Проект производства формалина

РЕФЕРАТ

Дипломный проект состоит из 186 страниц, 36 таблиц, 2 рисунка, 19 источников и 8 листов графического материала.

Тема дипломного проекта: ?Проект производства формалина?.

Цель проекта: довести мощность одной технической нитки до 126666 тонн/год и выполнить необходимые расчеты основного оборудования.

В дипломном проекте произведены: материальный, тепловой, технологический, механический, гидравлический расчеты при изменении производительности на основе существующих мощностей.

Рассмотрены вопросы выбора технологической схемы, безопасности и экологичности проекта, охраны окружающей среды, организации и экономики производства.

Итог дипломной работы: имеющееся оборудование справиться с новой нагрузкой и не требует замены. С увеличением мощности производства, себестоимость единицы продукции формалина снизилась, что привело к увеличению прибыльности производства.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Технико-экономический уровень и обоснование основных технических решений

2. Характеристика производимой продукции

2.1 Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

3. Физико-химические основы технологического процесса

4. Выбор и обоснование технологического процесса

5. Описание технологического процесса и схемы

5.1 Получение метаноло-воздушной смеси

5.2 Синтез формальдегида

5.3 Получение формалина-?сырца?

5.4 Ректификация формалина-?сырца?

6. Материальный баланс

7. Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов

8. Ежегодные нормы образования отходов производства

9. Нормы технологического режима

10. Компоновка оборудования

10.1 Характеристика производственных помещений

11. Безопасность и экологичность проекта производства формалина

11.1 Производственная санитария

11.2 Техника безопасности

12. Охрана окружающей среды

12.1 Охрана атмосферного воздуха

12.2 Очистка сточных вод

12.3 Твердые отходы

13. Защита человека в чрезвычайных ситуациях

13.1 Производственные аварии

13.2 Стихийные бедствия

14. Организация и экономика производства

15. Материальный расчет

15.1 Материальный баланс стадии ректификации

15.2 Материальный баланс стадии абсорбции

15.3 Материальный баланс стадии контактирования и спиртоиспарения

16. Тепловой расчет

17. Технологический расчет основного аппарата

17.1 Технологический расчет реактора

17.2 Технологический расчет подконтактного холодильника

18. Гидравлический расчет

19. Механический расчет

19.1 Обоснование конструкции основного аппарата

19.2 Выбор материала основных элементов аппарата

19.3 Расчет диаметра патрубков

19.4 Расчет толщины стенок обечайки и днища

19.5 Расчет толщины днища подконтактного холодильника

19.6 Расчет укрепления отверстий

19.7 Расчет крышки аппарата

19.8 Расчет трубной решетки подконтактного холодильника

19.9 Расчет тепловой изоляции

19.10 Расчет компенсатора подконтактного холодильника

19.11 Расчет опорных лап

20. Подбор вспомогательного оборудования

Заключение

Список используемой литературы

Спецификация

ВВЕДЕНИЕ

Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее время, формальдегиду, принадлежит особая роль.

Формальдегид - весьма активное химическое соединение, легко вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса новых соединений, многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного органического синтеза.

Формальдегид используется в промышленности в качестве сырья для производства синтетических смол, пластических масс, новых органических красителей, поверхностно-активных веществ, лаков, лекарственных препаратов и взрывчатых веществ. В сельском хозяйстве для протравления семян, в кожевенной промышленности для дубления кожи, в медицине как антисептическое средство и в животноводстве. Круг применения формальдегида растет из года в год. В связи с этим растет и его производство.

В настоящее время основным потребителем формальдегида является промышленность синтетических смол: производство фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных смол; смол, модифицированных путем обработки формальдегидом; малорастворимых лаков, покрытий, клеев, слоистых пластиков.

Наибольшее распространение получил продукт, содержащий 35 - 37 % формальдегида и 6 - 11 % метанола, называемый формалином. Рецептура формалина сформировалась исторически, под влиянием следующих факторов. Во-первых, метанол и вода сопутствуют формальдегиду на стадии его получения наиболее употребительным методом (метанол - сырье, вода - побочный продукт и абсорбент). Во-вторых, раствор указанного состава при положительных температурах вполне стабилен к выпадению полимера и может храниться или транспортироваться в течении неопределенно долгого времени. В - третьих, в виде водно-метанольного раствора формальдегид может применяться в большинстве производственных синтезов, а также при непосредственном использовании. и, наконец, в-четвертых, именно формалин получается при окислительной конверсии метанола в присутствии металлических катализаторов на сади абсорбции контактного газа; никаких дополнительных операций по приданию продукту товарных свойств (концентрирование, очистка и т. д.), как правило, не требуется.

В городе Томске на базе Томского нефтехимического комбината существует действующее производство формалина («Завод формалина и карбосмол») мощностью 120 тысяч тонн в год.

Основная цель проекта заключается в определении возможности расширения этого производства на примере установки синтеза формальдегида. Важным моментом является установление возможности обеспечения новой, повышенной производительности уже действующим оборудованием. Также необходимо рассмотреть вопросы, касающиеся технологического контроля, охраны труда и экологии в изменившихся условиях эксплуатации.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

1.1 Обоснование выбора метода производства

Формальдегид получают из метанола, диметилового эфира, природного и попутных газов (газа коксохимического производства и нефтепереработки). Промышленно освоенные способы получения формальдегида:

1) Каталитическое окисление метанола на металлических катализаторах.

2) Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах.

3) Окисление природного газа и низших парафинов.

В первом случае катализатором чаще всего является серебро (можно использовать золото или платину), с целью экономии метанола серебро равномерно наносят на инертный носитель, например на пемзу. Сущность метода состоит в парофазном окислении гидрировании метанола кислородом воздуха в адиабатическом реакторе с последующим поглощением продуктов реакции водой. В процессе подается метаноло-воздушная смесь состава выше верхнего предела взрываемости (36,4% - объемные доли) и с недостатками кислорода по химическому уравнению окисления метанола в формальдегид, т.к. катализатор - окислительно-дегидрирующийся:

СН₃ОН + ЅО₂ > СН₂О + Н₂О + Q (147,4кДж/моль); (1.1)

СН₃ОН > СН₂О + Н₂ - Q (93,4 кДж/моль); (1.2)

Н₂ + ЅО₂ > Н₂О + Q (241,8 кДж/моль). (1.3)

Вместе с тем протекают побочные реакции, что снижает выход формальдегида и повышает расход метанола. Выход формальдегида достигает 80 - 85%, при степени конверсии метанола 85 - 90%. Так как окислительное дегидрирование проводят при недостатке кислорода, процесс глубокого окисления, не получает значительного развития. В то же время само дегидрирование, инициируемое кислородом, протекает быстрее, поэтому процент побочных реакций не велик. Этим способом можно получить формалин двух марок: ФМ - 37% с содержанием метанола до 10% и ФБМ - 50% с содержанием метанола менее 1%. Транспортировке и хранению подлежит формалин марки ФМ, т.к. метанол стабилизирует его.

Во втором способе катализатором является смесь оксидов железа и молибдена. Окисление метанола на оксидных катализаторах протекает по окислительно - восстановительному механизму:

СН₃ОН + 2МоО₃ > СН₂О + Н₂О + Мо₂О₅ (1.4)

Мо₂О₅ + ЅО₂ > 2МоО₃ (1.5)

Процесс осуществляется в избытке воздуха при (350 - 430)^оС и обычном давлении, иначе под действием метанола и формальдегида катализатор быстро восстанавливается. Реакция протекает при соотношении метанола и воздуха ниже предела взрываемости (7 - 8% - объемные доли).

Процесс отличается высокой степенью конверсии метанола - 99%, а так же сильной экзотермичностью, что заставляет использовать трубчатые реакторы с охлаждением. Этот способ позволяет получать формалин - 37% с содержанием метанола не выше 0,5%. Применение технологий с оксидным катализатором заслуживает некоторого предпочтения, когда требуемая производительность не выше 8 - 10 тыс. т./год. Третий способ. С точки зрения доступности и дешевизны сырья, а также простоты технологии (получение формальдегида прямым окислением природного газа, состоящим в основном из метанола, кислородом воздуха) заслуживает предпочтения перед сравнительно сложными и много ступенчатыми синтезом через метанол (по схеме):

природный газ > синтез газ > метанол > формалин

Однако на практике возникает ряд трудностей, которые связаны с недостаточной устойчивостью формальдегида в условиях реакции. Окисление метанола происходит при 600^оС, в то же время термическое разложение формальдегида наблюдается уже при 400^оС. Выход формальдегида не превышает 3% при селективности 10 - 25%. Поэтому рассмотренный метод занимает весьма скромное место в балансе производства формалина и только в перспективе используется новые технологические приемы окисления (с учетом возрастания дефицитности метанола и сравнительной доступности природного газа).

Поэтому в выборе метода производства формалина заслуживают внимания первые два способа. Рассмотрим их в сравнении и выберем для себя нужный.

Сравнительная характеристика методов производства формалина в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Сравнительная характеристика методов производства формалина

Сравнивая экономические и производственные затраты, а также объем продукции (нам необходимо не менее 300 - 380 тыс.т./год) для нужд формалинопотребляющего производства - карбамидных смол (объем - 200 тыс.т./год) выбираем метод производства по окислительному дегидрированию метанола на серебряном катализаторе.

1.2 Выбор катализатора и его характеристика

В России на всех промышленных установках по получению формальдегида из метанола применяются трегерные серебряные контакты типа серебро на пемзе. Характеристика этого катализатора:

Внешний вид - серые блестящие зерна неправильной формы.

Размер зерен, мм - 2-5.

Массовый фракционный состав: %

Просев через сито 2 2 мм, не более 2,0;

Остаток на сите 5 5 мм, не более 5,0;

Удельная поверхность, м²/ч 0,5 - 1,0.

На большинстве зарубежных формалиновых производствах используют металлическое серебро без носителя (сетки, кристаллы, губчатое серебро и т.п.). По селективности образования формальдегида контактный и трегерный катализаторы являются практически равноценными. Основные различия трегерных и контактных катализаторов относятся к их эксплуатационным характеристикам. К преимуществам трегерных контактов относится следующее:

1) устойчивость по отношению к перегревам;

2) пониженная требовательность к чистоте сырья;

3) меньшая единовременная загрузка сырья.

Основным недостатком этого катализатора является небольшая длительность межрегенерационного цикла работы (3 - 4 месяца).

