Практическая работа №4

Тема: Составление блок-схем различных химико-технологических производств на основе системного подхода

Цель: Научиться составлять блок-схемы различных химико-технологических производств на основе системного подхода

Теоретические основы

     Системный анализ предполагает учет всех факторов, возникающих при объединении процессов химического превращения веществ и процессов разделения реакционных смесей в общую систему.

     Сочетание одного или нескольких процессов химического превращения веществ и разделения реакционных смесей образуют химико-технологическую систему.

     При рассмотрении химико-технологических систем необходимо учитывать их характер:

● открытый – после разделения смесей все потоки выводятся из системы;

● полузакрытый – некоторые из выделяемых потоков возвращаются в зону химического превращения (в рецикл).

     Наличие рецикла может оказывать существенное влияние на химическое превращение или работу химико-технологической системы в целом.

1. Простейший вариант блок-схемы, когда извлечения непрореагировавших исходных веществ из реакционной смеси не требуется и присутствие побочных продуктов в целевом продукте технически приемлемо. В этом случае на примере синтеза А + В ↔С имеем

Исходное вещество А                                          Продукт С

¾¾¾¾¾¾¾¾→    Реакционный      ¾¾¾¾¾→

Исходное вещество В                узел

¾¾¾¾¾¾¾¾→

2. Если в процессе требуется отделение концентрированного целевого продукта от непрореагировавших исходных веществ и побочных продуктов, то блок-схема имеет вид

Исходное вещество А                                                                           Продукт С

¾¾¾¾¾¾¾¾→    Реакционный ¾¾→ Выделение  ¾¾¾¾¾¾→                                                                                                   

Исходное вещество В                узел                         продукта

¾¾¾¾¾¾¾¾→

                                                                          Непрореагировавшие вещества и

                                                                                                        побочные продукты

                                                                       ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾→

3. Если требуются одновременное отделение побочных продуктов и рециркуляция непрореагировавших исходных веществ. Используется более сложная блок-схема

                                            Непрореагировавшие

                                            исходные вещества

                               ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ 

Исходное вещество А                                                                                                                     Продукт С

¾¾¾¾¾¾¾¾→    Реакционный  ¾→   Выделение                    ¾→ Выделение   ¾¾¾→

Исходное вещество В                узел (1)                   непрореагировавших          продукта (3)

¾¾¾¾¾¾¾¾→                             исходных веществ (2)

                                                                                                          Побочные продукты

                                                                                                        ¾¾¾¾¾→

4. Возможны системы, которые включают в себя несколько последовательных стадий химического превращения веществ с промежуточным разделением смесей и частичной рециркуляцией потоков. Примером такой системы является система производства изопрена на основе двухстадийного  дегидрирования изопентана.

5. Возможен вариант, когда определенные реакции и соответствующее разделение веществ осуществляют в параллельных цепях и лишь на определенном технологическом этапе проводят объединение потоков и совместную переработку веществ.

6. Возможен и другой вариант, когда вначале осуществляют цепь последовательной переработки сырья (включая разделение), а затем выделенные из реакционной смеси потоки перерабатывают параллельно в двух или более независимых технологических цепях.

Задание

Вариант 1

● Составить блок-схему получения аммиака при среднем давлении

Описание: Азото-водородная смесь проходит вначале через конденсационную колонну, откуда подается сверху вниз в колонну синтеза. Теплота реакции отводится за счет котла-утилизатора, через который при температуре 400⁰С проходит азото-водородо-аммиачная смесь, охлаждается и возвращается в колонну синтеза. В теплообменнике, смонтированном внутри колонны, смесь охлаждается до 90-100⁰С, поступает в водяной холодильник, а далее в сепаратор.

     В водяном холодильнике при 30 МПа конденсируется только часть аммиака. Газ турбокомпрессором подается в конденсационную колонну, часть аммиака из колонны циркулирует через аммиачный холодильник, в котором охлаждается и возвращается в конденсационную колонну, что способствует лучшему выделению аммиака из газовой смеси. Жидкий аммиак из сепаратора и с низа конденсационной колонны поступает на склад

● Составить блок-схему производства бутадиена на основе двухстадийного дегидрирования н-бутана.

      Двухстадийное получение бутадиена из бутана в промышленности состоит из следующих основных операций:

- Предварительная очистка исходной бутановой фракции.

- Дегидрирование бутана в н-бутилены (1-я стадия).

- Выделение бутан-бутиленовой фракции из контактного газа дегидрирования бутана.

- Выделение н-бутиленов из бутан-бутиленовой фракции.

