Переработка и очистка сырого бензола
3.2 Противопожарные мероприятия в цехе
По пожарной безопасности все задания на коксохимическом предприятии делятся на следующие категории:
- 1 категория. К этой категории относятся помещения связанные с применением или выработкой жидкостей с температурой вспышки паров 28℃ и ниже, горючих газов, пределов взрываемости которых 10% и ниже, веществ воспламенение, которых может последовать вследствие воздействия воды или кислорода. К этой категории относятся помещения, оборудование бензольного отделения, цехов ректификации, отделения получения инден-кумароновых смол и чистого нафталина, склады бензольных углеводородов.
- категория. Производство, связанное с выработкой жидкостей, температура вспышки которых в пределах от 28 до 120℃ и газов, предел взрываемости которых больше 10%. Сюда относится отделение дистилляции смолы, отделение кристаллизации, аммиачное отделение.
- категория. Производство, связанное с обработкой или применением твердых сгораемых веществ и материалов, а также жидкостей с температурой вспышки больше 120оС. Сюда относятся пековые парки, хранилища смолы.
- категория. Производство, связанное с обработкой не сгораемых веществ и материалов в раскаленном состоянии с образованием искр и пламени. Сюда относятся наружные рабочие места коксовых печей, кузнечные, механические мастерские.
- категория. Производство, несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии. Сюда относятся известковые отделения, склад сульфата аммония.
3.3 Основные вредности в цехе ректификации сырого бензола и мероприятия по защите от них
В рабочей зоне завода, а именно в цехе происходит накопление в воздухе участвующих в технологическом процессе веществ (бензол, толуол, ксилол), которые при длительном вдыхании могут вызвать отравление организма человека, понижение гемоглобина в крови, может привести к различным аллергическим реакциям и помутнению рассудка. В связи с этим Минздрав РФ были установлены предельно допустимые концентрации основных вредных веществ в воздухе, приведены в таблице 3
ПДК бензольно-ректификационном цехе:
Таблица 3
| Наименование продуктов | ПДК мг/м3 | Температура вспышки ℃ | Температура самовоспламенения |
| Бензол | 5 | 11 | 534 |
| Толуол | 50 | 4 | 536 |
| Ксилол | 50 | 29 | 590 |
| Сольвент | 100 | 34 | 520 |
| Фенол | 5 | 75 | 595 |
| Сероуглерод | 10 | 43 | 90 |
| Сероводород | 10 | - | 246 |
Результатом действия этих веществ является, разрушительное действие на организм. Яды производства могут проникать в организм через дыхательные органы, жедудочно-кишечный тракт, кожу. Результат действия этих веществ выражается по разному и как правило, с течением некоторого промежутка времени вызывая профессиональные заболевания.
Воздействия основных вредных компонентов:
- окись углерода. При вдыхании вытесняется кислород из крови и вступает в связь с соединениями гемоглобина, образуя, карбокстгемоглобин, вследствие чего к тканям легких не поступает кислород. При содержании в крови более 60% карбокстгемоглобина наступает смерть. Хроническое отравление вызывает головные боли, вялость и снижение памяти.
- сероводород. Сильный яд для центральной нервной системы, в больших концентрациях вызывает отравления, сопровождающиеся судорогами и потерями сознания, смерть наступает от паралича сердца. Хронические отравления вызывает понижение памяти, интеллекта, процесс идет необратимо.
- аммиак. При высоких концентрациях вызывает удушье, приступы кашля, головокружения, рвоту, задержку мочи.
- сероуглерод. Вызывает головную боль, легкое опьянение, при более высоких концентрациях достаточно несколько вздохов для летального исхода.
- фенол. Острые отравления редки, хронические отравления выражается в раздражении дыхательных путей, расстройстве пищеварения, тошноте, общей и мышечной слабости, потливости, кожному зуду, бессоннице.
- пиридин. Страдает нервная система, при хронических отравлениях наблюдается кашлем, рвотой, сильным падением веса, болями в суставах.
