Реконструкция технологического узла нитрования крупнотоннажного производства нитробензола

для очистки отработанного воздуха. Оборудование было разработано и сконструировано для применения в области промышленности и ремесел Чешской компанией AO «GALATEK a.s.».

Оборудование для очистки отработанного воздуха предназначено исключительно для очистки отработанного воздуха термическим сжиганием отработанного воздуха, загрязненного вредными веществами.

Загрязненный отработанный воздух вытяжным вентилятором нагнетается через подогреватель воздуха (около трубок) в оборудование для очистки отработанного воздуха, где подогревается, а с помощью конусной горелки нагревается до температуры реакции (прибл. 750°С).

В камере сжигания вредные вещества в течение приблизительно 1 с. сжигаются с образованием С02 и H2O.

Чистый газ поступает (трубками) в встроенный подогреватель и охлаждается.

Остаточное тепло подогревает десорбционный воздух.

Чистый газ поступает в дымовую трубу (входит в строительную часть) и выпускается в атмосферу.

В проекте рассчитаны показатели эффективности, на основании которых можно сделать вывод о целесообразности внедрения установки на предприятии ОАО «НПК УралВагонЗавод».

Библиографические ссылки

1. Зарницына К.В., Управление проектами на предприятии: оценка эффективности // Проблемы теории и практики управления . -2009. - №7.

2. Шабелевский В.А, Меньшиков В.В., Защита окружающей среды при производстве лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 2007.

3. Управление проектами./Под. Ред. В.Д. Шапиро, И.И. Мазура и др. -М.:Высшая школа, 2009 г. - 875с.

4. Аксенов В.Л. Разработка и исследование систем термического обезвреживания газовых выбросов . - Москва: Химия, 2009.

УДК 519.673:620.9.97 А. А. Щеглова

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия.

РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЗЛА НИТРОВАНИЯ КРУПНОТОННАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА НИТРОБЕНЗОЛА

Проведена реконструкция крупнотоннажного производства нитробензола. Рассчитаны параметры выходных потоков и аппараты технологической схемы процесса нитрования. Подтверждена приемлемость и применимость использования моделирующей программы CHEMCAD для решения задач реконструкции производств тонкого органического синтеза.

Reconstruction of large-capacity production of nitrobenzene is executed. Parameters of target streams and devices of the technological line of process of the nitration are calculated. The

acceptability and applicability of use of the simulator CHEMCAD for the solution of problems of reconstruction of productions of thin organic synthesis is confirmed.

Нитрование является одним из важнейших процессов в химической промышленности России [1]. Из ароматических нитросоединений нитропро-изводные бензола выпускаются химической промышленностью несколькими тысячами тоннами в год (мировой выпуск нитробензола достигает 2.5 млн. тонн в год и постоянно возрастает), что связано с большими объёмами их использования в качестве промежуточных продуктов в анилинокрасочной, фармацевтической и парфюмерной промышленности, а также на производствах военно-промышленного комплекса. Из нитробензола получают анилин, бен-зидин, м-нитроанилин, м-фенилендиамин, п-аминосалициловую кислоту и многие другие соединения [1-2]. Непрерывные химико-технологические системы (ХТС) производства нитропроизводных бензола являются крупнотоннажными энерго- и ресурсоёмкими, поэтому даже незначительное снижение потребления энергии и ресурсов может обеспечить существенный экономический эффект для производств указанных продуктов.

Разработке технологии проведения процесса бессернокислотного нитрования посвящена работа [3]. В этой же работе проведён аналитический обзор технологий нитрования. Однако большинство крупнотоннажных производств нитросоединений в Российской Федерации используют традиционные технологии нитрования, в которых в качестве нитрующих смесей смеси азотной и серной кислот, т. е. реализуют гомогенно-каталитический синтез нитробензола (также существуют технологии нитрования, реализующие гетерогенно-каталитические синтезы нитропродуктов).

Реконструкция вышеуказанных производств не представляется возможной без применения специализированных современных комплексов программ для расчётов ХТС, позволяющих учитывать все возможные связи материальных, тепловых и информационных потоков [4]. Кроме того, использование комплексов программ предоставляет возможность без значительных материальных и временных затрат производить исследования ХТС (или их отделений) на их компьютерных моделях.

