Оборудование и установка для производства формальдегида

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

 

Кафедра Машин и аппаратов  химических производств

 

 

 

Курсовой проект

По дисциплине «Машины  и аппараты химических производств»

 

ОБОРУДОВАНИЕ И УСТАНОВКА  ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛЬДЕГИДА

Пояснительная записка

ПФ 00 00 000 ПЗ

 

 

 

 

Заведующий кафедрой __________________________  (                         )

Нормоконтролер________________________________ (                         )

Руководитель проекта____________________________ (Ахметшин К.З.)

Студент________________________________________ (Бабушкина А.Н.)

6 курса                                                                                    группы 2273-11

 

Казань, 2012

 

ЗАДАНИЕ

На курсовое проектирование студенту кафедры  МАХП  гр.2273-11

Бабушкиной  Анастасие Николаевне__________________________________

__________________________________________________________________ Тема проекта____Оборудование и установка для производства_______ формальдегида____________________________________________________

__________________________________________________________________

Исходные данные к проекту_Производительность установки, составы материальных потоков, рабочие условия и параметры принять по_________ технологическому регламенту _______________________________________

содержание расчетно-пояснительной  записки (включается перечень подлежащих разработке вопросов, включая вопросы  стандартизации и контроля качества)_I раздел: Вводно-описательная технологическая часть; II раздел: Расчеты технологические; III раздел: Расчеты механические; IV____ раздел: Раздел БЖД и промышленной экологии._________________________

Перечень графического материала: 1. Схема установки принципиальная технологическая; 2. Сборочные чертежи и спецификации: а) аппарата с мешалкой; б) насоса; 3. Рабочие чертежи деталей.

Всего 5листов._____________________________________________________

 

                                                 Дата выдачи задания: «  »                          г.

                                       Руководитель проекта:  Ахметшин К.З.____

                                                 Студент принял:   Бабушкина А.Н.________         

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1 Вводно-описательная технологическая  часть                                   5

1.1 Введение                                                                                           5

1.2 Физико-химические основы  технологических процессов              6 

1.3 Описание технологической  схемы и основного аппарата             9

1.4 Литературный обзор конструкции аппаратов                             13                        

 1.5 Материальный баланс                                                                  17 

   1.5.1 Тепловой баланс                                                                      20                

2 Технологические расчеты                                                                22

    2.1 Технологический аппарат с рубашкой и мешалкой                22    

       2.1.1 Тепловой расчет аппарата                                                  24

       2.1.2 Определение  толщины тепловой изоляции рубашки 

             аппарата                                                                                  27          

    2.2 Расчет привода мешалки                                                           28

3 Механические расчеты                                                                    32

    3.1 Расчет толщины стенки обечайки корпуса аппарата              32   

    3.2 Расчет эллиптического  днища (крышки) аппарата                 34    

    3.3 Толщину корпуса  рубашки аппарата                                     35

    3.4 Расчет укрепления  отверстий                                                   35

      3.4.1 Укрепление  отверстий в цилиндрической обечайке          35

      3.4.2 Укрепление  отверстий в верхнем эллиптическом              35

               днище (крышке) аппарата

     3.4.3 Укрепление отверстий в нижнем эллиптическом

              днище аппарата                                                                     36

    

 

        3.4.4  Укрепление отверстий в цилиндрической обечайке

              рубашки                                                                                37

   3.5 Расчет сопряжения рубашки с корпусом аппарата              37

   3.5.1 Вспомогательные  параметры                                             37

3.6 Допускаемое избыточное  давление в рубашке                        39

3.7 Определение высоты кольца                                                     39                  

3.8 Расчет сварных швов                                                                 39

3.9 Нагрузка от собственного  веса сосуда                                     40     

4 БЖД и промышленная  экология                                                     41    

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                   43

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ                            44

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1  Вводно-описательная  технологическая часть

1.1  Введение

Промышленность  синтетического каучука – одна из ведущих отраслей нефтехимической  индустрии. По объемам мирового потребления  синтетические каучуки превзошли  натуральный каучук и их основными  потребителями являются шинная промышленность и производство различных резинотехнических  изделий: гибкие рукава, приводные ремни, муфты, транспортерные ленты, прокладки. Значительное количество каучука расходуется  в производстве искусственной кожи, пленочных материалов, электротехнической, кабельной, пищевой, текстильной промышленности, приборо- и машиностроении, медицине и других отраслях народного хозяйства [1].

Это каучуки общего назначения, которым  не требуются специальные свойства. Каучуки специального назначения отличаются от них одним или несколькими  свойствами, определяющими специфическую  область их применения. К таким  каучукам относятся тиоколы. Особое распространение получили жидкие тиоколы. Характерной особенностью полисульфидных олигомеров или жидких тиоколов является способность к “холодной вулканизации”, что наряду с уникальными свойствами вулканизатов определило широкие возможности их  использования. Вулканизатам ПСО присуща универсальная химическая устойчивость, устойчивость к воздействию атмосферных факторов,  высокие адгезионные свойства к различным поверхностям, даже влажным, стойкость к маслам и бензинам, кислотам и щелочам, водо-, паро- и газонепроницаемость, хорошие низкотемпературные свойства и длительный – свыше 25 лет – срок эксплуатаций.

 

 

Благодаря уникальным свойствам ПСО широко используют в производстве герметиков для авиации, судостроения,  строительства, находят применение в технологии резин и выделки кожи, производства покрытий и адгезивов, в металлургии.