Использование контактного (ненанесенного) серебра имеет следующие достоинства:

1) исключение комплекса вопросов, связанных с получением и подготовкой носителя;

2) «безреагентная» система приготовления катализатора;

3) практическое отсутствие потерь серебра за счет истирания и измельчения контакта.

При выборе той или иной формы серебряного катализатора решающее значение имеют такие факторы, как накопленный опыт и традиции.

Технология приготовления трегерного серебра включает в себя основные стадии:

1) пропитка или осаждение на поверхности носителя соли, содержащей серебро;

2) восстановление катиона серебра до свободного металлического состояния.

На практике содержание серебра в катализаторе СНП составляет около 40%. Катализаторы с меньшим содержанием серебра быстрее теряют активность и требуют «перенанесения».

Фирма Sumitomo взяла патент на использование трехслойного контактного катализатора. Два верхних слоя представляют собой кристаллы размером 0,8 - 1,0 мм, нижний слой - серебро в виде тонких нитей.

Фирма BASE предложила серебряный катализатор разделить на 4 слоя общей высотой 20 - 30 мм, а серебряное кольцо по периметру реактора выполняет функции 5-го слоя. Характерной особенностью является применение бидисперсных гранул серебра. Так, в нижней части слоя рекомендуется размещать гранулы с размером мене 0,3 мм, количество которых составляет 1/8 от общего количества серебра. Другая часть катализатора в виде гранул размером до 1 - 3 мм насыпается поверх мелких частиц. Мольный выход формальдегида равен 88%.

Применение двухслойного катализатора позволяет проводить процесс с конверсией метанола до 97,4% при мольной селективности 89 - 90%.

Сравнивая зарубежный опыт производства формалина на катализаторах в очень тонком слое, в виде металлических сит (серебряные сетки) предлагается перейти на аналогичный вид катализатора.

Характеристика катализатора из серебра (сита):

проволка ТУ 48 - 1 - 112 - 85;

толщина проволки, мм - 0,22;

число ячеек на 1 см² - 225;

стоимость катализатора - 279384,17 руб.

Переход на серебряный сетки позволит сократить численность рабочих в катализаторном отделении (за счет упрощения приготовления катализатора), а следовательно повысить производительность труда. За счет более длительного срока службы (1 - 2 года) катализатора увеличивается эффективный фонд рабочего времени, произойдет наращивание мощности.

1.3 Обоснование места размещения предприятия

На территории Томской области сосредоточена богатые природные ресурсы: нефть, газ, лес, редкие металлы, торф и др.

Строительство производства формалина было обусловлено:

- Потребностью промышленности в формалине по стране в шести районах Сибири.

- Наличие сырья - производство метанола мощностью 750 тыс.т./год.

- Наличие формалинопотребляющего производства карбамидных смол мощностью 200 тыс.т./год.

Обеспечение потребности действующего производства в паре, горячей воде на отопление, вентиляции и горячего водоснабжения, предусмотрено установкой двух водогрейных котлов типа КВГМ - 100 производительностью 100 Гкал/ч каждый.

Обеспечение производства в электроэнергии от ГПП - 1 и ГПП - 2, установленных на территории ТНХК.

Водоснабжение производственной водой осуществляется насосной станцией 1-го подъема (НС - 1), установленный на берегу реки Томь и насосной станцией 2-го подъема (НС - 2), расположенный на территории ВОС ТНХК. Водоснабжение хозяйственной питьевой водой обеспечивается НСВ - 4, расположенной на территории ВОС ТНХК.

1.4 Основные технологические решения

Получение формальдегида предусмотрено методом парофазного окисления - дегидрирования метанола кислородом воздуха на пемзосеребрянном катализаторе, в мягких температурных условиях (550 - 600)^оС, либо жестком режиме (660 - 700)^оС с поглощением формальдегида водой и последующим выделением непрореагировавшего метанола вакуум - ректификацией. Выделенный метанол возвращается в процесс. Процесс ведется при давлении 0,76 атм. В жестком режиме предусмотрено разбавление метанола водой в соотношении СН₃ОН:Н₂О кА 70:30.

За счет соотношения реакций окисления и дегидрирования (55%:45%) процесс проводится в реакторе адиобатического типа, что значительно упрощает его конструкцию и эксплуатацию.

Анализ работы действующих производств формалина на пемзосеребрянном катализаторе показывает, что основным недостатком его является сравнительно небольшой срок службы (3 - 4) месяца. Приходится отстаивать технологическую нитку для выгрузки отработанного катализатора и загрузки свежего. Технологическая остановка на трое суток.

Поэтому предлагается перейти на кристаллическое серебро - пакет сеток из серебряной проволоки, ТУ 48 - 1 - 112 - 85. срок работы такого катализатора (1 - 2) года. Сокращается время технологических остановок: место 3 - 4 в год одна, либо одна в два года. А для процесса, оформленного в виде трех параллельных ниток, это значительное увеличение эффективного времени работы оборудования, а значит наращивание мощности.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДИМОЙ ПРОДУКЦИИ

Выпускаемый готовый продукт - формалин технический.

Предусмотрен выпуск товарного формалина, с массовой долей формальдегида 37 %, соответствующего ГОСТ 1625-89, а также концентрированного формалина, с массовой долей формальдегида до 50 %, используемого для внутреннего потребления в производстве карбосмол.

Формалин является водным раствором формальдегида и метанола в воде.

Эмпирическая формула формальдегида: СН₂ О.

Структурная формула формальдегида:О

Молярная масса 30 кг/моль.

При охлаждении газообразный формальдегид переходит в жидкость, которая кипит при -19°С, а при -118°С замерзает, превращаясь в твердое кристаллическое вещество.

Как в жидком, так и в газообразном состоянии формальдегид неустойчив и легко полимеризуется, особенно в присутствии влаги. Поэтому формальдегид транспортируется и хранится либо в растворах, либо в виде полимера. Формальдегид хорошо растворяется в воде и спиртах. В водных растворах формальдегид не сохраняется в мономерной форме, а вступает в химическое взаимодействие с водой с образованием гидратов (метиленгликолей):

СН₂ О + Н₂ О > СН₂ (ОН)₂ + Q кДж/кг (2.2)

При обычных температурах водные растворы формальдегида мутнеют, вследствие выпадения в осадок продуктов полимеризации - полиоксиметиленгликолей.

Для предохранения концентрированных растворов формальдегида от полимеризации к ним добавляют стабилизаторы. Основным промышленным стабилизатором служит метанол.

По физико-химическим показателям технический формалин должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Нормы требования технического формалина по физико-химическим показателям

Физические свойства технического формалина зависят от содержания в нем формальдегида и метанола и меняются в пределах:

Плотность, кг/м³1077 - 1116

Температура кипения, ^оС 98,9

Удельная теплоёмкость, Дж/(кг К) 3352

Вязкость, сП 2,45 - 2,58

2.1 Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Химизм процесса

Образование формальдегида происходит при прохождении метаноло -воздушной смеси через слой катализатора "серебро на носителе" при температуре в зоне контактирования:(550 - 600)С при работе в "мягком" режиме, (660 - 700)С при работе в "жестком" режиме.

Образование формальдегида осуществляется в результате протекания параллельных реакций простого и окислительного дегидрирования метанола:

СН₃ ОН > СН₂ О + Н₂ - 93,4 кДж/моль (3.1)

СН₃ ОН + 1/2 О₂ > СН₂ О + Н₂ О + 147,4 кДж/моль (3.2)

Наряду с этими реакциями в системе протекает целый комплекс побочных превращений.

СН₃ ОН + 2/3 О₂ > СО₂ + 575,1 кДж/моль(3.3)

СН₂ О + 1/2 О₂ > НСООН + 270,4 кДж/моль(3.4)

НСООН + 1/2 О₂ > СО₂ + Н₂ О + 14,5 кДж/моль(3.5)

НСООН > СО + Н₂О - 53,7 кДж/моль(3.6)

СН₂ О > СО + Н₂ + 1,9 кДж/моль (3.7)

2 СН₂ О + Н₂ О > СН₃ ОН + НСООН + 122,0 кДж/моль(3.8)

Н₂+ 1/2 О₂ > Н₂ О + 241,8 кДж/моль(3.9)

2 СН₃ ОН > СН₂ (ОСН₃ )₂ + Н₂ О + 131,0 кДж/моль(3.10)

СО + 1/2 О₂ > СО₂ + 283,0 кДж/моль(3.11)

2 СО > СО₂ + С + 172,5 кДж/моль (3.12)

Реакции (3.3) и (3.4) являются равновесными. Доля метанола израсходованного по реакции (3.4) составляет около 60 %, а остальное, по реакции (3.3).

Превращение метанола в формальдегид происходит в результате контакта молекул спирта с кислородом, хемосорбированным на атомах серебра, т.е. активными центрами катализатора являются поверхностные окислы серебра. Процесс получения формальдегида в целом сопровождается выделением тепла, за счет которого поддерживается необходимая температура в зоне контактирования и равновесие реакции дегидрирования смещается вправо.

Побочные реакции снижают выход формальдегида и определяют состав выхлопных газов (абгазов).

3.1 Механизм процесса

Ключевые превращения осуществляются на поверхности катализатора. Метанол адсорбируется на поверхности окисленного серебра. На поверхности свободного неокисленного серебра метанол адсорбируется очень слабо, причем с ростом температуры, количество поглощенного продукта уменьшается. Превращение поглощенного продукта уменьшается молекул спирта с кислородом, химсорбированным на атомах серебра, т.е. активными центрами катализатора являются поверхностные окислы серебра. В процессе хемосорбции кислорода на атомах серебра на адсорбированный кислород, происходит его диссоциация на атомные ионы (атомарная адсорбция). Выделяют 3 типа (области) адсорбции в зависимости от степени окисления серебра. При степени окисления до 0,1 - 0,12 см³ О₂/м² Ag, т.е. в пределах покрытия поверхности монослоем кислорода, один атом кислорода связан с двумя поверхностными атомами серебра (Ag₂^SО):

(3.14)

С увеличением степени окисления до (0,22-0,26) см³ О₂/м²Ag преобладает соединение, в котором атом кислорода связан с одним атомом поверхностного серебра (Ag^SO или Ag₂^SO₂):

или (3.15)

При дальнейшем окислении возникает структура с большим содержанием кислорода на атом серебра:

(3.16)

Каталитическая специфичность серебра обуславливается особым состоянием кислорода на серебре. В то время как на других металлах при активированной адсорбции кислорода образуется только атомные ионы О^- или О^2-, вызывающие сгорание исходного продукта до углекислого газа, на серебре образуются поверхностные молекулярные ионы типа О₂^- или О₂^2-. Поверхностный ион в состав поверхностного оксида Ag²⁺O^2-. Атомные ионы, образующие с серебром активные центры при адсорбции метанола на них ослабляют или полностью разрывают химические связи в адсорбированной молекуле. Дальнейшие взаимодействия протекают между двумя хемосорбированными частицами, находящихся на соседних активных центрах или между хемосорбированной частицей и физически адсорбированной или налетающей из объема молекулой.

