также невысоки. Конверсия метанола на
серебре модифицированном небольшим количеством теллура (05%) и Na2CO3
составляет 37% при 800°С но селективность по формальдегиду не превышает
Более высокие степени превращения метанола в формальдегид на
серебряных композициях возможны как это описано в работе Усачев Н.Я.
Круковский и И.М. Канаев С.А. Неокислительное дегидрирование метанола в
формальдегид Нефтехимия. 2004. Т.44. С.411 за счет использования
циклической подачи кислорода в реакционное пространство с одной стороны и
организации посткаталитического пространства в котором реализуются цепные
превращения с другой.
Известен ряд способов прямого дегидрирования метанола в присутствии
Zn-Na-катализаторов: Usachev N.Ya. Belanova E.P. Kazakov А.V. et al.
Stud. Surf. Sci. Catal. (Zeolites and Mesoporous materials at the dawn of
the 21st century). V.135. P.206 (2001); Н.Я.Усачев Е.Л.Беланова
И.М.Круковский и др. Изв. РАН Сер. хим. Т.52. С.1839 (2003) [Russ.
Chem. Bull. 2003. V.52. P.1940 (Engl. Transl.)].
Однако в упомянутых работах выход формальдегида не превышает 5% при
селективности 60% и 15% при селективности 42%.
Имеющиеся в литературе указания на возможность повышения выхода
формальдегида до 50% в мягких условиях (600°С) носят противоречивый
Так в работе Sagou M. Deguchi Т. Nakamura S. Stud. Surf. Sci.
Catal. (Successive Design of Catalysts). V.44. P.139 (1988) и патенте
Японии №1880209 С07В 6100 21.10.1994 г.; в патенте США No. 4788347 С07В
00 29.11.1988 г. и в европейском патенте №0261867 С07С 4700 02.01.92
г.описано получение формальдегида дегидрированием метанола прямым
неокислительным путем в присутствии цинк - кремниевых каталитических
Однако производительность катализатора в этих работах в отдельных
опытах либо не указана либо указана предельно низкая (не более 1 гг·ч)
при этом селективность по формальдегиду также предельно низка.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ
прямого дегидрирования метанола описанный в работе «Каталитические
свойства некислотных цинксодержащих систем на основе цеолитов типа Y Х и А
в превращении метанола» Н.Я.Усачев Е.П.Беланова А.С.Фомин и др.
Нефтехимия. Т.42. С.95 (2002) [Petrol. Chem. 2002 V.42. P.78 (Engl.
В описанном способе дегидрирование осуществляют в присутствии
оксидного Zn-Na содержащего катализатора способ приготовления которого
влияет на активность этих систем в дегидрировании метанола в температурном
интервале 500-750°С. Недостатком процесса является недостаточно высокая
производительность (не более 5 СН2О гг кат.·ч) и низкий выход по
формальдегиду не более 22% при времени непрерывной работы не более 9 часов
а каталитическая система становится неустойчивой при повышении температуры
выше 600°С. Использование в технологии циклической подачи кислорода
переводит процесс в класс непрямого каталитического дегидрирования
предполагающего наличие посткаталитического пространства и циклической
подачи кислорода. Срок службы катализатора (до 9 час) и время цикла
непрерывной его работы без ввода кислорода в систему также снижает
достоинства предлагаемой технологии получения формальдегида.
дегидрирования описанный в патенте DE №2009115308 согласно которому
получение формальдегида дегидрированием метанола проводится в присутствии
оксидного Zn-Na содержащего катализатора при повышенной температуре в
котором проводят сопряженное дегидрирование метанола в присутствии перекиси
водорода взятой в количестве обеспечивающей ее концентрацию в метаноле
-15% и в присутствии катализатора дополнительно содержащего диоксид
кремния при следующем соотношении компонентов мас.%:
Проведение процесса получения формальдегида дегидрированием метанола
осуществляют преимущественно в температурном интервале от 790 до 900°С.
Технический результат способа заключается в повышении
производительности катализатора по формальдегиду увеличении срока службы
катализатора а также снижении скорости коксования поверхности контакта.
Поток метанола разбавляют перекисью водорода (30%) с концентрацией
-15%. В испарительной зоне поток метанола смешивается и подхватывается
потоком газообразного азота в мольном отношении СН3ОН:N2=1:05-13.