Использованию комплекса программ CHEMCAD для компьютерного моделирования процессов и производств основного органического и нефтехимического синтеза посвящены работы [5-9]. Применению комплекса программ CHEMCAD для построения компьютерной модели технологического узла нитрования бензола посвящена работа [10]. В этой работе рассматривается целесообразность применения комплекса программ CHEMCAD для разработки компьютерных моделей процессов и производств тонкого органического синтеза. Однако требуется дополнительно рассмотреть целесообразность применения данного комплекса программ для решения задач реконструкции производств тонкого органического синтеза.

В рассматриваемой работе решается задача применения комплекса программ CHEMCAD для решения задачи реконструкции технологического узла нитрования непрерывного крупнотоннажного производства нитробензола при производительности по сырью (бензолу), равной 78000 кг/ч. Для решения указанной задачи применяется новая технология нитрования в совмещённом реак-

ционно-ректификационном режиме, разработанная автором работы [3], которая изображена на рис. 1. Автор проводил расчёт при производительности установки 6.25 кг/ч, однако, в данной работе не проводился расчёт крупнотоннажной установки получения нитробензола.

Также в рассматриваемой работе проводится расчёт оборудования установки получения нитробензола при производительности установки по сырью (бензолу), равной 78000 кг/ч.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема получения нитробензола нитрованием бензола азотной кислотой в совмещённом реакционно-ректификационном режиме

Описание технологической схемы

Свежая 98.5 масс. % азотная кислота смешивается с возвратной азотной кислотой. Объединённый поток подогревается в теплообменнике Т-1 до 70 0С и поступает в колонну нитрования Р-1.

Свежий бензол смешивается с возвратным бензолом из сепаратора С-1, объединённый поток подогревается в теплообменнике Т-2 до 70 0С и поступает в колонну нитрования Р-1.

Колонна нитрования Р-1 работает при атмосферном давлении.

Кубовая жидкость из колонны подается в колонну выделения нитробензола.

Паровой поток из колонны нитрования направляется в теплообменник Т-3, в котором охлаждается до 25 0С и конденсируется. Сконденсированный поток подается в сепаратор С-1, где делится на две фазы. Верхняя фаза (органическая) направляется в смеситель СМ-2, нижняя фаза, содержащая, в основном, воду и азотную кислоту, подогревается в теплообменнике Т-4 и направляется в колонну отгонки воды К-2.

Колонна отгонки воды К-2 работает при атмосферном давлении. Из куба колонны отводится азотная кислота, которая направляется на смешение

со свежей азотной кислотой. В дистилляте колонны выделяется вода, которая направляется на утилизацию.

Колонна выделения нитробензола К-1 работает при атмосферном давлении. Поток дистиллята, состоящий, в основном, из бензола и воды, направляется в теплообменник Т-2, в котором охлаждается и конденсируется. Далее поток охлаждается в теплообменнике Т-5 до 25 0С и направляется в сепаратор С-2. Органическая фаза из сепаратора С-2 направляется в смеситель СМ-2. Водная фаза направляется на утилизацию.

Из куба колонны К-1 отводится смесь воды и нитробензола, охлаждается в теплообменнике Т-6 до 25 0С и направляется в сепаратор С-3. Водная фаза направляется на утилизацию, «сырой» нитробензол на сушку. Описание хода моделирования

Колонна нитрования Р-1 моделируется модулем строгого расчёта процесса ректификации и абсорбции БСББ. Для расчёта процесса используется алгоритм Тиле-Геддеса [4]. Число теоретических тарелок - 20, № тарелки ввода азотной кислоты - 5, № тарелки ввода питания - 15, перепад давления по колонне - 0.1 бар. Флегмовое число - 15. При этом указаны кинетические данные реакции нитрования бензола, заимствованные из [4]. Рассчитанный диаметр колонны - 3.1 м, высота колонны - 17 м. Результаты расчёта процесса нитрования в совмещённом реакционно-ректификационном режиме приведены в таблице 1.

Колонна выделения нитробензола К-1 моделируется модулем строгого расчёта процесса ректификации и абсорбции БСББ. Число теоретических тарелок - 15, № тарелки ввода питания - 7, перепад давления по колонне -0.1 бар. Флегмовое число - 15. Рассчитанный диаметр колонны - 2.13 м, высота колонны - 10 м. Результаты расчёта колонны приведены в таблице 2.