- Дегидрирование н-бутиленов в бутадиен (2-я стадия).

- Выделение бутилен-бутадиеновой фракции из контактного газа дегидрирования н-бутиленов.

- Выделение бутадиена из бутилен-бутадиеновой фракции.

Вариант 2

● Составить блок-схему производства стирола

Описание: Этилбензол подают в испаритель вместе с водяным паром, поступающим из котла-утилизатора. Нагретая до 150⁰С смесь идет в перегреватель, откуда при 520-530⁰С направляется в адиабатический реактор. Тепло, необходимое для реакции, подводят перегретым водяным паром. Реакционные газы подают вначале в перегреватель, где их теплом нагревают водяной пар. Затем газы охлаждают в испарителе и котле-утилизаторе. Водяные пары конденсируются в конденсаторе. Несконденсированные газы отделяются в сепараторе и поступают в топливную сеть, а водный и углеводородный конденсаты идут в отстойник. Вода уходит из отстойника в ловушку, а углеводородный слой осушают хлоридом кальция в осушителе, смешивают в аппарате с гидрохиноном (ингибитор) и направляют на ректификацию.

● Составить блок-схему производства изопрена на основе двухстадийного дегидрирования изопентана.

Процесс получения изопрена двухстадийным дегидрированием изопентана включает следующие основные операции:

- Подготовка и очистка сырья.

- Дегидрирование изопентана в изоамилены.

- Выделение изопентан-изоамиленовой фракции из контактных газов.

- Разделение  изопентан-изоамиленовой фракции.

- Дегидрирование изоамиленов в изопрен. 

- Выделение изоамилен-изопреновой фракции из контактных газов.

- Разделение изоамилен-изопреновой фракци.

- Концентрирование и очистка изопрена-сырца.

Вариант 3

● Составить блок-схему производства этилбензола.

Описание: Катализаторный комплекс готовят в емкости с мешалкой при 60-70⁰С, куда подают диэтилбензол, хлорид алюминия, этилхлорид и бензол. Катализаторный комплекс из емкости, бензол и этилен поступают в нижнюю часть реактора. Алкилирование проводится в реакторе колонного типа (без мешалки) при атмосферном давлении. Температура низа реактора 100⁰С, температура верха 90-95⁰С. С верха реактора отходящие газы и пары бензола поступают в обратный холодильник. Бензол конденсируется и стекает в реактор, а отходящие газы направляются в скруббер, орошаемый диэтилбензолом, для улавливания бензола, далее в водный скруббер  и затем уходят в атмосферу. Диэтилбензол с абсорбированным бензолом подают в реактор. Алкилат через сливной штуцер поступает в отстойник. Катализаторный комплекс отстаивается там, и его возвращают в реактор, а алкилат идет последовательно в колонны водной, щелочной и водной промывки, после чего его направляют на ректификацию. Алкилат, предварительно высушенный едким натром в колонне, подают через нагреватель  в ректификационные колонны на разделение на бензол (возвращают в процесс), этилбензол (целевой продукт), диэтилбензол и полиалкилбензолы (побочные продукты).

● Составить блок-схему пиролиза бензина.

  Описание: Бензин насосом подается в т/о, где нагревается до температуры 80-100⁰С и поступает в конвекционную камеру печи. На входе в печь к сырью добавляют водяной пар. Сырье в печи нагревается до 550-600⁰С в камере конвекции и затем до 750-850⁰С в радиантной камере. Газ пиролиза из печи направляют в закалочно-испарительный аппарат  для снижения температуры до 700⁰С и прекращения реакции. Охлаждение осуществляется впрыскиванием воды. Из закалочно-испарительного аппарата  газ поступает в котел-утилизатор, где охлаждается. Охлажденный газ из котла-утилизатора  поступает в колонну среднего масла, где одновременно происходит отмывка газа от сажи  и кокса, конденсация паров тяжелых углеводородов смолы и водяного пара. После колонны среднего масла газ поступает на разделение в водяной скруббер. С верха скруббера выходит газ пиролиза, с низа смоляная вода и легкое масло. Газ выводят на компримирование, а смоляную воду направляют в сепаратор, где разделяют на легкое масло и воду, которая возвращается в процесс. Среднее масло с низа колонны среднего масла, через пароподогреватель насосом частично возвращается в колонну  в качестве орошения, а балансовое количество выводится с установки.

Контрольные вопросы:

1. Что представляют собой химико-технологические системы?

2. Что предполагает системный анализ?

3. Что необходимо учитывать при рассмотрении химико-технологических систем?

4. Какие вы знаете варианты блок-схем?