Введение 5
1 Общие сведения об изопрене 6
1.1 Физические свойства изопрена 6
1.2 Области применения изопрена 9
1.3 Промышленные способы получения изопрена 9
1.3.1 Синтетические методы получения 9
1.3.2 Дегидрирование изопентана 10
1.3.3 Получение из пиролизной С 5 фракции 11
1.4 Физико-химические основы получения изопрена из изобутилена
формальдегида на стадии разложения ДМД 11
1.5 Технология получения изопрена из изобутилена и формальдегида 12
1.6 Катализатор процесса на стадии разложения ДМД при получении
изопрена 14
2 Совершенствование процесса разложения 4,4 — диметил 1,3 — диоксана с получением изопрена 17
2.1 Технологическая схема и описание технологического процесса
разложения диметилдиоксана 17
2.1.1 Цикл контактирования 20
2.1.2 Цикл регенерации 20
2.1.3 Дожиг газов регенерации 21
2.2 Материальный баланс стадии регенерации катализатора и дожига
газов регенерации 23
2.2.1 Материальный баланс стадии регенерации катализатора 23
2.2.2 Материальный баланс дожига газов регенерации 27
2.3. Тепловой баланс регенерации катализатора в реакторе разложения и дожига 29
2.3.1 Тепловой баланс регенерации катализатора в реакторе разложения ДМД 29
2.3.2 Тепловой баланс реактора дожита 33
2.4. Расчёт испарителя ДМД 36
2.5 Расчёт перегревателя ДМД 40
Заключение 44
Список используемой литературы и используемых источников 45
Нефтехимическая промышленность является лидирующей в мире по объемам выпускаемой продукции, частью которой является синтетический каучук - сырьё, применяемое для изготовления резиновых изделий (различных шин, изоляций проводов, производства медицинских приборов). Каучук был разработан во второй половине 19 века, но технология производства и требуемое оборудование появилось только в 20 веке. Способ изготовления синтетического каучука был представлен российским ученым Лебедевым С.В.
Россия является крупнейшим производителем изопренового каучука, с долей не менее 50% в мире. В Самарской области производится пятая часть российского объема синтетического каучука на предприятии ООО «Тольяттикаучук», в число которых входят различные виды: изопреновые, бутилкаучуки, сополимерные. Производство изопренового каучука на предприятии ООО «Тольяттикаучук» началось в 1963 году и с тех пор процесс совершенствуется и оптимизируется. «Изопреновый каучук самый востребованный среди искусственных каучуков и занимает господствующее положение в общем объеме производства каучуков. Химическая структура изопрена практически идентична натуральному каучуку, поэтому их свойства схожи» [6].
Цель работы: проанализировать установку по разложению диметилдиоксана и найти пути снижения себестоимости продукции за счет внедрения вторичных энергоресурсов и совершенствования технологического процесса при производстве изопрена.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-изучить технологическую схему с описанием технологического про-цесса разложения диметилдиоксана
- провести расчёты материальных потоков и теплового баланса
В бакалаврской работе проведен анализ способов получения изопрена на основе научно - технической и патентной литературе. В настоящее время в химической промышленности РФ используется процесс получения изопрена из изобутилена и формальдегида через диметидиоксан. На первой стадии получают диметилдиоксан в жидкофазном процессе взаимодействуя с изобутиленом и формальдегидом в присутствии кислот катализатора. На второй стадии проводят разложение диметидиоксана в паровой фазе в присутствии водяного пара на кальций - фосфатном катализторе.
Данная работа направлена на совершенствование процесса разложения 4,4-диметил-1,3- диоксана с получением изопрена., который является энергозатратным и характеризуется значительными газовыми выбросами в атмосферу. В работе представлена принципиальная технологическая схема с описанием технологического процесса разложения 4,4 — диметил — 1,3 диоксана, рассчитаны материальный расчёт и тепловой баланс стадии газов регенерации катализатора и реактора дожига. В связи с этим предлагается исключить подачу дополнительного количества воздуха в реактор дожига, который подаётся в настоящее время в количестве 1600кг/час при 1=100оС и исключить потери тепла на нагрев воздуха.
Предложено использовать газы регенерации после реактора дожига для нагрева газообразной шихты диметилдиоксана перегревателя №2 и тем самым снизить потребление газа в паровых печах №8. Проведение окисления окиси углерода до двуокиси углерода без дополнительного количества воздуха позволяет исключить выбросы СО в атмосферу и увеличит эффективность использования вторичного тепла.
Предложенные решения позволят снизить себестоимость изопрена, вредные выбросы в атмосферу и потребление воздуха в ООО «Тольяттикаучук».
1. Алказов Т.Г. Глубокое каталитическое окисление органических веществ:/Л. Я. Марголис. - М.: Химия,1985. - 186 с.
2. Бажан П.И. Справочник по теплообменным аппаратам / П.И. Бажан, Г.Е. Каневец, В.М. Селиверстов. - М.: Машиностроение, 1989. - 366 с.
3. Бесков С.Д. Технохимические расчеты:/ С.Д. Бесков. - М.:
4. Быстров П. И. Гидродинамика коллекторных теплообменных аппаратов / П. И. Быстров, В. С. Михайлов. - Москва : Энергоиздат, 1982. - 224 с. : ил. Высшая школа, 1965. - 519 с.