Табл. 1. Результаты расчёта колонны нитрования

Свойство потока Потоки питания Дистиллят Кубовый остаток

Температура, 0С 70 70 85 105

Давление, бар 1.5 2.0265 1 1.15

Общий расход; кг/ч 110400 78000 7957 180442

Массовая доля компонента; % масс

Бензол - 100 - 4.56

Азотная кислота 76 - 83.55 -

Нитробензол - - - 60.94

Вода 24 - 16.45 34.5

Табл. 2. Результаты расчёта колонны выделения нитробензола

Свойство потока Поток питания Дистиллят Кубовый остаток

Температура, 0С 105 68 96

Давление, бар 1.15 1 1.15

Общий расход; кг/ч 180442 9665 170776

Массовая доля компонента; % масс

Бензол 4.56 83.39 0.1

Азотная кислота 0 0 0

Нитробензол 60.94 6.65 64.01

Вода 34.5 9.96 35.89

Колонна отгонки воды К-2 моделируется модулем строгого расчёта процесса ректификации и абсорбции БСББ. Число теоретических тарелок - 20, № тарелки ввода питания - 11, перепад давления по колонне - 0.1 бар. Флегмовое число - 10. Рассчитанный диаметр колонны - 2.3 м, высота колонны - 13 м. Результаты расчёта колонны приведены в таблице 3.

Табл. 3. Результаты расчёта колонны отгонки воды

Свойство потока Поток питания Дистиллят Кубовый остаток

Температура, 0С 70 83 104

Давление, бар 4 1 1.15

Общий расход; кг/ч 7958 6658 1300

Массовая доля компонента; % масс

Азотная кислота 83.55 99.53 1.73

Вода 16.45 0.47 98.28

Выводы:

1. Выполнена реконструкция крупнотоннажного производства нитробензола из бензола.

2. Для реализации реконструкции предложено использовать новую технологию получения нитробензола из бензола в совмещённом реакционно-ректификационном режиме.

3. Подтверждена приемлемость и применимость комплекса программ CHEMCAD для решения задач реконструкции производств тонкого органического синтеза.

Библиографические ссылки

1. Орехов В.С., Дьячкова Т.П., Субочева М.Ю., Колмакова М.А.Технология органических полупродуктов. Тамбов: ТГТУ, 2007 г. 140 с. Ч. 1.

2. Лисицын В. Н. Химия и технология промежуточных продуктов. М: Химия. 1987 г. 368 с.

3. Есипович А. Л. Разработка технологии бессернокислотного нитрования бензола и толуола в совмещенном реакционно-ректификационном режиме.

Дисс. канд. хим. наук. Дзержинск.: ДПИ (филиал НГТУ им. P.E. Алексеева). 2011. 168 с.

4. Гартман Т. Н., Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. М: «Академкнига», 2008. 415 с.

5. Голованов М. Л. Разработка энергосберегающей технологии ректификации продуктов каталитического крекинга. Дисс. канд. техн. наук. М.: МГАТХТ (МИТХТ), 2007. 203 с.

6. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Лосев В. А., Дробышевский Н. А., Хво-ростяный В. С. Разработка компьютерной модели многостадийного производства синтетического жидкого топлива из природного газа.// Химическая промышленность сегодня. № 1. 2009 г. С. 40-50.

7. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К. Опыт применения программы CHEMCAD для моделирования реакторных процессов // Теоретические основы химической технологии. 2009 г. Том 43, № 6. С. 702-712.

8. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К. Разработка компьютерной модели технологического процесса для проектирования энерго- и ресурсосберегающего производства метанола из природного газа // Химическая техника. № 12. 2009 г. С. 29-31.

9. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К., Сеннер С. А. Синтез интегрированной химико-технологической системы получения синтетического жидкого топлива и метанола из природного газа с применением проблемно-ориентированного комплекса программ CHEMCAD// Химическая техника. №9.2011 г. С. 41-44.

10. Советин Ф. С. Гартман Т. Н. Применение комплекса программ CHEMCAD для разработки компьютерной модели технологического узла нитрования крупнотоннажного производства нитробензола // Химическая техника. № 4.2012г.С. 44-45.

УДК:66.011:620.9.003.13

М.Г. Ермакова, A.M. Зубарев, С.М. Ходченко

Международный институт логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева Москва, Россия

СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДИКИ ПИНЧ-АНАЛИЗА

В данной работе описана методика пинч-анализа для анализа и синтеза оптимальных теплообменных систем в химической промышленности. На основе указанного метода разработан лабораторный практикум для студентов, обучающихся по специальности «Менеджмент высоких технологий», и бакалавриатов, обучающихся по новому профилю «Энергоресурсосберегающие химические производства» (направление 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»).

In this paper pinch-method for analysis and synthesis of optimal heat exchanger networks in chemical industry is describing. The laboratory course on the base of pinch-method is developed students, studying specialty «Management of high-technology» and bachelors, studying a