Так например через 20 см кремний содержащего катализатора
содержащего 12 мас.% ZnO и 12 мас.% Na2O пропускают метанол со скоростью
гмин. В зоне испарения поток метанола смешивается с потоком
газообразного азота в мольном соотношении СН3ОН:N2=1:08. Концентрация
перекиси водорода в метаноле составляет 15%. При температуре 800°С выход
формальдегида составляет 69% селективность процесса по водороду 95%. Выход
CO201%. Выход метана - 05%.
Общая конверсия метанола - 95% [18].
В форме 1а представлена сравнительная характеристика методов
В настоящее время наибольшее распространение получил способ
производства формальдегида окислительными дегидрированием метанола.
Несмотря на то что исходное вещество - метанол - в данном методе
стоит значительно дороже природного газа и низших парафинов существует
много положительных сторон. Во-первых степень превращения исходного
вещества процесса окислительного дегидрирования метанола достигает от 70 до
% в зависимости от катализатора в то время как при окислении парафинов
Во-вторых селективность первого способа составляет 80-88% у второго
- 10%. Низкие показатели конверсии и селективности свидетельствуют о
наличии большого числа побочных продуктов и низкой производительности за
счет рецикла. Все это несет за собой повышение энергетических затрат на
разделение продуктов и вторичной подготовки рециклового сырья.
В-третьих при окислении парафинов товарный формалин содержит 34%
формальдегида в то время как при окислении метанола - 37%.
В-четвертых при окислении парафинов используется трубчатый реактор
печного типа который требует относительно большой объем теплоносителя в
то время как для окисления метанола применяют трубчатые реакторы с
охлаждением или реакторы с надконтактными теплообменниками.
При выборе процесса получения формальдегида из метанола или
природного газа предпочтителен метод окислительного дегидрирования
Окислительное дегидрирование метанола может протекать на серебряном
или оксидном катализаторах. Отметим что оба способа имеют как
достоинства так и недостатки. Несмотря на то что при использовании
оксидного катализатора наблюдаются низкие расходные коэффициенты по сырью и
незначительные содержания побочных продуктов в товарном формалине процесс
требует повышенный расход энергии и воздуха повышенную металлоемкость и
сложность эксплуатации реактора ограничение по мощности установки чего
нет при использовании серебряного катализатора.
При использовании серебряного катализатора хотя и наблюдаются
высокие расходные коэффициенты по сырью наличие в товарном формалина
побочных продуктов и расход драгоценного металла - серебра тем не менее
имеется высокая производительность нет ограничений по мощности единичной
установки реактор имеет простую конструкцию процесс энергоемкий и
Таким образом сравнив все существующие методы производства можно
сделать вывод что производство формальдегида окислительным
дегидрированием метанола на серебряном катализаторе обладаем наибольшей
эффективностью экономичностью высокой производительностью простотой
обслуживания и эксплуатации оборудования.
3 Химические и физико-химические основы проектируемого производства
Получение формальдегида окислительным дегидрированием метанола
осуществляется в результате протекания параллельных реакций окисления и
дегидрирование с образованием незначительного количества побочных
CH3OH + 05O2 CH2O + (1)
CH3OH + 15O2 CO2 + 2 (3)
CH3OH + O2 CO + 2H2O
Первую реакцию можно условно считать необратимой так как большая
часть образовавшегося водорода далее окисляется в воду [10].
Вторая реакция - разложение образовавшегося формальдегида имеет
место при температуре выше 400°С. Образование диоксида углерода кроме как
по реакции (35) может происходить при полном окислении метанола и
формальдегида а также полном окислении монооксида угдерода. Окисление
водорода происходит всегда (6) и выделяющееся при этом экзотермическое
тепло реакции покрывает тепло расходуемое в эндотермической реакции
дегидрирования и поддерживает общую высокую температуру реакции
необходимую далее для осуществления процесса.
В продуктах реакции всегда присутствует водород а это значит что
химическая реакция дегидрирования метанола с образованием формальдегида и
выделением водорода всегда имеет место.
Метанол и кислород сорбируются на активные центры катализатора
дегидрирования - поверхность оксиды серебра. В процессе хемосорбции
кислорода осуществляется перенос заряда с атомов серебра на адсорбированный
кислород и поверхность заряжается отрицательно.