3.2 Термодинамика реакций

Реакции окислительного дегидрирования имеют тепловой эффект, зависящий от доли реакций окисления и особенно дегидрирования. Так как окисление протекает с выделением тепла, введением тех или иных количеств кислорода, можно широко вальировать эффект суммарного превращения. Это является одним из преимуществ окислительного дегидрирования - устраняется эндотермичность процесса и необходимость в постоянном подогреве реакционной массы. Практически для получения формальдегида для поддержания необходимой температуры в зоне контактирования, с учетом возмещения потерь тепла в окружающую среду. Необходимо, чтобы процесс шел на 55% через окисление и на 45% через дегидрирование. Тогда процесс можно осуществлять в реакторе адиабатического типа, не имеющего поверхности теплообмена. При таком соотношении реакций дегидрирования и окисления исходная паро-воздушная смесь должна содержать около 40% (объемные доли) метанола, что находится за верхним пределом взрываемости метанола в воздухе [36,5%].

Смещения равновесия реакций окислительного дегидрирования вправо обусловлено связыванием части водорода в воду, которая не принимает участия в равновесии реакций гидрирования - дегидрирования.

+0,5О₂

(3.17)

Разбавление метанола на 10 - 12% водой также смещает равновесие в сторону выхода формальдегида, за счет подавления побочных реакций. Образованию побочных реакций препятствует недостаток кислорода в процессе, т.к. глубокое окисление не получает значительного развития. Выход формальдегида на пропущенное сырье достигает 80-85% при степени конверсии метанола 85-90%. При дегидрировании ввиду отщепления водорода всегда происходит увеличение объемов газа, поэтому повышение степени конверсии благоприятствует низкое давление. Поэтому для процессов дегидрирования выбирают давление, близкое к атмосферному, а в некоторых случаях процесс осуществляют в вакууме. В места вакуума можно применять разбавление реакционной массы водяным паром.

В производстве формалина метанол разбавляют на 10 - 12% водяным паром.

Наличие водяных паров в реакционной массе ведет к снижению парциальных давлений реагентов и росту равновесной степени конверсии.

3.3 Кинетика реакций

При температуре 600 - 700°С скорость превращения метанола в формальдегид лимитируется подводом реагентов к поверхности катализатора, т.е. процесс протекает во внедиффузионной области. Кинетическая область протекания реализуется при температуре ниже 300°С. Признаки превращения метанола в формальдегид наблюдается уже при температуре 200 - 240°С. Выход формальдегида формальдегида в этих условиях составляет примерно 1% при конверсии метанола 1,5 - 2%.

При температуре 200°С выход формальдегида 3,6% при конверсии метанола 4,6%. Реакции протекают в этом случае по окислительному механизму. При температуре 290 - 300°С реакция смещается в переходную область. При 300°С происходит «зажигание» катализатора. Температура самопроизвольно повышается до 600 - 700°С, соответствующей заданному соотношению О₂:СН₃ОН. Обратному переходу процесса в кинетическую область способствует снижению температуры до 350°С за счет увеличения скорости потока реагентов. В этом случае формальдегид является промежуточным продуктом реакции: при времени контакта (5 - 10)*10^-3 секунд происходит накапливание его, а при дальнейшем времени контакта наблюдается его расходование. Конечный продукт реакции - углекислый газ. При 370 - 400°С процесс перемещается в область внешней диффузии. Протекание процесса в диффузионной области обуславливается значительной разности концентраций реагентов и продуктов реакции на поверхности серебра и в потоке. Само химическое взаимодействие между молекулами метанола и кислорода происходит очень быстро и разогрев катализатора настолько велик, что он оказывается достаточным для поддержания высокой температуры реакции. Конверсия кислорода резко возрастает. На промышленных установках при (600 - 700)°С селективность достигает значений 91 - 93%. Объемное содержание водорода в газообразных продуктах 18 - 20%. То есть проведение реакции в диффузионной области преимущественней, т.к. резко возрастает активность и селективность катализатора, что приводит к значительному повышению производительности катализатора (на 1,5-2,0 порядка) и исключает необходимость подвода тепла из вне для поддержания температуры в реакторе. Максимальная селективность образования формальдегида 90% происходит при значении соотношения О₂:СН₃ОН в пределах 0,68:0,7. При движении горячей реакционной смеси от слоя катализатора происходит нарастание количества углекислого газа и водорода с одновременным уменьшением формальдегида. Для снижения этого процесса необходимо охлаждение реакционной смеси поверхностью с температурой не выше 170°С. Это осуществляется в подконтактном холодильнике.

4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Выбор технологической схемы обусловлен мощностью производства формалина и назначением готового продукта. Мощность производства составляет 380 тыс. тонн в год 37% формалина. Процесс оформлен в виде трех технологических ниток, единичной мощности 126,6 тыс. тонн в год, каждая. С целью снижения металлоемкости и принятых технологических решений ряд узлов выполнен общим для трех ниток: узел подготовки сырья, узел очистки годовых выбросов, узел очистки, опорожнения, продувки.

Процесс получения формалина представлен в виде трех параллельных ниток, состоящих из следующих узлов:

- подготовка сырья и получения метаноло-воздушной смеси;

- синтез формальдегида;

- получение формалина - ?сырца? (абсорбция формалина);

- ректификация формалина - ?сырца?,

и узлов, выполненных общими для трех ниток:

- сбор и переработка некондиционных и дренируемых продуктов,

- факельная установка,

- очистка газовых выбросов,

- теплопункт,

- получение катализатора.

Некоторые заводы не включают в технологическую схему процесс ректификации, но как показывает практика затраты на эту стадию полностью себя оправдывают. Во-первых, исключается возможность получения нестандартного продукта; во-вторых, получается возможность получать как безметанольный продукт, так и формалин высокой концентрации.

Исходя из рассмотренных стадий получения технического формалина, характеризуем каждую из них по технологической схеме цеха производства формалина.

5. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

5.1 Получение метаноло-воздушной смеси

Метанол из емкости поступает через обратные клапаны к I, II, III технологическим ниткам на "метанольные гребенки", где к "свежему" метанолу добавляется "возвратный" метанол с узлов ректификации. Метанол (для одной технологической нитки) от "метанольной гребенки" предварительно подогревается в 2-х нижних встроенных теплообменниках абсорбционной колонны поз.К1 до 65°С, и поступает для образования спиртовоздушной смеси в спиртоиспаритель. Чтобы снизить побочные реакции процесса получения формальдегида, метанол в смесителе поз.Х2 смешивается с деминерализованной или надсмольной водой.

Спиртоиспаритель состоит из испарителя поз.Е2а, выносной греющей камеры - теплообменника поз.Т1 и смонтированного под ней отстойника поз.Е2б.

Воздух из атмосферы, предварительно очищенный от пыли на фильтре поз.Ф1, подается воздуходувками поз.М1/1-3, с давлением (0,5 - 0,8) кгс/см² и температурой (30 - 70)°С и расходом (3000 - 11000) м³/ч через обратный клапан в верхнюю часть выносной греющей камеры поз.Т1. На каждую технологическую нитку предусмотрено по три воздуходувки производительностью 6000 м³/ч каждая - две в работе, одна в резерве или ремонте.

Метаноло - водяная смесь из смесителя поз.Х2 с температурой (20 - 65)°С и расходом (6 - 14) м³/ч подается в отстойник спиртоиспарителя поз.Е2б, где в конической части отделяются и собираются механические примеси.

Уровень в испарителе поз.Е2а поддерживается подачей метанола. При уровне метанола в испарителе поз.Е2а 20% воздуходувки поз.М1/1-3 отключаются.

Метанол в спиртоиспарителе подогревается паром давлением 2 кгс/см², подаваемым из паросборника поз.Е4 в выносную греющую камеру теплообменника спиртоиспарителя поз.Т1. Температура метанола в испарителе поз.Е2а поддерживается (52-85)°С в зависимости от концентрации метанола.

Образование метаноло - воздушной смеси происходит в верхней части выносной греющей камеры поз.Т1, куда через барботер подается воздух от воздуходувок поз.М1/1-3. Затем в испарителе поз.Е2а жидкий метанол отделяется, с помощью каплеотбойника, и метаноло - воздушная смесь поступает в перегреватель поз.Т2.

Метаноло - воздушная смесь в перегревателе поз.Т2 перегревается до (90 - 145)°С паром 6 кгс/см², подаваемым в межтрубное пространство, для предотвращения конденсации и попадания жидкого метанола на катализатор, который при этом зауглероживается и снижает свою активность. Перегретая метаноло - воздушная смесь, пройдя огнепреградитель поз.Х3, заполненный фарфоровыми шариками и кольцами Рашига, которые служат для предотвращения попадания открытого огня в спиртоиспаритель, поступает в верхнюю часть контактного аппарата поз.Р1.

5.2 Синтез формальдегида

Образование формальдегида из метанола происходит в контактном аппарате поз.Р1 при прохождении метаноло - воздушной смеси через слой катализатора при температуре (550 - 600)°С ("мягкий режим") или с добавлением воды при температуре (650 - 700)°С ("жесткий режим").

Контактный аппарат поз.Р1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, в нижней части которого расположен кожухотрубный теплообменник, в межтрубное пространство которого подается водяной конденсат, а по трубному пространству проходят реакционные газы. Катализатор укладывается на 2 слоя нержавеющей сетки, (10х10) мм и (1х1) мм, высотой (120-150) мм, а сверху помещается электрозапал.

Разогрев контактной массы, при пуске, до температуры (300 - 350)°С, при которой начинается реакция превращения метанола в формальдегид, осуществляется включением электрозапала, а дальнейший подъем температуры происходит за счет тепла реакций.

Температура в слое катализатора поддерживается автоматически, подачей пара в греющую камеру поз.Т1 спиртоиспарителя, и сопровождается световой и звуковой сигнализацией при температуре в слое катализатора 620°С - в "мягком режиме" и 720°С - в "жестком режиме". При достижении температуры в слое катализатора в "мягком режиме" - 650°С, а в "жестком режиме" - 750°С происходит автоматическое отключение воздуходувки поз.М1/1-3.