Серьезную проблему представляли выбросы бензольных углеводородов из воздушников технологического оборудования и цехов ректификации сырого бензола. Потери составляли около 2% от массы сырого бензола. В настоящее время разработана двухступенчатая схема охлаждения парогазовой смеси с конденсацией продуктов и последующей абсорбцией бензольных углеводородов охлажденными сольвентами или ксилолами. Для снижения риска получения профессионального заболевания или острого отравления необходимо строго следовать правилам техники безопасности, т.е. применять индивидуальные средства защиты, такие как фильтрующие противогазы малого габарита ПФМ-1, с индивидуальными защитными патронами.
ПЗУ, шланговые противогазы: ПШ-1, ПШ-2, ПФМ-1 (при повышенных концентрациях), респираторы: РПГ-67А, РУ-60М, РПМ-62, ежегодно проходить медосмотр, употреблять в пищу продукты, способствующие восстановлению организма.
4 Расчетная часть
4.1 Расчет выхода химических продуктов коксования с заданной производительности по валовому коксу
- 2400000·0,94=2256000 т/г
- Рассчитать расход сухой угольной шихты для производства:
т/г;
- Выход химических продуктов коксования с 1 тонны сухой шихты:
Сух. кокс. газ – 15 %
Wраб – 7,8 %
Wпир – 2,2 %
Смола – 4,0 %
б/у – 1,0 %
H2S – 0,5 %
Кокс – 77 %
NH3 – 0,3 %
Сух. кокс. газ
=
т/г
Wраб =
т/г
Wпир =
т/г
Смола =
т/г
б/у =
т/г
H2S =
т/г
Кокс =
т/г
NH3 =
т/г
Vк.г. =
VWp =
VWn =
Vсмола =
Vб/у =
VH2S =
VNH3=
Сводная таблица материального баланса цеха по сырью и продуктам кокса
Таблица 4
| Наим-ие сырья | Кол-воКг/ч | По весу т/ч | т/г | Наим-ие продукта | По весу Кг/ч | т/ч | т/г | По объему М3/ч | М3/г |
|
Шихта влажная Шихта сухая |
360500 | 360,5 | 3158400 |
К.в К.г Смола б/у Н2S NH3 Wпир |
257500 50200 13400 3400 1700 1000 7400 |
257,5 50,2 13,4 3,4 1,7 1,0 7,4 |
2256000 439480,5 117194,8 29298,7 14649,3 8789,6 64457,1 |
- 976623,3 26251,6 6562,9 3281,4 1968,9 80213,3 |
- 8555220108 229964016 57491004 28745064 17247564 702668508 |
|
Итог Wраб Итого |
2600 | 26 |
2929870,1 228529,9 3158400 |
284392,8 |
4.2 Расчет размеров сероуглеродной колонны
Расчет цеха ректификации сырого бензола
Годовая производительность цеха по сырому бензолу с отгоном до 180єС – 50000 т/г.
Собственного бензола из отделения дистилляции бензола 29298,7 т/г:
Привозного бензола 50000-29298,7=20701,3 т/г
Годовая производительность по легкому сырому бензолу до 150єС-97%:
Gл.б.=50000·0,97=48500 т/г
Число рабочих дней в году 330
Часовая производительность отделения:
или
м3/ч.
Второго бензола:
Gт/б=
т/г.
Агрегат для отбора головной фракции сероуглеродной колонны.
Поступает в колонну 6124 кг/ч. Отбирается головной фракции – 3%. Потери на агрегате принимаем 1%.
Обирается головной фракции
6124·0,03=183,72 кг/ч
- потерь 6124·0,01=61,24 кг/ч
Фракции БТКС
Отношение рефлюкса к сырью принимается 0,7.
Количество подаваемого рефлюкса:
Gр=6124·0,7=4286,8 кг/ч
Объем паров на верху колонны при t=60єC:
м3/ч
Принимаем скорость паров в свободном сечении ϑ – 0,6 м/с:
- тогда
;
.
Устанавливается колонна диаметром 1200мм и числом тарелок 35. расстояния между тарелками 600мм. Нижняя колонна используется как сборник фракции БТКС. Емкость сборника 4,85м3 время пребывания продукта:
τ=
Подогреватели колонны.
Подогреватели рассчитываются из условий работы на холодном сырье, т.е. когда подогреватель остановлен на чистку.
Тепловой баланс колонны.
