Оборудование и установка для производства формальдегида

Расширение областей применения ПСО, связанное с использованием их при низких температурах вызвало  необходимость создания олигомеров на основе дигалогенидов, содержащих большие углеводородные группы. Так, например, в США были получены полимеры на основе 4,4-¹дихлордибутилформаля, обладающего высокой морозостойкостью.

В нашей стране для этих целей были проведены работы по синтезу  формаля на основе хлоргидридов и диэтиленгликоля выделенных из кубовых остатков производства ЭХГ. Синтез 2,2^1-дихлордиэтоксиэтилформаля был осуществлен взаимодействием 2-хлорэтоксиэтанола с ПФ в присутствии H₂SO₄.

2CIC₂H₄OC₂H₄OH +CH₂=O ^H+® CIC₂H₄OC₂H₄OCH₂OC₂H₄ OC₂H₄CI + H₂O;

       Выделявшаяся при этом H₂O отгонялась в виде азеотропа со взятым в избытке 2- хлорэтоксиэтанолом.

 

1.3  Описание технологической схемы. Основного аппарата. Литературный        обзор конструкции аппаратов

ПФ 000.000.000 СЗ

    Процесс получения формаля осуществляется периодическим способом из этиленхлоргидрина и параформальдегида в присутствии серной кислоты, используемой в качестве катализаторов и средства для отделения реакционной воды от продукта реакции.

Процесс получения 2,2¹ -дихлордиэтилформаля состоит из стадий:

1. Синтез формаля-сырца
2. Разгонка формаля-сырца.

1.3.1 Синтез формаля – сырца

На синтез формаля-сырца ЭХГ принимается из ЖДЦ в емкости 1¹ и 1². Затем ЭХГ закачивается насосом 2 из емкостей 1¹ и 1² в реактор 8¹. При работающей мешалке в реактор загружается параформальдегид и индикатор метиловый оранжевый. Во время загрузки параформальдегида пыль улавливается и направляется в циклон 5.

Серная кислота принимается  со склада жидких продуктов в аппарат 6, из которого давлением азота до 2,5 кг/см³ передавливается в мерник 7, откуда самотеком сливается в реактор 8¹.

После загрузки параформальдегида, в рубашку реактора подается пар и реакционная смесь подогревается до 60^оС и туда же подается серная кислота. Реакционная масса перемешивается в течение 180 минут, а затем охлаждается.

Затем мешалка выключается и реакционная масса отстаивается от 240 до 300 минут.

Образующийся нижний (кислотный) слой передавливается азотом в емкости 11² и 11¹. Граница раздела фаз: органический слой (формаль-сырец) от неорганического слоя (разбавленная водой серная кислота) определяется по разделительному фонарю.

На оставшийся органический слой формаля-сырца в реактор загружается новая порция серной кислоты из мерника 7 и содержимое аппарата перемешивается 180 минут. Затем при температуре 30^оС и выключенной мешалке реакционная масса отстаивается 480 минут. Образовавшийся нижний слой передавливается азотом в 11¹ и 11² емкости. Отработанная серная кислота передавливается периодически из 11 емкости в корпус 451 для разбавления с последующим использованием на коагуляции

дисперсии в производстве тиокола. Полученный формаль-сырец передавливается на разгонку в 8² аппарат.

1.3.2   Разгонка  формаля-сырца

Разгонка формаля-сырца осуществляется в аппарате 8², оснащенном рубашкой, мешалкой и вакуумной линией. Процесс отгонки ЭХГ ведется под вакуумом, создаваемым вакуумным насосом 12, при температуре в аппарате не выше 100^оС и при перемешивании.

Подогрев аппарата осуществляется подачей в рубашку пара. Аппарат 8² связан с атмосферой гидрозатвором 10.

 Пары ЭХГ конденсируются  в конденсаторе 4, конденсат собирается  в сборнике 9, откуда возвращаются  в 1¹ и 1² емкости. Отгонка продолжается до содержания ЭХГ в формале не более 3%.

После отгонки ЭХГ, полученный формаль охлаждается до температуры 20 - 30^оС и передавливается азотом в 13 емкость или идет на приготовление формалевой шихты.

1.3.3  Приготовление  шихты

Трихлорпропан из передвижной емкости принимается в апп. 11₄ (уровень контролируется прибором поз. 814), из которого за счет вакууметрического давления принимается в апп.32. Из апп.32 давлением азота до 2,5кгс/см² трихлорпропан передается в дозер 39, из которого сливается в апп.35_5-7 для приготовления шихты.

Продукты производства: формаль, этиленхлоргидрин-регенерат принимаются из отделения вакуумной разгонки формаля-сырца:

- формаль в апп.161_2,5 (уровень контролируется приборами поз.804,805), из

 

которого насосом 36 откачивается в  апп.35_5-7 для приготовления шихты,

- этиленхлоргидрин - регенерат принимается в апп 1₂, из которого насосом 2а откачивается в апп.8_1-4 на синтез формаля - сырца.

