ВВЕДЕНИЕ 7
Глава 1.0. Анализ существующих технологий производства ГАС 9
1.1 Получение ГАС по способу Рашига 9
1.2 Электросинтез Г АС 10
1.3 Получение ГАС каталитическим гидрированием нитрат-иона... 11
1.4 Метод каталитического восстановления оксида азота водородом 13
1.5 Технология получения ГАС ОАО «КуйбышевАзот» 17
Глава 2.0. Анализ реакторов смешения с участием трех фаз 27
2.1 Конструкции реакторов для синтеза ГАС 27
2.1.1 Реактор синтеза ГАС с перемешивающим устройством 29
2.1.2 Реактор синтеза ГАС с неподвижным слоем катализатора 31
2.2 Гидродинамика 33
2.3 Массопередача и область протекания реакции 35
2.4 Кинетика 36
Глава 3.0. Катализаторы процесса получения ГАС 39
Глава 4.0. Оптимизация процесса получения ГАС 41
4.1. Выбор конструкции реактора для синтеза Г АС 41
4.2 Материальный баланс реактора синтеза ГАС 47
4.3 Тепловой баланс реактора синтеза ГАС 52
4.4 Технологический регламент процесса 57
Заключение 60
Список использованных источников 62
Гидроксиламинсульфат (ГАС) является необходимым сырьем для синтеза капролактама по окислительной и фенольной схемам. Именно узел получения ГАС в схеме производства капролактама является ключевым, лимитирующим выход целевого продукта. Увеличение производительности по ГАС связано с большими материальными затратами и сложным техническим перевооружением. Однако совершенствование технологии необходимо из-за возрастающей потребности в капролактаме.
Из 98 % полученного капролактама получают полиамид, 72 % которого направляется для получения технического волокна, остальные 28 % — конструкционных пластмасс и полиамидных пленок. В основном капролактам производят в Европе и Азии. На рис. 1 приводятся данные по мировой динамики производства и потребления капролактама.
В период 2010-2015 гг. среднегодовой прирост производства и потребления составил 3%. Если говорить о текущем положении дел, то до 2020 г. данный показатель предположительно будет равен 2,4%.
Ставится задача по развитию отечественного производства капролактама и полиамида (рис. 2). К 2020 г. в странах СНГ ставится задача довести производство капролактама до 526 тыс. т, а также повысить потребление на 31%.
«КуйбышевАзот», на долю которого приходится около 90% полиамида в России, ставит перед собой задачу к 2020 г. увеличить производство капролактама на 70 тыс. т - до 260 тыс.
Использование «запаса прочности», за счет которого в настоящее время, происходит увеличение объемов производства, приводит к перерасходу сырья и энергоносителей, а также к быстрому износу оборудования и возникновению аварийных ситуаций. Если и дальше придерживаться данного пути развития, то при постоянном увеличении стоимости сырья и энергоносителей, в конечном итоге, получим убыточное производство. Таким образом, следует необходимость увеличения производства гидроксиламинсульфата. Расходный коэффициент ГАС на 1 т капролактама составляет 0,82 т.
В представленной работе было затронуто и обозначено несколько направлений по совершенствованию технологии синтеза ГАС. В работе поставлена задача, основные результаты и подходы к решению которой состоят в следующем:
1. Исследован процесс синтеза гидроксиламинсульфата: гидродинамика и кинетика процесса, химизм и механизм каталитической реакции, оборудование для осуществления синтеза ГАС и выявлены его достоинства и недостатки;
2. Выявлены недостатки существующей технологии синтеза ГАС, в том числе: конструкция реактора; используемый катализатор; организация материальных потоков, а именно осуществление последовательной работы реакторов;
3. Отмечены недостатки использования суспендированного катализатора в реакторах синтеза ГАС, в том числе потери катализатора, уносимого вместе с продуктами реакции в виде катализаторной пыли, и большие энергетические затраты на перемешивание реакционной смеси в аппарате;
4. Предложено и обосновано использование в качестве реактора синтеза ГАС аппарата с неподвижным слоем катализатора. Перемешивание реакционной смеси осуществляется за счет выносного циркуляционного насоса и работы ультразвукового аппарата, представляющего собой электронный генератор и ультразвуковую колебательную систему с рабочим инструментом - стержнем, помещенным внутрь реактора и соединенным с катализаторными пакетами в центральной части аппарата;
5. В качестве катализатора предложено использование палладиево- платиновой черни, нанесенной на проволоку. Селективность по основной реакции данного катализатора превосходит существующую на производстве и составляет 93%;
6. Предложен менее энергозатратный за счет использования ультразвуковых колебаний вместо мешалки и более экологичный из-за уменьшения количества побочных продуктов вариант модернизированной технологической схемы
7. Предлагаемые в работе решения позволяют увеличить селективность процесса и снизить количество побочных продуктов.