За мягкое окисление метанола в формальдегид ответственен относительно
прочно связанный с катализатором ион О-. Более прочно связанный с
поверхностью ион О2- способствует образованию формальдегида по реакции
дегидрирования метанола. Исследования по окислению спиртов на серебре в
условиях наложения на катализатор электрического заряда показали что
отрицательный заряд увеличивает выход формальдегида а положительный -
уменьшает. Наложение отрицательного заряда т.е. избыток электронов
увеличивает долю ионов О2- и О- наиболее прочно связанных с поверхностью
катализатора и селективность процесса повышается. Таким образом
превращение метанола в формальдегид на серебре - окислительно-
восстановительная реакция.
образуются свободные радикалы: ●СН3 ●ОН- НО2●.
смешения с хладагентом.
мольное отношение О2:СН3ОН поддерживают на уровне 03-033.
Разбавление спиртовоздушной смеси инертными газами является одним из
способов повышения общей конверсии метанола которая достигает в этом
случае 85-90%. Оптимальным разбавлением является соотношение инертный
газ:метанол равное (5-3):1. Мольное соотношение кислород:метанол в этих
случаях достигает 035-042.
Наибольшее распространение в синтезе формальдегида получил
катализатор серебро на пемзе. Компактные катализаторы представлены
серебряными сетками губчатым серебром кристаллами.
Катализатор серебро на пемзе готовят путем пропитки пемзы водным
раствором какой-либо соли серебра с последующим ее разложением и
восстановлением до металла. Предварительно пемзу измельчают просеивают и
отмывают азотной кислотой от ионов железа.
Большое распространение получило модифицирование серебряного
катализатора различными металлами и их оксидами. В качестве промоторов
могут применяться оксиды цинка берилия циркония сурьмы и некоторых
Срок службы серебряных катализаторов существенно зависит от целого
ряда параметров: от способа приготовления и состава контакта от степени
чистоты сырья от природы материалов из которых изготовлена аппаратура от
резких колебаний температуры и т.д. На практике продолжительность
непрерывной работы образца колеблется от 2-3 до 18-24 мес. Активность
катализатора может снижаться из-за отравления поверхности катализатора
ядами зауглероживания поверхности изменения дисперсности серебра потери
механической прочности.
Дезактивирующее влияние на катализатор оказывают примеси
содержащиеся в исходном метаноле (они же могут образовываться в ходе
превращения метанола в формальдегид): формиаты карбонаты и бикарбонаты
натрия. Кроме этого ядами являются соединения серы свинца железа и
некоторых других элементов. Наиболее активным каталитическим ядом является
легколетучий пентакарбонил железа.
Каталитическими ядами являются также примеси содержащиеся в
возвратном" метаноле т.е. метаноле отогнанном из формалина-сырца или из
продуктов дальнейшей переработки формалина. К числу таких примесей
относятся фенол ацетальдегид уксусная и муравьиная кислоты и некоторые
другие соединения [9].
Термодинамика процесса
Получение формальдегида из метанола является энергохимическим
процессом то есть на всех стадиях происходит выделение и потребление
значительного количества тепла.
данном случае кислорода взятого в недостаточном количестве.
В форме 1б систематизированы оптимальные и достигаемые параметры
Гидродинамические режимы реакционного процесса
Процесс окислительного дегидрирования метанола проходит в
адиабатическом реакторе. Исходная смеси (метанол вода воздух) проходят
через слой катализатора находящегося в нижней части реактора где
происходит образование формальдегида. Температура процесса может достигать
не более 700°С. При повышении температуры более 700°С происходит резкое
снижение селективности и наступает полное окислении метанола с образование
монооксида и диоксида углерода. Также повышение температуры опасно тем что
скорость реакций резко увеличивается возрастает давление и может произойти
взрыв реакторного блока который не рассчитан на повышенные температуру и
Далее газовая смесь поступает в верхнюю часть реактора - в трубное
пространство надконтактного теплообменника где происходит резкое
охлаждение продуктов реакций до температуры не более 200°С.