 Шихта готовится в  апп.35_5-7, для чего формаль подается из апп.161_2,5, трихлорпропан из мерника 39.

Содержимое аппарата перемешивается в течение 60 минут и готовая  шихта насосом .53_1,2 передается в отделение поликонденсации.

Шихта считается кондиционной при получении двух сходимых результатов анализа различных проб, отобранных в интервале перемешивания не менее 15 минут.

При получении некондиционной шихты производится ее исправление  путем добавления того или иного  компонента, перемешиванием не менее 60 минут с последующим анализом. 3.5, Отдувки из апп. 11₄ поступают на гидрозатвор 68а, с 35_5-7 и 161_2,5 - на гидрозатвор 5.

       ПФ 001.000.000 СБ   основной аппарат представляет собой  аппарат с мешалкой предназначеного для физико-химических процессов под вакуумом и давлением. Номинальный объем аппарата – 25,0м³. Коэффициент заполнения – 0,8. Среда в корпусе – органические и неорганические кислоты. Теплоноситель в рубашке вода, водяной пар и другие не коррозионные жидкости. Площадь теплообмена – 35м³.

Обогрев реакционной массы  осуществляется путем подачи в рубашку  аппарата пара.

Приводом мешалки является мотор – редуктор МР1-315-26-100-Ф1П  с электродвигателем В180М8, мощность 30кВт.

Частота вращения вала мешалки  – 100об/мин. Загрузка

параформальдегида осуществляется через люк. Разделение органического слоя от неорганического осуществляется по смотровому фонарю. Корпус аппарата покрыт противокоррозийной эмалью.

Загрузка  параформальдегида осуществляется через люк.  Разделение органического слоя от неорганического осуществляется через смотровое стекло (по фонарю).