Первой  стадией в получении жидких тиоколов является синтез 2,2-дихлорэтилформаля, разработанный научно-исследовательским  институтом каучуков  специального назначения НИИСК г. Казани.

 

1.2 Физико- химические основы технологических процессов

 

В основе получения 2,2-дихлордиэтилформаля  сернокислотным методом лежит реакция:

2CI-CH₂CH₂-OH + CH₂O ® CI-CH₂CH₂-O-CH₂-O-CH₂-CI +H₂O

1)    ^б+CH₂=O^б-+H⁺ ®C⁺H₂-OH

2)CI-CH₂CH₂-O-H+⁺CH₂-OH®CI-CH₂CH₂-O⁺H-CH₂OH → CICH₂CH₂-O-CH₂OH+H⁺

3) CI-CH₂CH₂-O-CH₂OH + H⁺® CICH₂CH₂-O-CH₂-⁺OH₂ ®H₂O+CI-CH₂CH₂O-C⁺H₂

4)CICH₂CH₂-OH+⁺CH₂OCH₂CH₂CI®CICH₂CH₂-⁺O-CH₂-OCH₂CH₂CI®H⁺+CICH₂CH₂-O-CH₂- O-CH₂CH₂CI 

         Со второй стадии этого процесса могут идти побочные реакции с образованием высших формалей.   

5) CI-CH₂CH₂-OCH₂-OH + C⁺H₂-OH ® CICH₂CH₂-O-CH₂-O-CH₂OH+H⁺ ®

CICH₂CH₂OCH₂OC⁺H₂+H₂O

6)CICH₂CH₂–O-CH₂OC⁺H₂+ HOCH₂CH₂CI®CICH₂CH₂OCH₂OCH₂OCH₂CH₂CI+H⁺

 

Взаимодействие  хлоргидрина с формальдегидом включает в себя ряд кислотнокатализируемых стадий, в результате чего в качестве основного продукта образуется формаль, а в качестве побочных более высшие формали.

             Исторически первыми мономерами, применявшимися при получении полисульфидных олигомеров стали короткоцепные алифатические дихлориды: 1,2-дихлорэтан и 1,2-дихлорпропан. Несколько позже нашли применение 1,3-дихлоргидрин глицерина и 2,2-дихлорэтиловый эфир.

Перечисленные дихлориды имели ряд недостатков, которые не позволяют получать эластомеры с комплексом ценных свойств. Так, применение дихлорэтана и дихлорпропана приводило к эластомерам с высокой температурой стеклования, придавало им неприятный запах, а использование 1,3-дихлоргидрина глицерина не позволяло получать водостойкие полимеры. Значительный прогресс наметился после того, как Патрик предложил использовать в качестве мономера 2,2^1-дихлордиэтилформаль (формаль-1), получаемый взаимодействием этиленхлоргидрина (ЭХГ) и параформальдегида (ПФ) в присутствии кислоты и азеотропообразующего агента:

2 CICH₂CH₂OH +CH₂O   ^H+® CICH₂CH₂OCH₂ OCH₂CH₂CI + H₂O

Катализаторами  этой реакции являются серная, соляная, фосфорная кислоты, а также хлориды  кальция, магния железа или цинка, которые  могут образовывать комплексные  соединения или вследствии гидролиза создавать кислую среду.

В нашей стране формаль-1 до 1960 года в промышленном масштабе получали из ЭХГ и ПФ в присутствии  хлорида кальция и следов минеральной  кислоты. Выход готового продукта составлял  при этом до 85%,  считая на ПФ. Но указанный  метод был крайне неудобным в  технологическом отношении и  был заменен.

С 1960 года формаль-1 получали по методу, разработанному Р.А.Шляхтером с одновременной отгонкой азеотропной смеси H₂O – ЭХГ. Параформальдегид и этиленхлоргидрин использовались в мольном соотношение 2,6:1, концентрация серной кислоты в реакционной смеси составляла 0,25 масс.%.  При этом выход формаля значительно повышался за

     счет выведения образовавшейся воды, которая отгонялась в виде азеотропа.

Первая стадия процесса состояла в растворении ПФ в ЭХГ при  повышении температуры с образованием полуацеталя. Затем проводился вакуумный синтез с одновременной ректификацией продуктов реакции, во время которой отбирались четыре фракции, представлявшие собой азеотроп  H₂O –ЭХГ, ЭХГ, смесь ЭХГ-формаль, формаль-ректификат. Водный ЭХГ при этом выводился из процесса, а ЭХГ и смесь  с формалем  направлялись в рецикл.

Изучение условий ректификации  формаль-сырца показало, что во избежание сильного смолообразования ректификацию нужно проводить при температуре не выше 150^оС.

Образовавшиеся смолы  представляли собой продукты разложения ЭХГ, формаля-1, а также полимера формальдегида, получавшегося в результате гидролиза  формаля-1. В результате смолообразования выход формаля снизился на 8-10%.

Данный метод при этом имел следующий ряд  недостатков:

1. Наличие обводненного ЭХГ, который не удавалось переработать;

2. Большие энергетические, тепловые  затраты;

3. Наличие кубовых остатков, отходов  производств;

4. Высокая коррозия оборудования;

5. Забивка оборудования.

Также в некоторых работах  были предложены другие способы получения  формаля-1. Например, взаимодействием  ПФ, окиси этилена и хлористого водорода.

CH₂O + 2 CH₂-CH₂ + 2HCI ®CIC₂H₄OCH₂OC₂H₄CI +H₂O;

Однако недостатки технологической  проработки не позволяют сделать  определенный вывод о перспективности  его промышленного использования.