После этого продукты реакции поступают в абсорбер где из них
извлекают формальдегид и непрореагировавший метанол. Абсорбер
представляющий собой тарельчатую колонну разделен на три секции. Нижняя
секция орошается формалином средняя - раствором содержащим 15-20%
формальдегида а верхняя - чистой водой. Из низа абсорбера выходит
формалин из которого в дальнейшем извлекают формальдегид в
ректификационной колонне [19].
4 Физико-химические и теплофизические свойства исходных веществ
промежуточных и целевых продуктов
Физико-химические и термодинамические свойства веществ представлены в
Таблица 1.5-Физико-химические и термодинамические свойства веществ
Наименование Физико-химические термодинамические свойства исходных
вещества веществ промежуточных целевых и побочных продуктов
Метанол Бесцветная жидкость с характерным вкусом и запахом.
Свойства метанола представлены в [20]
Формальдегид Бесцветный газ с резкимзапахом хорошо растворимый в
воде спиртах и полярных растворителях. Свойства
формальдегида представлены в [20]
Кислород Газбез цвета вкуса и запаха. Свойства кислорода
представлены в [20]
Вода Принормальных условияхпредставляет собой
прозрачнуюжидкость не имеетцвета(в
маломобъёме)запахаивкуса. Свойства воды
Диоксид углерода Бесцветныйгаз(в нормальных условиях) без запаха со
слегка кисловатымвкусом. Свойства углекислого газа
Монооксид Бесцветный ядовитый газ (при нормальных условиях) без
углкрода вкуса и запаха. Свойства угарного газа представлены в
Азот При нормальных условиях двухатомныйгазбез цвета вкуса
и запаха. Свойства угарного газа представлены в [20]
Водород Лёгкийбесцветныйгаз. В смеси с воздухам горюч и
взрывоопасен нетоксичен. Свойства водорода
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА

РЕЦЕНЗИЯ на 2 листах А4 (не подшивается!).doc

РЕЦЕНЗИЯ НА ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
наименование факультета
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
По специальности (направление)
номер специальности (направление)
Тема дипломного проекта:
Объем дипломного проекта:
а) расчетно-пояснительной записки (кол-во листов ф. А 4)
б) графической части (кол-во листов ф. А 1)
Заключение о степени соответствия выданному заданию и требованиям
предъявляемым к дипломным проектам:
Краткое содержание расчетно-пояснительной записки и графической части
Степень использования дипломником последних достижений науки и
Глубина разработки мероприятий по безопасности жизнедеятельности
Оценка технико-экономического обоснования проекта и уровня организации
Положительные качества дипломного проекта (с выделением элементов
Недостатки дипломного проекта (включая стиль и грамотность исполнения
пояснительной записки и графической части):
Оценка общеинженерной и специальной подготовки дипломника (с учетом
Практическая ценность проекта в целом
Общая оценка дипломного проекта
отлично хорошо удовлетворительно неудовлетворительно
Заключение о готовности выпускника самостоятельно решать технические задачи
и возможность присвоения ему квалификации инженера (бакалавра) по
специальности (по направлению)
Мнение рецензента о возможности представления выполненного проекта на
указать должность и место работы

Содержание .doc

Теоретические основы проектируемого производства .
1 Сведения об отечественных и зарубежных производителях ..
2 Технико-экономическое сравнение существующих методов
3 Химические и физико-химические основы производства ..
4 Физико-химические и теплофизические свойства исходных
веществ промежуточных целевых и побочных продуктов
Технологические основы проектируемого производства
1 Основные стадии и технологические операции
2 Характеристика сырья целевых и побочных продуктов
вспомогательных материалов и энергоносителей
3 Описание технологической схемы производства
4 Аналитический контроль производства
Технологические расчеты проектируемого производства
1 Материальный баланс установки ..
2 Расчеты и выбор технологического оборудования ..
3 Расчет количества технологического оборудования
4 Моделирование технологического
5 Механический расчет основного аппарата
6 Тепловой баланс реактора.
Автоматизация производства ..
Безопасность жизнедеятельности ..
Экономическая часть
Приложение А Ведомость проекта
Приложение Б Спецификация сборочного чертежа
Приложение В Формы проекта
Приложение Г Графическая часть проекта

7.doc

В данной работе рассчитана установка получения формальдегида
окислительным дегидрированием метанола на серебряном катализаторе мощностью
5 тыс. тонн в год по изопрену.