В результате реакций, протекающих в слое катализатора, из метаноло -воздушной смеси образуются контактные газы, в состав которых входят: формальдегид, водород, углекислый газ, окись углерода, азот, пары воды, непрореагировавший метанол.

Для предотвращения термического разложения образовавшегося формальдегида и прекращения побочных реакций, контактные газы, выходящие из зоны контактирования, резко охлаждаются в подконтактном холодильнике до температуры не более 200°С за счет испарения водного конденсата, поступающего из паросборника поз.Е4 в межтрубное пространство подконтактного теплообменника. Образовавшаяся в подконтактном холодильнике паро-водяная смесь за счет естественной циркуляции поступает в паросборник поз.Е4, где отделяется пар от конденсата. Давление пара в паросборнике поз.Е4 (1,8-2)кгс/см², поддерживается паром подаваемым в паросборник поз.Е4 из теплопункта от коллектора.

Конденсат из теплообменника поз.Т1 спиртоиспарителя собирается в конденсатосборник поз.Е3, откуда насосами поз.Н1/1-2 через обратный клапан подается в паросборник поз.Е4.

5.3 Получение формалина - "сырца"

Контактные газы, охлажденные в подконтактном холодильнике реактора, поступают в поглотительную систему, состоящую из абсорбционной колонны поз.К1, аппарата воздушного охлаждения поз.Х4, пластинчатых теплообменников поз.Т3, Т4, Т6, Т5 и циркуляционных насосов поз.Н2/1-3, Н3/1-3.

Абсорбционная колонна поз.К1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат переменного сечения: нижняя кубовая часть диаметром 2800 мм с шестью встроенными теплообменниками, с 24 тарелками (1,7,13, 19 тарелки - глухие, с 21 по 24 - колпачковые, остальные - жалюзийно-клапанного типа). В верхней части колонны для предотвращения уноса капель жидкости предусмотрен каплеотбойник.

В кубе абсорбционной колонны поз.К1 происходит охлаждение контактных газов, конденсация паров воды и метанола, а также хемосорбция водой значительной части формальдегида. Несконденсировавшиеся пары и газы из куба поднимаются вверх по колонне навстречу орошающей жидкости.

Орошение абсорбционной колонны осуществляется водой, поступающей на 24 тарелку расходом до 6 м^З/ч и охлажденной в теплообменнике поз.Т6 до температуры не более 25°С. Для оперативного изменения концентрации формальдегида в кубе колонны предусмотрена подача жидкости до 6 м³/ч от насосов поз.Н1/2,3 в куб колонны поз.К1.

Уровень в кубе колонны поз.К1 поддерживается (20-80)% и в зависимости от нагрузки и давления в системе регулируется отбором формалина на питание ректификационной колонны поз.К2.

При стабильном режиме узлов синтеза абсорбции возможна работа технологической нитки без узла ректификации. Остановка узла ректификации производится при массовой доле метанола (6-8)% и формальдегида (37 - 38)% в кубе абсорбционной колонны поз.К1.

Дополнительно при этом осуществляется отвод жидкости с 13-й «глухой» тарелки в емкость. Уровень на 13-й тарелке поддерживается (20 - 80)% и регулируется отбором жидкости с расходом (0,5 - 3)м³/ч от насоса поз.Н3/2,3 в емкость.

Уровень в кубе колонны поз.К1, в зависимости от нагрузки, давления в системе и массовой доли метанола, поддерживается (10-80)% и регулируется, отбором формалина в стандартизаторы.

Часть тепла, выделяющаяся в кубе колонны, снимается в 4-х верхних встроенных теплообменниках оборотной водой, в 2-х нижних - метанолом, поступающим в процесс, а остальная часть тепла снимается циркуляцией формалина через аппарат воздушного охлаждения поз.Х4. Дополнительно съем тепла реакционных газов, теплоты поглощения и конденсации в колонне поз.К1 осуществляется охлаждением слабого формалина, выводимого с глухих тарелок, в выносных пластинчатых теплообменниках по контурам:

1 контур-1-я тарелка-насос Н2/2,3-теплообменник Т3-6-я тарелка.

2 контур-7-я тарелка-насос Н3/1,2-теплообменник Т4-12-я тарелка.

3 контур-13-я тарелка-насос Н3/2,3-теплообменник Т5-18-я тарелка.

4 контур-дем.вода и надсмольная вода-теплообмен ник Т6-24-я тарелка.

Температура в абсорбционной колонне поз.К1 контролируется следующим образом:

на выходе из куба колонны -не более 70°С,

под первой тарелкой - не более 80°С,

на 9-й тарелке - не более 50°С,

на 18 тарелке - не более 30°С,

на 24 тарелке - не более 25°С,

вверху колонны - не более 25°С.

Охлаждение формалина в теплообменниках поз.Т3, Т4 производится оборотной водой до температуры не более 60°С и 30°С соответственно, а в теплообменниках поз.Т5 и Т6 оборотной водой до температуры не более 25°С.

Выхлопные газы с верха колонны поз.К1 с температурой не более 25°С направляются на установку термического обезвреживания, проходя через конденсатосборник поз.Х1, где отделяется и самотеком сливается в стандартизатор сконденсировавшаяся жидкость.

Выхлопные газы, которые не может принять УТО и во время аварийных остановок поступают для сжигания на факельную установку.

Состав выхлопных газов в объемных долях, %:

СО₂ - не более 5,

СО - не более 5,

Н₂ - 16-26,

О₂ - не более 1,2,

СН₄ - не более 1,

метанол - не более 7 г/м³,

формальдегид - не более 4 г/м³,

азот - по разности.

По составу выхлопных газов можно судить о работе катализатора, о наличии отклонений от норм технологического режима.

Повышение содержания суммы углеродосодержащих газов свидетельствует об усилении побочных реакций. В частности, увеличение объемной доли двуокиси углерода свыше 5% свидетельствует об избытке кислорода в метаноло - воздушной смеси.

Увеличение содержания окиси углерода в выхлопных газах - результата перегрузки и отравления катализатора.

Объемная доля метана более 1% бывает при высокой температуре в нижних слоях катализатора, где нет уже кислорода, кроме этого содержание метана увеличивается при отравлении каталитической массы железом или его солями, при попадании асбеста (от прокладки), что сопровождается выделением сажи.

Объемная доля водорода ниже 16% указывает на малую конверсию, если температура низка, и на избыток кислорода при повышенной температуре.

Увеличение объемной доли водорода в газах (свыше 20%) указывает на повышение степени полезной конверсии и на уменьшение побочных реакций.

Давление верха колонны поз.К1 не более 0,34 кгс/см², в кубе - не более 0,67 кгс/см².

При повышении давления выхлопных газов из колонны поз.К1 выше 0,38 кгс/см² открывается электрозадвижка поз.К1-36 "на свечу".

5.4 Ректификация формалина - "сырца"

Формалин - "сырец" с массовой долей метанола до 20% и формальдегида не более 38% из куба абсорбционной колонны поз.К1 насосами поз.Н2/1-2 подается на ректификацию, где вверху отделяется метанол.

Ректификация метанольного формалина ведется в колонне поз.К2 под вакуумом. Проведение ректификации под вакуумом позволяет снизить температуру, что предотвращает повышение кислотности формалина за счет уменьшения протекания реакции Канницарро:

2СН₂О + Н₂О > СН₃ОН + НСООН(5.1)

Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 2900 мм, высотой 52000 мм и 70-ю колпачковыми тарелками с радиальным сливом.

Вакуум в ректификационной колонне поз. К2 создается вакуум-насосом поз. Н6/1-2 и поддерживается в кубе (минус 0,2 ч минус 0,60) кгс/см², а вверху колонны (минус 0,44 ч минус 0,70) кгс/см².

Обогрев колонны поз.К2 осуществляется через кипятильник поз.Т7 паром давлением 2 кгс/см². Температура формалина в кубе колонны поз. К32 поддерживается (75-95)°С, вверху колонны поз.К2 - (40-50)°С, в укрепляющей части (60 - 70)°С, в исчерпывающей - (70 - 80)°С.

Формалин - "сырец" из абсорбционной колонны поз.К1 расходом (10-21) м³/ч, некондиционный формалин, подаваемый из стандартизаторов с расходом до 8 м³/ч поступает на 34, 42, 52 тарелки ректификационной колонны.

Пары метанола и формальдегида нагретые внизу колонны поднимаются вверх, а сверху (навстречу парам) подается почти чистый жидкий метанол. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация формалина из формалина-"сырца" и частичное испарение метанола. Таким образом, стекающая жидкость обогащается формальдегидом, а поднимающиеся пары обогащаются метанолом, в результате чего выходящие из колонны пары представляют собой почти чистый метанол. Эти пары поступают в аппараты воздушного охлаждения поз. Х5/1-2, где охлаждаются до температуры не более 50°С, конденсируются и отделяются в газоотделителе поз.Х6 от жидкости. Жидкий метанол сливается в емкость поз.Е5, а газовая фаза дополнительно охлаждается в теплообменнике поз.Т9 оборотной водой и поступает в газоотделитель поз.Х7. Жидкая фаза после газоотделителя поз. Х7 сливается в емкость поз.5, а несконденсировавшиеся пары и инертны направляются к вакуум-насосу поз.Н6/1,2.

Выбросы от вакуум-насоса поз.Н6 направляются в верхнюю часть абсорбционной колонны поз.К1, где отмываются водой от большей части метанола, и вместе с выхлопными газами абсорбционной колонны поступают на сжигание.

Метанол из емкости поз. Е5 с массовой долей формальдегида до 6% и метанола не менее 92 % насосом поз.Н5/1,2, с расходом (5 - 15) м³/ч, подается в виде флегмы в колонну поз.К2, а избыток, с расходом до 6,5 м³/ч, направляется в процесс через смеситель поз.Х2 для получения метаноловоздушной смеси.

Уровень в емкости поз.Е5 поддерживается (30-70)% отбором метанола, направляемого в смеситель поз.Х2.

Формалин массовой долей метанола не более 8% и формальдегида не более 50% забирается из куба колонны поз.К2, насосом поз.Н6/1-2, охлаждается в холодильнике поз.Т8 до температуры (40 - 65)°С и поступает в стандартизаторы.

Уровень в кубе колонны поз. К2 поддерживается (30 - 70)% отбором формалина в стандартизаторы.