- сырьем вносится тепло, при t=25єC
Q1=Gб/у·Сб/у·t
Q1=6124·1,86·25=288746,6 кДж/ч
- рефлюксом при t=30 єC
Q2=Gp·Cp·t
Q2=4286,8·1,886·30=242547,2 кДж/ч
Всего Qприх.=531293,8 кДж/ч
Расчет тепла.
- уходит с парами:
1
кДж/ч
- уносится остатком при t=91 єC:
Q2=8230,08·1,886·91=1412495 кДж/ч
- потери тепла в окружающее пространство:
Q3’=F·α·Δtср.
Поверхность сероуглеродной колонны - F1=110м2;
Поверхность одного подогревателя - F2=5,6м2;
Поверхность агрегата:
F=110+2·5,6=121,2м2
Средняя разность температур, применяют для зимнего периода:
Δtср.=
єC
По опытным данным, тепловые потери в колонне составил:
α1=59,92 кДж/м2·град.
Q3=121,2·59,92·97,5=708075 кДж/ч
Qобщ=5124464 кДж/ч
Необходимо сообщить тепла греющим паром:
Qпара=5124464-531293,8=4593171 кДж/ч
Теплосодержание пара поступающего в подогреватели:
P=490,5кПа
t=200єC, 2798,08 кДж/кг;
Теплосодержание конденсата при 120 єC, 504,06 кДж/кг.
Полезное тепло, отдаваемое паром, будет:
Q=2798,08-504,06=2294,02 кДж/ч.
Расход пара составляет:
Gпара=
кг/ч
Средняя разность температур, считая от температуры конденсации пара t-158,1 єC.
158,1 158,1
95 95 = 65,1 єC.
63,1 67,1
Коэффициент теплопередачи, принимаем равным 2095 кДж/м2·град.
Необходимая поверхность подогревателей:
F=
м2
Учитывая необходимость частой чистки подогревателей, устанавливается 2-а подогревателя – 23м2, - 530мм, - 3455мм.
Подогреватель сырья.
Подогреватель рассчитывается на нагрев сырья до 90 єC, и испарения его на 50%.
Расход тепла в подогревателе:
Qрасх=8573·1,886·(90-25)+360,34·0,5=2595561 кДж/ч
Расход пара:
Gпара=
кг/ч
Средняя разность температур:
158,1158,1
90__
25___
68,1133,1
Δtср=
є
Коэффициент теплопередачи – K=1676 кДж/м2·град.
Тогда необходимая поверхность подогревателя:
F=
F=
м2
Принимаем подогреватель сырья – 16,7м2, - 325мм, - 5982мм.
Конденсатор-холодильник.
Количество отнимаемого тепла:
Q=(4286,8+342,92)·360,34+1,886·(60-28)=1668333,6 кДж/ч
Расход охлаждающей воды учитывая 3% тепловых потерь составит:
Vводы=
м3/ч
Средняя разность температур:
28
_40__
_25__
20 3
Δtср=
єC.
Коэффициент теплопередачи – 1467 кДж/м2·град.
Необходимая поверхность конденсатора:
F=
F=
м2
Принимается конденсатор-холодильник – 220м2.
Сепаратор.
В сепаратор поступает:
V=
м3/ч.
Устанавливается сепаратор d-800мм, - 4100мм, - ϑ-1,8м3.
Время отстаивания будет:
что достаточно.
Холодильник остатка.
В холодильнике остатка необходимо отнять тепла:
Q=GБТКС·СБТКС·t;
Q=8230,08·1,886·(91-30)=946838 кДж/ч.
Тепловые потери холодильника по опытным данным составляют:
2·град.
Наружная поверхность одной секции холодильника – 18,2м2.
Средняя разность температур в летнее время:
є.
Тепловые потери холодильника при 3-х работающих секциях:
Q=F·
·
t·3;
Q=18,2·41,9·35,5·3=81215 кДж/ч.
Расход воды:
Тепло отнимаемое водой:
Qводы=
м3/ч.
Средняя разность температур:
єC.
Коэффициент теплопередачи принимаем: К=1467 кДж/м2·град.
Необходимая поверхность холодильника:
F=
2.