Для производства 195 тыс. тонн в год изопрена требуется 1707 тыс.
тонн в год 100% формальдегида или 4584 тыс. тонн в год 37% раствора
Выполнены расчеты технологического оборудования.
Определены расходные коэффициенты по сырью: технический метанол 1696
тт воздух 2050 тт катализатор 22774 грт.
Рассчитаны расходные коэффициенты по энергоносителям: пар
348Гкалт электроэнергия 584031кВтт вода оборотная 0108 м3т холод
аммиачный 0062 Гкалт.
Подобраны оптимальные режимы процесса: температура 573-1073 К
давление 03МПа катализатор - серебро на пемзе с содержанием серебра 37-
% срок службы катализатора в среднем составляет около 12 месяцев.
Приведено описание технологической схемы производства с принципами
регулирования и контроля процесса.
Проектируемое производство полностью автоматизировано. В качестве
регулирующей системы управления применена система Delta V. Это одна из
новейших разработок в области автоматизации. В автоматическом режиме
выполняются: сбор и первичная обработка информации от датчиков
предупредительная и аварийная сигнализация регистрация отклонений
параметров от регламентных норм регулирование отдельных аналоговых
технологических параметров формирование отчетных документов архивирование
информации о ходе технологического процесса и состоянии
оборудования получение информации самодиагностика и выдача сообщений по
отказам всех элементов комплекса технических средств.
Разработаны мероприятия по охране окружающей среды и утилизации
На проектируемое производство формальдегида мощностью 195 000 тонн в
год по изопрену потребуется 448 16674040 руб. капитальных вложений.
Производительность труда на одного работающего в натуральном выражении
составит 308364 тонн и на одного рабочего – 368696 тонн. При уровне
рентабельности продукции 1022% годовая сумма прибыли составит 349106336
руб. а капитальные вложения окупятся за 128 года.
Экономическая часть выпускной квалификационной работы подтверждает
эффективность разрабатываемого проекта внедрение в проект технически
возможно и экономически целесообразно.
Строительство данной установки технически возможно.

Осн.аппарат.docx

Описание устройства и принципа действия основного
Реактор окисления метанола поз.Р-1 представляет собой вертикальный трубчатый цилиндрический аппарат корпус которого состоит из обечайки и приваренных к ней верхней и нижней эллиптических крышек. Корпус аппарата выполнен из стали марки 12Х18Н10Т устойчивой к кислородной среде коррозиям и высокой температуре. Толщина обечайки 12 мм. Аппарат снаружи изолируется теплоизолирующим материалом.
Реактор состоит из следующих основных частей: верхняя крышка поз.1 нижняя крышка поз.2 пучок трубный поз.3 решетка катализаторная поз.5 упор катализаторной решетки поз.6 7 кожух теплоизоляционный поз.8 решетка распределительная поз.9.
В реактор загружается катализатор на сетку поз.11 12 уложенную на специальную решетку поз.5 реактора которая держится на упорах поз.6 7. Сетка по периферии по теплоизоляционному корпусу крепится при помощью прутков сечением 5-8 мм электросваркой на прихватках. Сверху на катализатор укладывают сетку с ячейкой от 015 до 3 мм.
Реактор имеет два люка Л-1 Л-2 которые предназначены для проведения работ внутри реактора. В аппарат встроен надконтактный холодильник который служит для охлаждения проходящих через него контактных газов. Реактор снабжен также линзовым копенсатором для компенсации растяжения и сжатия реактора вследствие высоких перепадов температур. Сам реактор крепится на подвесных лапах и находится в подвешенном состоянии.
Спиртовоздушная смесь поступает в реактор при температуре от 85 до 160 0С через штуцер А в нижнюю часть реактора и далее проходя через распределительную решетку поз.9 контактная смесь распределяется по всему сечению аппарата. Проходя через слой катализатора происходит процесс окислительного дегидрирования метанола и разогрев смеси от 500 до 700 0С. Контактный газ после реакции поступает в трубное пространство надконтактного холодильника где охлаждается до температуры 200 0С за счет испарения парового конденсата в межтрубной части холодильника.
Продуктом реакции окисления метанола является формальдегид который выходит из верхней части реактора через штуцер Б.