В случае выхода из строя вакуум-насосов поз. Н6/1,2 ректификацию можно вести непродолжительное время под азотным дыханием с давлением 0,3 кгс/см², но при этом возрастает кислотность формалина, и температура в кубе колонны поз. К2 будет (95 - 110)°С, а вверху - (60 - 66)°С.

Емкости поз.Е5 и газоотделители поз.Х7 соединены с "азотным дыханием" давлением 0,3 кгс/см².

6. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС

Материальный баланс в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Материальный баланс

7. ЕЖЕГОДНЫЕ НОРМЫ РАСХОДА ОСНОВНЫХ ВИДОВ СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ И ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов по производству 37%-го формалина

8. ЕЖЕГОДНЫЕ НОРМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Ежегодные нормы образования отходов производства 37%-го формалина в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Ежегодные нормы образования отходов производства 37%-го формалина

9. НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА

Нормы технологического режима в таблице 9.1.

Таблица 9.1 - Нормы технологического режима

Методика проведения аналитического контроля

Определение массовой доли формальдегида

Метод заключается в титровании гидроокиси натрия, образующейся в результате реакции формальдегида с нейтральным раствором сернистокислого натрия.

Приготовление раствора сернокислого натрия: (126,0 ± 0,1)г безводного или (252,0 ± 0,1)г 7-водного сернистокислого натрия растворяют воде в мерной колбе вместимостью 1 дм³, и перемешивают. Раствор годен в течении 5 суток.

1,5 - 1,8г анализируемого продукта взвешивает в колбе с пришлифованной пробкой, содержащей 10 см³ дистиллированной воды. В другую колбу помещают 50 см³ раствора сернистокислого натрия, добавляют 3 - 4 тимолфталеина и нейтрализуют раствором соляной или серной кислоты (0,1 моль/дм³) до исчезновения голубой окраски.

Нейтральный раствор сернистокислого нитрия переливают в колбу с навеской продукта, перемешивают в течении 2 минут, титруют раствором соляной или серной кислоты до исчезновения голубой окраски.

Массовую долю формальдегида (х, %) определяют по формуле:

где, V - объем раствора HCl, H₂SO₄, израсходованного на титрование см³; 0,003003 - масса формальдегида, соответствующая 1 см³ раствора HCl, г; m - масса навески, г.

Проводят два параллельных анализа. За результат анализа принимается средне арифметическое значение между двумя результатами параллельных анализов.

Определение массовой доли метанола

Метод основан на определении по найденным значениям плотности раствора формалина и массовой доли формальдегида в формалине.

Плотность анализируемого продукта марки ФМ определяют по ГОСТ 18995.1 с помощью пикнометра ПЖ-2 или ПЖ-3 вместимостью 25 или 50 см³ с помощью ареометра марки ФБМ - с помощью пикнометра.

Массовую долю метанола определяют по формуле:

где, 1,1123 - плотность раствора формальдегида с массовой долей 37%, не содержащего метанол при температуре 20°С, г/м³; X - массовая доля формальдегида в анализируемом формалине; 0,0030 - разность плотностей двух растворов формалина, имеющих одинаковую массовую долю метанола, а массовая доля формальдегида которых отличается на 1%, г/см³; - плотность анализируемого формалина, г/см³. Проводят два параллельных анализа.

Определение массовой доли кислот (в пересчете на муравьиную)

Метод основан на титровании кислот в формалине раствором гидроокиси натрия с использованием бромтимолового синего в качестве индикатора. 100 г анализируемого продукта взвешивают в колбе с пришлифованной пробкой. К навеске добавляют 4 капли раствора индикатора и титруют раствором гидроокиси натрия до появления синей окраски. Массовую долю кислот определяют по формуле:

где, V - объем раствора гидроокиси натрия (0,1 моль/дм³), израсходованный на титрование, см³; 0,0046 - масса муравьиной кислоты, соответствующая 1 см³ раствора гидроокиси натрия; m - масса навески, г.

Проводят два параллельных анализа.

10. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ

При размещении оборудования учитываются следующие технологические требования: удобство обслуживания оборудования и возможность демонтажа аппаратов и их деталей при ремонтах; обеспечение максимально коротких трубопроводов между аппаратами при необходимости самотека; рациональное решение внутризаводского транспорта. При этом необходимо соблюдать строительные нормы, требования естественной освещенности, технику безопасности и охрану труда, санитарные нормы [5].

Компоновка оборудования на открытых площадках сокращает капитальные затраты на строительство, уменьшает загазованности и влияние тепловыделений, снижает врыво- и пожароопасность. Установка аппаратуры на открытых площадках создает также предпосылки для укрупнения агрегатов, позволяет во многих случаях отказаться от членения на части (царги) аппаратуры (преимущественно колонной) и, кроме того, улучшает условия монтажа оборудования.

На открытых площадках химическая аппаратура устанавливается или на этажерках- железобетонных и металлических - или самостоятельно- на индивидуальных и групповых фундаментах. Аппараты малого диаметра и большой высоты устанавливаются в этажерках.

При размещении технологического оборудования на открытых площадках, руководствуются перечнем технологического оборудования химической промышленности, устанавливаемого на открытых площадках, и характеристикой климатического района.

Размеры пролетов, расположение разбивочных осей и высоты зданий принимаются по строительным нормам СниП-II-М2-62.

В зданиях и на открытых площадках для монтажа, эксплуатации, демонтажа и ремонта оборудования устанавливают подъемно-транспортные устройства.

Для технологического обслуживания большого количества и разнообразного по характеру оборудования, устанавливаемого на открытой площадке, требующей частой разборки или демонтажа, загрузки и выгрузки катализатора, применяются передвижные краны.

При размещении оборудования предусмотрены проходы, обеспечивающие безопасное обслуживание оборудования, движения людей и транспорта, а также удобную очистку рабочих поверхностей оборудования.

Машины и аппараты, обслуживаемые подъемными кранами, размещают в зоне приближения крюка крана.

Все насосы в насосном отделении, создающие на рабочих местах вибрации и шум, устанавливаются на специальных фундаментах.

Для выполнения работ по монтажу, демонтажу, чистке и замене трубных пучков подогревателей, холодильников, конденсаторов, коммуникаций предусматриваются соответствующие средства механизации.

Максимально механизирована загрузка и выгрузка ядовитых и взрывоопасных веществ, а также подача веществ в опасные зоны. В производстве исключены ручные операции при транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах.

В качестве безрельсового транспорта применяются автопогрузчики, тележки, платформы.

При размещении оборудования руководствуются действующими правилами и нормами по технике безопасности, противопожарной безопасности, указаниями по выносу оборудования на открытые площадки в химической промышленности и другими действующими указаниями, правилами и нормами, обеспечивая нормальные условия обслуживающему персоналу и безаварийную работу оборудования

10.1 Характеристика производственных помещений

1. Насосное отделение

Расположено на отметке 0,00 м. Помещение закрытого типа, размером 7812 м, высотой 6 метров. Категория взрывопожарной опасности помещения - А. Класс взрывоопасной зоны для выбора и установки электрооборудования - В-Iа.

Расстояние от длинных сторон фундаментальных плит стен не менее 1,5 - 2 м. Центральный проход шириной 3 м.

2. Воздуходувное отделение

Расположено на отметке 0,00 м. Помещение закрытого типа, размером 3612 м, высотой 6 метров. Категория взрывопожарной опасности помещения - Д.

При определении свободной площади вокруг каждого аппарата, руководствуются теми же соображениями, которые были приняты при проектировании насосного зала.

3. Аппаратные отделения

К ним относятся: реакторное отделение, отделение абсорбции и отделение ректификации. Все отделения находятся на открытой площадке. Размер площадки 8412 м, 12 м. Отделение абсорбции и ректификации расположены на отметке 0,00 м, 6,00 м, 12,0 м, а реакторное отделение - на отметке 6,00 м и 12,0 м. Класс взрывоопасной зоны открытой установки по всем отметкам - В-Iг.

4. Тепловой пункт

Теплопункт расположен на отметке 0,00 м. Помещение закрытого типа, размером 1210 м, высотой 6 метров. Категория взрывопожарной опасности помещения - Д. Класс взрывоопасной зоны для выбора и установки электрооборудования - В-Iа.

Предусматривается в составе цеха в тех случаях, когда по технологическим соображениям необходимо понизить давление и степень перегрева пара из общезаводских сетей. Для этого на тепловом пункте устанавливаются редукционно-охладительные установки (РОУ), где пар подвергается дросселированию и увлажнению. Здесь же устанавливаются сборники для приема отработанного конденсата и насосы, перекачивающие его в общезаводскую систему очистки и возврата на ТЭЦ.

5. Паро-коллекторная

Отделение находится на отметке 0,00 м. Помещение закрытого типа, размером 2412 м, высотой 6 м. Категория взрывопожарной опасности помещения - Д. Класс взрывоопасной зоны для выбора и установки электрооборудования - В-Iа.

Так как в производстве формалина используется пар нескольких параметров, то необходимо предусмотреть паро-коллекторное отделение. На вводе пара имеется большое количество отключающей и переключающей запорной арматуры. Вследствие недостаточной плотности арматуры возможны пропуски пара через сальники и значительное увлажнение окружающего воздуха. Поэтому такие вводы желательно сконцентрировать в отдельном небольшом помещении. При этом в помещении должен оставаться проход шириной не менее 1 м.

В отдельном здании расположены:

6. Операторное помещение

Из операторного отделения производится управление всеми процессами производства. Помещение находится в отдельном 3-х этажном здании, на 3-ем этаже.

7. Анализаторная

Анализаторная расположена в этом же помещении. Здесь устанавливаются датчики непрерывно действующих автоматических анализаторов. К датчикам подведены пробоотборные трубки от соответствующих технологических трубопроводов, размещенных во взрывоопасных помещениях. Изменение концентраций анализируемых веществ преобразуется в датчиках в соответствующие пневматические или электрические сигналы, передаваемые вторичным приборам автоматики, расположенным в операторной.

8. Цеховая контрольная лаборатория

Предназначена для анализов сырья, промежуточных и конечных продуктов. При лаборатории предусматривается комната для хранения проб, оборудованная мощной системой вентиляции.

9. Цеховые ремонтные мастерские

Оборудование мастерской состоит из токарного, сверлильного верстака и стеллажей для инструментов. Ориентировочные размеры местерской составляют 126 м.

10. Кладовые

В кладовых хранятся комплекты изготовления прокладок, запас обтирочных материалов.