Устанавливается холодильник из 3-х секций, по 10,5м2, резервной секции всего 4 секции. Скорость движения фракции при параллельном включении будет:
Где 0,0026 – площадь сечения одной трубы в м2.
Мойка фракции БТКС.
В моечном отделении поступает:
- фракции БТКС – 8230,08 кг/ч.
Погоны общего, второго бензола в количестве 10%:
GБТКС=
Всего в моечном отделении поступает – 8230,08+63,13=8293,21 кг, или
V=
м3/ч.
Принимаем расход кислоты 5,5% от сырого бензола:
GH2SO4=
Принимаем расход щелочи 0,3% от сырого бензола:
GNaOH=
В пересчете с 92%-ой щелочи на 40%, расход щелочи будет:
GNaOH=
В пересчете на 12% щелочи:
GNaOH=
Выход регенерированной серной кислоты принимается 75%, от расхода кислоты. Концентрация регенерированной серной кислоты 45%.
Количество регенерированной серной кислоты:
Gp·NaOH=
или V=
м3/сутки.
Смесители.
В кислотной смеситель поступает фракции БТКС – 9,5м3/ч,
- кислоты:
V=
м3/ч.
Время контакта в смесители принимается 2 мин.
Необходимая емкость смесителя:
V=
3.
Устанавливается 2 рабочих смесителя, и 1 резервный, емкостью 0,25м3.смесители оборудованы пропеллерными мешками с числом оборотов 930об/мин.
Паровые смесители для регенерации кислоты.
Регенерация проводится в четырех шарах. Время контакта с водой принимается, 10 сек. считая по продукту.
- объем, пара будет:
V=
3;
- диаметр шара:
D=
.
Скорость продукта в переходных патрубках принимается:
Диаметр переходных трубок будет:
D=
Принимается диаметр патрубка 38мм. Шары чугунные, эмалированные.
Шаровые смесители для нейтрализации фракции.
Нейтрализация производится в 4 шарах. Время контакта при нейтрализации принимается, также 10 сек., считая по продукту.
Устанавливается шары d=0,2м. скорость продукта в переходных патрубках принимается – 1,8 м/с.
Диаметр переходных патрубков будет:
D=
Принимается диаметр патрубка 44мм. Шары чугунные, эмалированные.
Отстойники.
Для фракции БТКС и регенерированной серной кислоты, время отстоя принимается 1 час. Устанавливается отстойник d-1800мм, h-в месте с конической частью 4400мм. Емкость V-7м3, отстойник футерованный.
Для регенерации кислоты, время отстоя принимается 32 часа. Устанавливается отстойник d-2200мм, h-5300мм. Емкость, V-15м3. отстойник футерованный.
Для кислой смолки.
Емкость, V-3,9м3, d-2200мм, h-1200мм с коническим днищем. Время отстаивания 1 сутки.
Для фракции БТКС и щелочи.
Время отстоя принимается 2 часа. Устанавливается отстойник, d-1600мм, h-7200мм, емкость, V-14м3.
Куб для отпарки кислой смолки.
Выход кислой смолки принимается 2% от бензола до 180єC:
Gк.см.=
Количество отработанной щелочи 3,5т/сут.
Устанавливается куб для отпарки емкостью 10м3, рассчитанный на производстве 1-2 операции отпарки в сутки. Запас емкости в кубе предусматривается возможность подачи воды и вспенивания при процессе отпарки.
Конденсатор к кубу.
Содержание бензола в смоле и щелочи может достигать 30%.
Время отпарки острым паром принимается 4 часа. Для этих условий устанавливается конденсатор, поверхность контакта 42м2 с сепаратором.
Отпарка мытой фракции БТКС.
При условии потерь на мойке 2%, отказной агрегат будет поступать 8293,21 кг/ч БТКС.
- тогда G=8293,21·0,98=8127,34 кг/ч.
Количество и примерный состав поступающего на отпарку мытого сырого бензола с отгоном до 160єC.
Литература
1 Коляндр Л.Я «Улавливание и переработка химических продуктов коксования» М. Металургиздат 1961 с.468
2 Фурмер И.Э, Общая химическая технология: - М: – 1977 с.334
3 Лейбович Р.Е Технология коксохимического производства: - М: Металлургия 1982 с.359