5. Варгафтик В.Д. Справочник по теплофизическим свойствам жидкостей и газов/ В.Д. Варгафтик. - М.: Наука, 1972. - 720 с
6. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии:/ Н.И. Гельперин. - М.: Химия,1981. - 812 с.
7. Дыкман А.С. Разработка технологии обезвреживания газов регенерации катализаторов расщипления 4,4-диметил-1,3-диоксана и высококипящих побочных продуктов синтеза изопрена на ООО «Тольяттикаучук»: Отчет № 65-88 О научно-исследовательской работе
-Санкт-Петербург: ВНИИНЕФТЕЧИМ, 1988. - 42 с.
8. Журавлева К. А., Назаров А. А., Поникаров С. И. Синтез изопрена из изобутилена и формальдегида. / К. А. Журавлева, А. А. Назаров, С. И. По-никаров // Вестник Казанского технологического университета. №23, 2012.-с. 36-38.
9. Иоффе И.И., Письмен Л.М., Инженерная химия гетерогенного катализа, Изд. «Химия», 1965 г.;
10. Кирпичников П. А., Авереко-Антонович Л.А., Авереко- Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука. - Л.: «Химия», 1998. 424 с.
11. Кудинова И.Н. Синтетические каучуки, тенденции и перспективы внутреннего рынка / И.Н. Кудинова // Вестник химической промышленности. - 2010. - №2. - с. 27
12. Крючков А.П. Общая технология синтетических каучуков. Изд «Химия», 1965г.;
13. Кузнецов А.А. Расчеты процессов и аппаратов
нефтеперерабатывающей промышленности:/ А.А. Кузнецов, С.М.
14. Кагерманов Е.Н. Судаков. - Л.: Химия, 1974. - 344 с.
15. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии:/ З.И. Яковлева. - М.: Химия, 1971. - 784 с.
16. Литвин О. Б. «Современный промышленный синтез изопрена», ЦНИИТЭНефтехим, 1968.
17. Лащинский А.А. Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры: / А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. - Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.
18. Марголис Л.Я., Гетерогенное каталитическое окисление углеводородов, Гостоптехиздат, 1962 г.;
19. Огородников С.К., Идлис Г.С. Производство изопрена, Ленинград, «Химия», 1973г.
20. Огородников С.К., Физико-химические свойства продуктов производства изопрена, ЦНИИТЭНефтехим, М., 1984г.
21. Павлов С.Ю., Выделение и очистка мономеров для синтетического каучука, Л., Химия, 1987г.
22. Постоянный технологический регламент производства диметилдиоксана из изобутилена и формальдегида ТР-И-6-40-11, 2016г
23. Постоянный технологический регламент производства изопрена термическим разложением ДМД и ВПП ТР-И-8-22-14,2016г.
24. Постоянный технологический регламент производства изопрена- ректификата ТР-И-9-26-12, 2016г.
25. Поникаров, Машины и аппараты химических производств, М.
Химия, 1989 г.
26. Романков П.Г. и др. Массообменные процессы в химической технологии. Системы с твёрдой фазой. Изд. «Химия» 1975 г.
27. Сире Е.М. Интенсификация процесса регенерации
кальцийфосфатного катализатора в процессе разложения 4,4- диметилдиоксан-1,3 Отчет № 423 Усовершенствование технологических процессов производства диеновых углеводородов как мономеров для получения синтетических каучуков - Тольятти: ТПО "СК", 1982. - 36 с.
28. Тарасова И.Е., Цветкова И.В., Голованов А.А. Исследование процесса разложения высококипящих побочных продуктов синтеза изопрена на цеолитных катализаторах. / И. Е. Тарасова, И.В. Цветкова, Голованов А.А. // Материалы конференции «Интенсификация тепло-массообменных процес¬сов, промышленная безопасность и экология» г. Казань. 2015. - с. 138-140.
29. Тюряев И.Я., Ярофеева А.В., «Промышленность синтетического каучука и нефтехимических процессов», Изд. «Химия», 1964 г.
30. Толстопятова А. А., «Кинетика и катализ, научные основы подбора катализаторов», том № 3, Наука, 1966, стр. 36.
31. Фридштейн И. А., «Кинетика и катализ, научные основы подбора и производства катализаторов», том № 2, Новосибирск, 1964,-267с.
32. David W. Hall. New Synthesis of Isoprene Based on Formaldehyde and Isobutylene/ David W. Hall et al. // Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development. - ACS Publications, 1970. - Vol. 9, No. 2, pp. 234-236.
33. Williams CG (1860). «On isoprene and caoutchine». Proceedings of the Royal Society of London. 10: 516-519.
34. Johnson AW (1998). Invitation To Organic Chemistry. Jones & Bartlett Learning. p. 261. ISBN 978-0-7637-0432-2. blue mountains chemical terpene.
35. Isoprene, Chemical Economics Handbook, SRI International, Menlo Park, Calif. 1988
36. M. L. Senyek in H. Mark et al. (eds.): Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, vol. 8, J. Wiley & Sons, New York 1987, p. 494.
37. Poschl, U.; R. von Kuhlmann, N. Poisson, and P. J. Crutzen (2012). «Development and intercomparison of condensed isoprene oxidation mechanisms for global atmospheric modeling». Journal of Atmospheric Chemistry 37 (1): 29-52.