11. Бытовые помещения

В их состав входят гардеробные, помещения для сушки, обезвреживания и обеспыливания рабочей одежды, уборные, умывальные, душевые, помещения для личной гигиены женщин, курительные, прачечные и помещения для обогревания рабочих. Кроме того, в бытовых помещениях могут быть организованы медицинский пункт и комната для приема пищи.

12. Административно-конторские помещения

К ним относятся кабинет начальника цеха, кабинет технолога цеха, кабинет цеха, контора и красный уголок.

Все рассмотренные помещения соединяются между собой с помощью коридоров, лестничных клеток, галерей и тамбуров.

11. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА ПРОИЗВОДСТВА ФОРМАЛИНА

Химическое производство относится к отрасли промышленности, которая представляет потенциальную опасность профессиональных заболеваний и отравлений работающих. Число отравлений и профессиональных заболеваний, несмотря на рост химизации промышленности, непрерывно снижается; однако отдельные случаи отравлений и профессиональных заболеваний еще имеются, и предупреждение их остается важнейшей задачей гигиены труда.

Работа в цехе формалина характеризуется следующими опасностями:

- Газоопасностью. Метанол, формальдегид, природный газ, азотная кислота могут создать загазованность и служить причиной отравления при вдыхании их паров.

- Взрыво-и пожароопасностью. Возможно образование взрывоопасных смесей метанола, формальдегида и природного газа с воздухом. Например, в случае снижения концентрации метанола в спиртовоздушной смеси, а также при пропусках метанола, формалина и природного газа через неплотности оборудования и коммуникаций. Азотная кислота в определенных условиях нитрует материалы, повышая их пожароопасность.

- Возможностью получения химических ожогов едким натром, азотной кислотой и формалином при попадании их на кожу.

- Возможностью получения термических ожогов паровым конденсатом или при соприкосновении с нагретыми поверхностями оборудования и трубопроводов.

- Возможностью поражения электрическим током при соприкосновении с токоведущими частями электрооборудования или при неисправности изоляции электрооборудования и электропроводки.

- Возможностью получения механических травм при проведении работ на высоте, при обслуживании оборудования и ремонте механизмов.

Несмотря на мероприятия, исключающие попадание вредных веществ в воздух рабочей зоны, в производстве возможен контакт обслуживающего персонала с вредными веществами по следующим причинам:

- при разгерметизации оборудования, трубопроводов, арматуры;

- при ремонте и чистке аппаратов;

- при замене контактной массы.

Учитывая выше изложенное, в целях предупреждения профессиональных заболеваний и улучшения условий труда для работающих, в производстве формалина предусмотрены льготы, которыми пользуются работники аналогичных производств:

1. Согласно "Перечню производств, профессий и должностей, работы в которых дают право на бесплатное получение лечебно-профилактического питания в связи с особо вредными условиями труда" 1977 года пункт 141, рабочие и ИТР получают питание по рациону N 2.

2. Согласно "Списку производств, цехов, профессий и должностей с вредными условиями труда, работа в которых дает право на дополнительный отпуск и сокращенный рабочий день", 1976 год, пункт 223, рабочие и ИТР имеют право на дополнительный отпуск.

11.1 Производственная санитария

Воздушная среда характеризуется на химические загрязнения и метеоусловия. Характеристика химического загрязнения, ПДК и их влияния на организм человека, приведены в таблице 12.1.

Химические загрязнения представляют угрозу для жизни человека, для его здоровья и для окружающей среды. Чтобы предотвратит ь загрязнение, необходимо принимать меры по защите окружающей среды, а также меры коллективной и индивидуальной защиты.

Таблица 11.1 - Токсические свойства, ПДК, класс опасности сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства (ГН 2.2.4.586 - 98)

Санитарная характеристика производственных зданий, помещений и наружных установок в таблице 12.2.

Таблица 11.2 - Санитарная характеристика производственных зданий, помещений и наружных установок

В связи с применением вредных и ядовитых веществ на производстве формалина, средства индивидуальной защиты и аварийный запас принят в соответствии с действующими отраслевыми нормами согласно ГН 2.2.5.686 - 99.

Средства коллективной защиты, в зависимости от назначения, делятся на следующие классы:

- средства нормализации воздушной среды производственных помещений и рабочих мест;

- средства нормализации освещения производственных помещений и рабочих мест;

- средства защиты от ионизирующих, инфракрасных, ультрафиолетовых и электромагнитных излучений;

- средства защиты от магнитных и электрических полей;

- средства защиты от излучения лазеров;

- средства защиты от шума, вибрации и ультразвука;

- средства защиты от поражения электрическим током;

- средства защиты от статического электричества;

- средства защиты от высоких и низких температур окружающей среды;

- средства защиты от воздействия механических, химических и биологических факторов.

Для индивидуальной защиты органов дыхания от вредных веществ используются противогазы марки А, БКФ, респираторы марки РПГ-67;А; КД. Противогазовый респиратор представляет собой резиновую полумаску с двумя резиновыми муфтами по бокам. В муфты вставлены сменные цилиндрические патроны из картона или пластмассы, снаряженные сорбентом. Респираторы снабжены патронами марок А и КД, каждый из которых используется строго по назначению.

Для защиты рук от агрессивных химических веществ применяют резиновые перчатки. Для защиты глаз применяют защитные очки, выпускаемые в соответствии с требованиями ГОСТ 12.4.013 - 85Е «Очки защитные».

В местах работы с кислотами и щелочами установлены аптечки с нейтрализующими растворами.

Средства защиты применяют для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов. К средствам защиты предъявляют следующие требования: они должны обеспечивать высокую степень защитной эффективности и удобство при эксплуатации; должны создавать наиболее благоприятные для человека соотношения с окружающей внешней средой и обеспечивать оптимальные условия для трудовой деятельности.

С целью защиты работающих от воздействия формалина, метанола, паров кислоты и щелочи производственные помещения снабжены системой приточной и вытяжной вентиляции.

В производственных помещениях и на открытых установках производства предусмотрены датчики сигнализации предельных концентраций углеводородов типа СТМ-10.

Все виды ремонтных работ и работ по обслуживанию оборудования производятся в спецодежде, спец.обуви и в каске.

11.1.1 Производственные метеорологические условия

Метеоусловия - сочетание параметров микроклимата, которое при длительном воздействии на человека обеспечивает сохранение нормального состояния организма. Метеоусловия должны обеспечивать сохранение ощущение теплового комфорта и создавать наиболее благоприятные условия для высокой работоспособности.

Метеорологические условия производственной среды (рабочих помещений, производственных цехов, открытых рабочих площадок и др.) зависят от физического состояния воздушной среды и характеризуются такими метеорологическими элементами как: температура, влажность и скорость движения воздуха, а также тепловым излучением от нагретых поверхностей оборудования. Совокупность этих факторов, характерных для данного производственного участка, называется производственным микроклиматом.

Так, увеличение движения воздуха ослабляет неблагоприятное действие высокой температуры и усиливает и усиливает действие низкой; повышение влажности воздуха усугубляет действие как высокой, так и низкой температуры. Следовательно, в одних случаях сочетание метеорологических факторов создает благоприятные условия для нормального протекания жизненных функций организма, а в других - неблагоприятные, что может привести к нарушению терморегуляции организма.

Производственные метеоусловия регламентируются ?Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий СанПиН 2.2.4.548 - 96

Чтобы в зимний период рабочие могли обогреться, а в местах укрыться от зноя и осадков, в помещении создается специальный микроклимат. В теплый период года температура воздуха должна быть 20 - 22°С, а в холодный период 22 - 24°С, относительная влажность воздуха 30 - 60 %, скорость воздуха 0,2 - 0,7 м/с.

Для обеспечения нормальных метеорологических условий и поддержания теплового равновесия между телом человека и окружающей средой, в цехе проводится ряд мероприятий:

- механизация и автоматизация тяжелых и трудоемких работ, выполнение которых сопровождается избыточным теплообразованием в организме человека;

- дистанционное управление теплоизлучающими процессами и аппаратами (гетерогенно каталитическое окисление метанола в контактном аппарате), что исключает необходимость пребывания работающих в зоне инфракрасного излучения;

- рациональное размещение и теплоизоляция оборудования, аппаратов, коммуникаций и других источников, излучающих на рабочие места конвекционное и лучистое тепло.

Теплоизлучающее оборудование установлено на открытой площадке. Теплоизоляция осуществлена с таким расчетом, чтобы температура наружных стенок теплоизлучающего оборудования не превышала 45°С;

- источники интенсивного влаговыделения снабжены крышками;

- организация рационального водно-солевого режима с целью профилактики перегрева. Для этого к питьевой воде добавляют небольшое количество (0,2 - 0,5%) поваренной соли и насыщают ее углекислым газом (сатурируют). Питье подсоленной воды приводит к более быстрому восстановлению водно-солевого равновесия, утоляет жажду, компенсирует потоотделение и уменьшает потерю массы; углекислый газ придает воде вкус и улучшает секрецию желудочного сока;

- обеспечение рабочих рациональной спец.одеждой и спец.обувью.

11.1.2 Производственная освещенность

Одним из важнейших элементов благоприятных условий труда является рациональное освещение помещений и рабочих мест. При правильном освещении повышается производительность труда, улучшаются условия безопасности, снижается утомляемость. При недостаточном освещении рабочий плохо видит окружающие предметы и плохо ориентируется производственной обстановке. Успешное выполнение рабочих операций требует от него дополнительных усилий и большого зрительного напряжения. Неправильное и недостаточное освежение может привести к созданию опасных ситуаций. Наилучшие условия для полного зрительного восприятия создает солнечный свет.

Для освещения производственных, служебных, бытовых помещений используют естественный свет и свет от источников искусственного освещения.

Естественное освещение

Источник естественного (дневного) освещения - солнечная радиация, т.е. поток лучистой энергии солнца, доходящей до земной поверхности в виде прямого и рассеянного света.

В дневное время производственные здания освещаются естественным светом. Естественный солнечный свет характеризуется большой интенсивностью, равномерностью освещения, относительно невысокой средней яркостью на единицу площади, изменением освещенности в течение суток.