1.4 Литературный обзор конструкции аппаратов

№ п/п	Наименование  оборудования (тип, наименование аппарата, назначение и т.д.)	Номер позиции на схеме (заполняется при необходимости)	Количество	Материал	Методы  защиты металла оборудования от коррозии (заполняется при необходимости)	Техническая характеристика
1	2	3	4	5	6	7
1	Цистерна  для ЭХГ	11	1	Ст 08 СП ГОСТ 1050-78	Эмалированная емкость	Объем – 16 м3, высота – 4210 ± 35 мм, диаметр – 2600 мм, рабочее давление – атмосферное, расчетное давление – 6 кгс/см2
2	Цистерна  для ЭХГ	12	1	Сталь	Сталь футерованная кислотноупорная	Объем – 25 м3, диаметр – 2000 мм, длина цилиндрической части  – 6000 мм, рабочее давление – атмосферное, расчетное давление – 6 кгс/см2
3	Цистерна  для ЭХГ	13	1	Сталь		Объем - 50 м3, диаметр – 2400 мм, длина – 11325 мм, высота – 3241 мм, рабочее давление – атмосферное, расчетное давление – 7,35 кгс/см2
4	Цистерна  для ЭХГ	41,2	2	Сталь Б1016ГС		Объем – 100 м3, диаметр – 3000 мм, длина – 14836 мм, рабочее давление – атмосферное, расчетное давление – 6 кгс/см2
5	Дозер для серной кислоты	7	1	Сталь эмаль	Стальной  эмалированный	Объем – 1,25 м3, длина – 860 мм, диаметр – 1200 мм, рабочее давление – атмосферное, расчетное давление – 3 кгс/см2
6	Реактор для  синтеза формаля	81-3                     84	3                     1	Сталь эмаль                   Сталь эмаль	Эмалированный                   Эмалированный	Объем - 25 м3, высота – 7930 ± 75 мм, диаметр – 2800 мм, рабочее давление в корпусе - 6 кгс/см2, рабочее давление в рубашке  – 4 кгс/см2, рабочая температура  в рубашке - 170˚C, рабочая температура  в корпусе - 100˚C, Объем – 40 м3, высота – 9985 ± 95 мм, диаметр – 3200 мм, рабочее давление в корпусе - 6 кгс/см2, рабочее давление в рубашке  – 4 кгс/см2, рабочая температура  в рубашке - 170˚C, рабочая температура  в корпусе - 100˚C,   Тип электродвигателя В180М8, ВЗТ4, мощность – 15 кВт, частота вращения вала мешалки  – 100 об/мин
7	Аварийная  цистерна для ЭХГ	161б	1	Сталь		Объем - 100 м3, рабочее давление – атмосферное
8	Гидрозатвор	102	1	Ст 08 СП		Емкость – 160 л, диаметр – 600 мм, высота – 600 мм, рабочее давление – атмосферное
9	Гидрозатвор	4а	1	Сталь		Емкость – 150 л, рабочее давление – атмосферное
10	Цистерна  для трихлорпропана (ТХП)	114	1	Сталь		Объем – 50 м3, диаметр – 2800 мм, длина цилиндрической части  – 8800 мм, рабочее давление –  2,5 кгс/см2, расчетное давление – 3 кгс/см2
11	Цистерна  для разбавленной серной кислоты	111,2	2	Сталь		Объем - 50 м3, длина – 6800 ± 70 мм, диаметр – 3200 мм, рабочее давление –  2,5 кгс/см2, расчетное давление – 6 кгс/см2, снабжена подушкой
12	Конденсатор для конденсации паров этиленхлоргидрина	165-7	3	Углеграфитовый		Кожухоблочный, число блоков – 10, поверхность теплообмена – 40 м2, размер блока – 700×350 мм, количество вертикальных отверстий - 208, горизонтальных – 206, диаметр отверстия – 18 мм, рабочее давление –  0,7 кгс/см2, расчетное давление – 3 кгс/см2
13	Сборник для  ТХП	32	1	Чугун	Эмалированный	Объем - 20 м3, диаметр – 1400 мм, длина – 1530 мм, рабочее давление –  2,5 кгс/см2, расчетное давление – 3 кгс/см2
14	Реактор для  приготовления шихты	355-7	3	Сталь	Эмалированный	Объем – 6,3 м3, высота – 4950 мм, диаметр – 2000 мм, рабочее давление – атмосферное, расчетное давление – 4,5 кгс/см2, электродвигатель –  ВАО 51-4, мощность – 75 кВт, напряжение – 380 В, число оборотов – 1460 об/мин, давление рабочее  – атмосферное
15	Мерник для  ТХП	39	1	Сталь		Объем – 0,15 м3, диаметр – 400 мм, длина – 1200 мм, рабочее давление –  атмосферное, расчетное давление – атмосферное
16	Циклон	45	1	Сталь
17	Аппарат для  серной кислоты	691	1	Сталь	Эмалированный	Объем – 4,0 м3, диаметр – 1600 мм, высота – 2400 мм, рабочее давление –  2,5 кгс/см2, расчетное давление – 3 кгс/см2
18	Аппарат для  серной кислоты	692	1	Ст 3		Объем – 0,63 м3, диаметр – 800 мм, высота – 1820 мм, рабочее давление –  0,5 кгс/см2, расчетное давление – 3 кгс/см2
19	Гидрозатвор	68а, 5	2	СКЛ – 4		Вместимость – 0,2 м3, диаметр – 640 мм, высота – 740 мм, рабочее давление – атмосферное, расчетное давление – атмосферное
20	Цистерна  для формаля	1612,5	2	Ст 16ГС	Эмалированный	Емкость - 50 м3, диаметр – 3000 мм, длина цилиндрической части – 8000 мм, рабочее давление – атмосферное, расчетное давление – 6,0 кгс/см2
21	Сборник для  ЭХГ	1903-6	4	Ст 08	Эмалированный	Объем – 3 м3, диаметр – 1400 мм, длина – 2000 мм, расчетное давление – 3 кгс/см2
22	Вакуумный  насос	1121,2	2			Водокольцевой, производительность – 720 л/мин, вакуум – 90 %, номинальное абсолютное давление – 10 кПа, остаточное давление – 2,6 кПа
23	Центробежный  насос для перекачки ЭХГ в реактор	2а	1			Тип насоса - Х 45/31-Г-0-УХЛ-4, марка электродвигателя ВАО 52-2-4-3, мощность - 6,2 кВт, число оборотов – 2900 об/мин, производительность - 10-25 м3/час, напор – 57 м вод ст
24	Центробежный  насос для перекачки ЭХГ в реактор	31,2 2б	2 1			Тип насоса - Х-65-50-160-К-155, марка электродвигателя 2В132М2, число оборотов – 2900 об/мин, производительность  – 25 м3/час, напор - 32 м вод ст
25	Центробежный  насос для подачи шихты	531,2	2			Тип насоса – 2К 4И 2-1-63, марка электродвигателя - ВАО-52-21 (ВЗГ), число оборотов – 2900 об/мин, производительность - 20 м3/час, напор - 53 м вод ст
26	Центробежный  насос для подачи формаля	36	1			Тип насоса – 2,5 ЦСП, марка электродвигателя – КО-11-2, мощность – 8 кВт, число оборотов – 2900 об/мин, производительность  – 10-25 м3/час, напор – 57 м вод ст

 

1.5 Материальный баланс

Материальный баланс производства 2,2дихлорэтилформаля по сернокислотному  методу с избыточной дозировкой серной кислоты

Синтез формаля:

2CI-CH₂- CH₂-OH + CH₂ O ^H₂^SO₄→CI- CH₂ CH₂-O- CH₂O CH₂ CH₂CI + H₂O ^{2*80.5 г/моль                  30г/моль                                          173г/моль                                                 18г/моль}

На ряду с этим идет образование высших формалей:

2CICH₂ CH₂-OH +2 CH₂O   ^H₂^SO₄→  ® CI- CH₂ CH₂-O- CH₂O CH₂ OCH₂O- CH₂ CH₂CI + H₂O

2CIC₂H₄OH +3 CH₂O     ^H₂^SO₄→CI CH₂ CH₂O CH₂O CH₂O CH₂O CH₂OCH₂CI + H₂O

На образование высших формалей идет 15% параформальдегида.