Основной величиной для расчета и нормирования естественного освещения внутри помещений принят коэффициент e,%, естественной освещенности (КЕО), представляющий собой отношение естественной освещенности внутри помещения Е_в, лк, к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_н, лк, создаваемой светом полностью открытого небосвода:

(11.1)

Нормы естественного освещения промышленных зданий, сведенные к нормированию коэффициента естественной освещенности (КЕО) предствавлены в СНиП 23 - 05 - 95. СНиП 23 - 05 - 95 устанавливает требуемую величину КЕО в зависимости от точных работ, вида освещения и географического расположения производства. В таблице 12.3 приведены значения КЕО.

Таблица 11.3 - Значения коэффициента естественной освещенности для производственных освещений

Расчет естественного освещения заключается в определении площади световых проемов для помещения. Расчет ведем по формуле:

(11.2)

где, S₀ - суммарная площадь световых проемов окон (3 м 2,5 м = 7,5 м²); Sп - площадь пола помещения (8 м 4 м = 32 м²); ен - нормированное значение КЕО (1,6); К_з - коэффициент запаса (К_з = 1,2 - 2,0); з₀ - световые характеристики окна (23); ф₀ - общий коэффициент светопропускания (0,4); r₁ - коэффициент, учитывающий отражение света при боковом и верхнем освещении (1,6); К_зд - коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями, (К_зд =1 - 1,7).

При боковом естественном освещении площадь светового проема равна:

S₀ = 25,2 м² площадь 3 окон, а одного окна равна 8,4 м².

Таким образом, площадь световых проемов (окна) соответствует допустимым нормам.

Искусственное освещение.

Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, или для освещения помещения в часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.

Искусственное освещение нормируется в единицах освещенности - люксах (Лк). Выбор освещенности производится в соответствии со СНиП 23 - 05 - 95. Освещенности помещений приняты по действующим нормам исусственного помещения:

а) для освещения производственных отделений и открытых площадок с устанавливаемыми на них аппаратами не менее 30 люкс;

б) для освещения помещения КИП - 200 люкс (при люминесцентном освещении);

в) для освещения бытовых помещений - 30 люкс.

Так как по санитарным нормам на ЦПУ освещенность должна быть 200 Лк, то при этом используют люминесцентные лампы типа ЛБУ. Они создают в производственных помещениях искусственный свет, приближающийся к естественному, более экономичны в сравнении с другими лампами и создают освещение более благоприятное с гигиенической точки зрения.

Освещение территории цеха предусматривается светильниками наружного освещения типа УПМ-500, СХ-500.

Для освещения при работе внутри аппаратов предусмотрены светильники во взрывозащищенном исполнении. Подвесной светильник повышенной надежности против взрыва типа НОГЛ-80 с люминесцентной лампой мощностью 80 Вт использую для общего освещения взрывоопасных зон классов В-Iа, В-Iг.

В случае отключения рабочего освещения в производственных помещениях предусмотрено аварийное освещение.

Проводка для освещения производственных пожароопасных помещений и открытых площадок приняты типа СХ, подвешенные на трубных стойках (торшерах).

Для освещения нормальных помещений предусматриваются светильники типа ?Универсаль?, ?Люцетта? и для освещения помещения КИП - люминесцентные светильники.

Проводка к светильникам в производственных пожароопасных помещениях предусматривается проводом марки АПРТО в газовых трубах и кабелем марки АВРГ.

Питающие кабели, идущие от трансформаторной подстанции до распределительных пунктов предусматриваются марки АСБ со свинцовой оболочкой ввиду закисленности грунта.

11.1.2 Шумы и вибрация

Некоторые производственные процессы сопровождаются значительным шумом и вибраций. Источники интенсивного шума и вибрации являются машины и механизмы с неуравновешенными вращающимися массами, в отдельных кинематических парах которых возникают трение и соударения, а также технологические установки и аппараты, в которых движение газов и жидкостей происходит с большими скоростями и сопровождается пульсацией.

Повышение уровня шума и вибрации на рабочих местах оказывает вредное воздействие на организм человека.

В результате длительного воздействия шума нарушается нормальная деятельность сердечно-сосудистой и нервной системы, пищеварительных и кроветворных органов. Вибрация воздействует на центральную нервную систему, желудочно-кишечный тракт, органы равновесия, вызывает головокружение т.д.

Шум - это совокупность звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих в результате колебательного движения частиц в упругих средах (твердых, жидких, газообразных).

При нормировании шумовых характеристик рабочих мест, как правило, регламентируют общий шум на рабочем месте независимо от числа источников шума в помещениях и характеристик каждого в отдельности.

?Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий? (ГОСТ 12.1.003-88) определены допустимые уровни параметров шума и вибрации. Норма составляет 80 дБ.

При постоянном шуме на рабочем месте нормируется уровень звукового давления (в дБ) октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 350, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Наиболее шумным из помещений, где расположено оборудование производства формалина, является помещение воздуходувной, где уровень звукового давления во всех частотах превышает допустимые уровни для производственных помещений с постоянным пребыванием людей. Для воздуходувного отделения, где нет постоянного рабочего места и пребывание

человека в смену не превышает один час, применяются индивидуальные средства защиты антифоны, ?беруши?.

Вибрация - это колебания твердых тел - частей аппаратов, машин, оборудования, сооружений, воспринимаемые организмом человека как сотрясения. Часто вибрации сопровождаются слышимым шумом. Местная вибрация характеризуется колебаниями инструмента и оборудования, передаваемыми к отдельным частям тела. При общей вибрации колебания передаются всему телу от работающих механизмов на рабочем месте через пол, сиденье или рабочую площадку. Наиболее опасная частота общей вибрации лежит в диапазоне 6 - 9 Гц, поскольку она совпадает с собственной частотой колебаний внутренних органов человека, в результате чего может возникнуть резонанс.

Гигиенические допустимые уровни вибрации регламентирует ГОСТ 12.1.012 - 96 «Вибрация. Общие требования безопасности». Нормируемыми параметрами общих вибраций являются среднеквадратичные величины колебательной скорости в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями.

Согласно этим нормам, уровень вибрации оценивается по спектру виброскорости в диапазоне частот от 11 до 2800 Гц в октавных полосах частот со следующими среднегеометрическими значениями: 5; 16; 31; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000 Гц.

Установлены предельно допустимые величины, ограничивающие общие вибрации: при частоте до 11 Гц - нормируемым параметром является смещение, при частоте от 11 до 355 Гц - виброскорость.

Для измерения вибрации применяются виброметры и шумомеры с дополнительным приспособлением - предусилителем, устанавливаемым вместо микрофона.

Одним из основных организационных мероприятий по борьбе с шумом и вибрацией является исключение из технологического процесса виброакустически-активного оборудования.

Основными техническими мероприятиями являются:

- правильное проектирование фундамента под нагнетатели воздуха с учетом динамических нагрузок;

- наличие виброоснования у вентиляционных установок;

- шумоглушение на всасывании и выхлопе вентиляционных систем.

С целью защиты обслуживающего персонала от шума и вибрации здания и сооружения выполнены согласно санитарным нормам, вентиляторы установлены на виброоснованиях и подсоединены к воздуховодам через мягкие вставки.

Защита от шума достигается качественным монтажом отдельных узлов машин, динамической их балансировкой и современным проведением планово-предупредительных ремонтов. Необходимо также своевременно проверять работу подшипников, устранять удары и биения деталей при возникновении зазоров в сочленениях, прочно закреплять кожухи, ограждения. Уменьшить шум на рабочих местах можно установкой звукопоглощающих конструкций близ источника шума или рабочего места. Конструкцию и материал звукопоглощающих облицовок выбирают, исходя из частотной характеристики шума и звукопоглощающих свойств материала.

Для защиты от вибрации широко используют вибропоглощающие и виброизолирующие материалы и конструкции. Виброизоляция - это снижение уровня вибрации защищаемого объекта, достигаемое уменьшением передачи колебаний от их источника.

11.2 Техника безопасности

11.2.1 Техника безопасности при разработке генерального плана

Планировку промышленного района связывают с планировкой прилегающих районов города. Промышленные предприятия целесообразно проектировать объединенными в промышленные узлы с общими для предприятий вспомогательными производствами. Данное производство удобно расположено в плане источника сырья и сбыта готовой продукции.

Генеральные планы промышленных предприятий проектируют с соблюдением требованиям действующих СНиП, инструкций по разработке схем генеральных планов, санитарных норм проектирования промышленных предприятий, ГОСТов и других нормативных документов.

Производство формалина по противопожарным нормам Н-102-54 строительного проектирования относится к категориям «А» и «Б», а по санитарным нормам к классу I (воздуходувное отделение) и классу III (наружная установка). Ширина санитарно-защитной зоны 1000м.

Цех расположен на территории Томского Нефтехимического комбината и имеет подъездные пути с двух сторон.

По материалам инженерно-геологических изысканий грунты имеют следующую характеристику:

1) почвенный слой;

2) суглинок лессовидный - заболоченный;

3) грунтовая вода повсеместно на поверхности земли.

Грунтовые воды по отношению к бетону не являются агрессивными. Глубина промерзания грунта согласно НТУ-187-55 принимается 2,25 м от спланированной отметки территории комбината.

11.2.2 Техника безопасности технологического процесса

Технологический процесс определяется параметрами, при которых обеспечивается нормальное его функционирование. Технологическими параметрами называются измеримые величины, определяющие состояние веществ, образующихся в данном процессе. Наиболее важным для определения степени безопасности технологического процесса являются физико-химические параметры: давление, температура и концентрация веществ.

Особоопасные стадии в производстве формалина является:

1. Приготовление метаноло-воздушной смеси - в испарителе поз.Е2а возможно образование взрывоопасных смесей.

2. Синтез формальдегида - в контактном аппарате поз.Р1 возможен взрыв и термические ожоги.

3. Установка термического обезвреживания - процесс обезвреживания абгазов, для получения горячей воды с температурой до 140С, протекает с применением в качестве топлива природного газа, способного образовывать взрывоопасные смеси с воздухом.

В целях исключения возникновения взрывов, пожаров, отравлений, ожогов, травм при эксплуатации производства должны соблюдаться следующие обязательные условия:

Ведение технологического режима осуществляют в строгом соответствии c требованиями и нормами технологического регламента. При этом необходимо контролировать и выдерживать в заданных пределах следующие параметры:

- Расход воздуха в спиртоиспаритель поз.Т1, Е2а. При изменении подачи воздуха изменяется состав спиртовоздушной смеси, производительность агрегата. При избытке воздуха увеличиваются побочные реакции с выделением углекислого газа, кроме того, может образоваться взрывоопасная концентрация метанола. При недостаточном количестве воздуха увеличиваются побочные реакции с образованием метана. При значительном недостатке воздуха возможно выделение свободного углерода.