Молярное соотношение  теоретическое ЭХГ:ПФ  2:1,

Массовое соотношение  теоретическое  ЭХГ:ПФ  5,37:1.

1.Производительность по  товарному формалю 4000 (т/год)

2. Число часов работы  в году:     635*24=8760 (часов)

Продолжительность планового, предупредительного ремонта:

20*24=480 (часов)

8760-480=8280 (часов)

3. Производительность формаля за одну операцию:

Т_ц=36 часов,   где Т_ц- время цикла

(кг/цикл)

4.Определим количество  подаваемого на синтез ЭХГ:

17391,30*161/173=16184,97 (кг)  ЭХГ  идет на реакцию при 85% выходе 

16184,97/0,85=19041,14 (кг) ЭХГ подается  в реактор

5. Рассчитаем подачу  H₂SO₄:

570 +270=840 (л), ρ=1837 (кг/м³)

m=0,84*1837==1540,56 (кг)

6. Рассчитаем количество  поданного параформальдегида:

19041,14*30/161=3545,84 (кг) ПФ

7. Определим количество ПФ, идущего на образование высших формалей:

3547,84*0,15=531,88 (кг)

8. Определим количество  образовавшейся H₂O:

(3545,84-531,88)*18/30=1807,63 (кг)

9. Определим массу непрореагировавшего ЭХГ:

19041,14-16184,97=2856,17 (кг)

10. Состав кислотного слоя:

H₂SO₄ – 40%; H₂O – 40%; ЭХГ – 16%; формаль – 4 %.

H₂SO₄ – 1540,56 (кг)

H₂O – 1540,56 (кг)

ЭХГ – 1540,56*16/40=154,06 (кг)

11. Состав отгона:

ЭХГ: 2856,17-533,11-616,22=1706,84 (кг)

H₂O: 1807,61-1540,56=267,06 (кг)

Формаль: (1706,84+267,06)*1/99=19,94 (кг)

12. Состав формаля:

17391,30-154,06-19,94=17217,3 (кг)

17217,3*3/97=532,49 (кг)

Материальный баланс

Сырье и продукты	Приход, кг	Расход, кг
		Формаль	Кислотный слой	Отгон
ЭХГ ПФ H2SO4 Формаль H2O   Итого	19041,14 3545,84 1540,56 - -	533,19 531.88 - 17749,18     18282,37	612,22 - 1540,56 154,06 1540,56   3851,4	1706,84 - - 19,94 267,15   1993,93
Всего	24127,7		24127,7

 

 

 

1.5.2 Тепловой баланс

CICH₂CH₂OH +CH₂O  → CICH₂CH₂OCH₂OH; Q₁

E_CCI+6E_CH+E_CO+E_OH= E_CCI+6E_CH+2E_CO+E_OH

-156+2*75=-6(ккал/кг)*4,19=-25,14(кДж/кг);

Q₁=-25,14 (кДж/кг);

CICH₂CH₂O CH2OH +OHCH₂CH₂CI →CICH₂CH₂OCH₂OCH₂ CH₂CI+ H₂O;

2E_CCI+10E_CH+2E_CC +4E_CO+2E_OH= 2E_CCI+10E_CH+4E_CO+2E_CC +2E_OH$

Q₂=0;

Q_p= Q₁+ Q₂=-25.14+0=-25.14 кДж/кг.

Q_{растворения}=70,5кДж/моль

Q_обр=25,14 кДж/кг

Q_{нагрева}=Em_ic_pi(70-10)+Q_обр+Q_{раствор}=(1540,56*1,445+19041,14*1,425+

+3545,84*1,522)*60+17923,18*25,14+1540560/98*70,5=541493,25 (кДж) нужно подвести к реакционной  массе путем подачи пара в  рубашку

Пар: Р_абс=4 кгс/см² ,

Влажность5%.

R_пара=2141 кДж/кг (теплота конденсации)

Д-расход греющего пара;

Д=541493,35/2141=252,9кг.

Расчет количества H₂O для охлаждения:

Q_охд=Em_ic_pi(70-40)=17923,18*1,36*30+1540,56*1,44*30+2856,25*1,425*30+