- Температуру в спиртоиспарителе. Снижение температуры в испарителе поз.Е2а на 1С ведет к повышению температуры в контактном аппарате поз.Р1 на 100С, а повышение температуры в испарителе на 1^оС ведет к снижению температуры в контактном аппарате на 100С.

- Изменение уровня в испарителе поз.Е2а приведет к изменению интенсивности испарения метанола.

- Температуру спиртовоздушной смеси после теплообменника поз.Т2. Понижение температуры ведет к попаданию капель жидкости на катализатор, что ведет к потере его активности и замедлению реакции образования формальдегида.

- Температуру в контактном аппарате поз.Р1. Изменение температуры в сторону повышения ведет к образованию побочных реакций.

- Температуру реакционных газов на выходе из подконтактного холодильника. Пониженная температура способствует полимеризации формальдегида в трубках холодильника, повышенная - продолжению побочных реакций.

- Температуру в кубе абсорбционной колонны поз.К1. При высокой температуре ухудшается поглощение формальдегида, при низкой - происходит его полимеризация.

- Состав и температуру выхлопных газов. По составу абгазов определяется характер протекания реакции в контактном аппарате, температура влияет на состав выхлопов.

- Температуру в стандартизаторах. Понижение температуры вызывает полимеризацию формальдегида, повышение - приводит к его потерям и загрязнению атмосферы.

- Температуру куба ректификационной колонны поз.К2. Понижение температуры вызывает увеличение концентрации метанола в кубовой жидкости, повышение приводит к увеличению концентрации формальдегида в дистилляте.

- Вакуум в ректификационных колоннах. Понижение вакуума приводит к увеличению концентрации метанола в кубовой жидкости и повышению кислотности.

Чтобы избежать аварийных ситуаций в процессе получения формальдегида необходимо для следующих параметров строго соблюдать границы критических значений:

1. Снижение объемной доли метанола в метаноловоздушной смеси менее 34,7% ведет к обеднению метаноло-воздушной смеси и как следствие, к взрыву. Поэтому, объемная доля метанола в метаноло-воздушной смеси должна быть (45-50) %, а массовая доля метанола в жидкой фазе испарителя поз.Е2а - не менее 20 % .

2. Уровень в испарителе поз.Е2а поддерживать не ниже 30 %.

3. Температуру метаноло-воздушной смеси после огнепреградителя поз.Х3 поддерживать (100-180)С.

4. Температуру в контактном аппарате поддерживать (550-600)С при "мягком режиме" и (640-700)С при "жестком режиме".

11.2.3 Техника безопасности механического оборудования

Процесс каталитического окисления метанола протекает в контактном аппарате. Рабочее давление в трубках аппарата 0,065Мпа, в межтрубном пространстве - 0,2 МПа.

Межтрубное пространство контактного аппарата перед эксплуатацией подвергают гидравлическому давлению 0,2 МПа; трубное пространство после монтажа подвергают гидравлическому давлению 1,6 МПа.

Конструкция контактного аппарата должна быть герметична, так как нарушение герметичности является одной из основных причин аварии, пожаров и несчастных случаев. Образование неплотностей и связанных с этим утечек опасных газов и паров жидкостей возможно в разъемных соединениях крышек, люков, разъемных фланцевых и резьбовых соединениях, сальниковых устройствах.

Герметичность осуществляется за счет фланцевых уплотнений типа шип - паз и правильным подбором прокладок (паронит).

Надежная изоляция контактных аппаратов также ведет к безопасности производства.

Аппараты, контактирующие с агрессивной средой, изготовлены из высоколегированной стали марки 12Х18Н10Т.

Меры для предупреждения аварийной разгерметизации:

- Оборудование, содержащее формалин, сообщается с атмосферой через огнепреградители.

- Оборудование, работающее под давлением более 0,7 кгс/см² (согласно Ростехнадзору), обеспечивается установкой предохранительных клапанов (на паросборнике и конденсатосборнике). На паросборнике, помимо рабочего, устанавливается контрольный предохранительный клапан. В кубе ректификационной колонны поз.К2, имеющей 70 тарелок, установлено 2 предохранительных клапана.

- Для предотвращения повышения давления от перегрева метанола на аппарате получения метаноло-воздушной смеси устанавливается предохранительный клапан.

На контактном аппарате установлена предохранительная мембрана для предотвращения разрыва аппарата.

- Во избежание образования взрывоопасной смеси метанола и формальдегида с воздухом для оборудования, содержащего метанол и формалин, предусматриваются системы "азотного дыхания".

- В помещении насосном, при выделении паров метанола и формальдегида выше 20 % от НКПВ, предусмотрена звуковая и световая сигнализация взрывоопасной концентрации, сблокированная с аварийной вентиляцией.

- Для уменьшения вредных выделений в помещении насосном предусмотрены бессальниковые герметичные электронасосы и насосы с двойными торцевыми уплотнениями.

- Аппараты и коммуникации тщательно герметизируются. Жидкие и газообразные продукты транспортируются по трубопроводам.

- Аппараты и трубопроводы, находящиеся в помещении с температурой выше плюс 45С, а также все трубопроводы и емкости, находящиеся на улице, теплоизолированы.

- Перед ремонтом аппараты и трубопроводы опорожняются в подземные емкости, промываются и продуваются сжатым азотом и воздухом.

11.2.4 Электробезопасность

Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, статического электричества.

Изоляция

Исправность изоляции - основное условие, обеспечивающее безопасность эксплуатации и надежность электроснабжения электроустановок. В электроустановках применяются следующие виды изоляций: рабочая изоляция - электрическая изоляция токоведущих частей, обеспечивающая нормальную работу электроустановки и защиту от поражения электрическим током; дополнительная изоляция - электрическая изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции.

Регулярное наблюдение за состоянием изоляции электрических сетей - одна из основных мер, предотвращающих поражение человека электрическим током. Контроль сопротивления изоляции может быть периодическим и непрерывным. Сопротивление изоляции силовых и осветительных электропроводов должно быть не ниже 0,5 МОм.

Во взрывоопасных зонах всех классов с химически активными средами должны применяться провода и кабели с поливинилхлоридной изоляцией, а также провода с резиновой изоляцией и кабели с резиновой и бумажной изоляцией в свинцовой или поливинилхлоридной оболочке.

Чтобы обеспечить надежную работу электрооборудования в химически активных средах, необходимо исключить возможность проникновения химически активных реагентов в оболочки электрооборудования и применять специальные конструкционные материалы и защитные покрытия. Конструкция вводных устройств электрооборудования должна обеспечивать защиту токоведущих частей, изоляции и мест соединений от воздействия химически активных сред, для которых оно предназначено.

Статическое электричество

Заряды статического электричества могут возникнуть при соприкосновении или трении твердых материалов, при размельчении или пересыпании однородных и разнородных непроводящих материалов, при разбрызгивании диэлектрических жидкостей, при транспортировке сыпучих веществ по трубопроводам и др.

Продукты, используемые при производстве формалина имеют объемное сопротивление, что способствует возникновению статического электричества при их транспортировке, так как все трубопроводы и аппараты изготовлены из углеродистой и легированной стали.

Для предупреждения возможности накопления разрядов статического электричества на производстве формалина предусмотрены:

1. Заземление оборудования, трубопроводов.

2. Скорость транспортирования по трубопроводам метанола, формалина не должна превышать 10 м/с.

Одним из надежных методов снижения потенциалов статического электричества является заземление всех металлических частей оборудования, где возможна электризация. Заземлять следует не только те части оборудования, которые учавствуют в регенировании зарядов, но и все другие изолированные проводники, которые могут зарядиться по индукции.

Оборудование следует считать электростатически заземленным, если сопротивление в любой точке при самых неблагоприятных условиях не превышают 10⁶ Ом.

Заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при замыкании на корпус и по другим причинам. Задача защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим токоведущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Защита зданий, сооружений, оборудования, трубопроводов от прямых ударов молнии, осуществляется путем присоединения корпусов отдельных аппаратов к заземляющему устройству и установкой молниеприемников. Защита аппаратов и трубопроводов от статической индукции и статического электричества осуществляется присоединением к контуру заземления.

Система устройства заземления состоит из внутреннего и внешнего контуров.

Внешний контур выполнен из электродов, изготовленных из стальных вертикальных стержней длиной 2,5 м и соединенных между собой полосовой сталью (4х40) мм. Внутренний контур заземления выполнен из полосовой стали (4х25) мм, (4х40) мм и присоединен к внешнему. Все соединения заземляющего устройства выполнены сваркой.

Все электрооборудование, пусковая аппаратура, оборудование, трубопроводы, а так же все металлические части, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие под таковым оказаться вследствие нарушения изоляции, заземлены присоединением к контуру.

Металлические вентиляционные короба и кожухи теплоизоляции трубопроводов также присоединены к внутреннему контуру защитного заземления.

Заземление кабельных конструкций осуществляется с помощью строительных металлоконструкций, на которых они установлены.

Колонные и емкостные аппараты заземлены в двух точках.

11.2.5 Пожаровзрывобезопасность

Для максимального ограничения количества горючих веществ, которые могут поступать в окружающую среду при аварийной разгерметизации системы, производства формалина разделено на блоки, каждый из которых должен быть отключен от технологической схемы запорной арматурой без опасных изменений режима, приводящих к развитию аварии в смежной аппаратуре.

Оценка взрывоопасности блоков производства формалина произведена в соответствии с "Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств" утвержденными Гостехнадзором СССР 06.09.88 г. АООТ "Сибхимпроект" (г.Новосибирск).

Расчетная категория взрывоопасности для всех блоков III, а так как формалин - вещество II класса опасности, то для всех блоков устанавливается II категория взрывоопасности в таблице 11.4.

Таблица 11.4 - Категории взрывоопасности для всех блоков

Пожаровзрывоопасные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства представлены в таблице 12.5.

Таблица 12.5 - Пожаровзрывоопосные свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства (ГН 2.2.4.586 - 98)

Для обеспечения пожарной безопасности производство формалина оборудуется первичными противопожарными средствами согласно "Нормам первичных средств пожаротушения для производственных складских и жилых помещений".

Пожаротушение внутри помещений осуществляется от пожарных кранов, оборудованных рукавами и стволами - распылителями.

В помещении насосной предусмотрена автоматическая система пожаротушения, сблокированная с отключением вентиляции.

Для пожаротушения наружной установки предусмотрены лафетные установки и стояки - сухотрубы.