CC BY
129
УДК 661.727.4
А. Р. Зарипов, Г. Ю. Климентова
МОДЕРНИЗАЦИЯ УСТАНОВКИ ПОЛУЧЕНИЯ ТОВАРНОГО АЦЕТОНА
Ключевые слова: ацетон, ректификация.
Проанализированы различные технологии выделения товарного ацетона, проведено сравнение технологических параметров процессов, свойств товарного продукта. Проведен анализ способов улучшения качества товарного ацетона. Выбран тип контактных устройств ректификационных колонн, рассмотрены сравнительные характеристики насадок. Проведены технологические расчеты в среде Hysim и смоделирована технологическая схема с использованием программы Autocad.
Keywords: acetone, rectification.
Analyzed varioustechnologies of rectification of commercial acetone, made process parameters and commercial product properties comparison. Made analysis of ways to improve the quality of commercial acetone. Selected the type of rectification columnscontact devices, considered the comparative characteristics of column packing. Technological calculations carried out in Hysim and technological scheme modeled using the program Autocad.
Кумольный процесс получения ацетона и фенола считается одним из самых уникальных процессов в промышленности органического синтеза [1].Из одного исходного вещества получается два целевых продукта, при этом каждый из них находит самостоятельное применение в промышленности, а также их совместный синтез приводит к получению бисфенола-А, и далее к производству поликарбонатов [2].
Среди основных стадий производства ацетона и фенола можно выделить следующие: окисление кумола, концентрирование гидроперекиси ку-мола и ее разложение, нейтрализация реакционной массы разложения, разделение продуктов и их очистка.
За долгие годы существования кумольного метода получения ацетона и фенола, технология процесса непрерывно менялась [3].Причиной этого является то, что химические превращения, протекающие в результате разложения гидропероксида кумола очень сложны и многообразны, а целевые продукты содержат большое количество примесей. Главным критерием качества товарного ацетона является обезвоженность и его устойчивость к окислению, которая определяется значениями перманга-натного теста. На эту величину оказывает влияние присутствие альдегидов, которые являются каталитическим ядом в процессе получения бисфенола-А.
В качестве объекта модернизации рассмотрена установка выделения товарного ацетона на ПАО «Казаньоргсинтез» (рис. 1). Процесс ректификации проводят последовательно в трех ректификационных колоннах. В первой колонне осуществляют разделение реакционной массы разложения на ацетон-сырец и фенол-сырец. Во второй колонне ацетон-сырец обрабатывается 10%-ным раствором NaOH (в количестве до 5% от подаваемого питания) и отделяется от альдегидной фракции (дистиллят). Кубовая жидкость подается на питание третьей колонны для выделения товарного ацетона. В колонну так же дополнительно подают раствор щелочи.
Рис. 1 - Схема установки выделения товарного ацетона
Главными недостатками данной технологии являются:
1) Использование устаревших и недостаточно эффективных контактных устройств (ситчатые, клапанные и колпачковые тарелки).
2) Отложение солей фенолятов на поверхности теп-лообменного оборудования.
3) Низкие значения перманганатного теста товарного ацетона (около 4 часов).
4) Высокое содержание альдегидов в продукте (2025 ppm).
5) Высокое содержание воды в товарном ацетоне (0,2% массовых).
Для устранения данных недостатков были рассмотрены следующие технологии.
• Способ получения товарного ацетона с повышенной устойчивостью к окислению. Основными недостатками данного метода являются: использование вакуума в колоннах (400-600 мм рт. ст.); использование недостаточно эффективных тарельчатых контактных устройств; а также высокое содержание воды в продукте (0,3% массовых). Преимуществом метода является низкое содержание альдегидов в ацетоне (около 7 ppm).
• Способ очистки ацетона сырца. Данный метод является наиболее эффективным с точки зрения качества получаемого ацетона. Содержание
воды в ацетоне составляет 0,1% масс., а содержание альдегидов - менее 0,5 ррт.
Для модернизации установки выделения товарного ацетона были проведены следующие изменения в действующей технологии:
• Установка нерегулярной насадки «Инжехим-2000» в колонну выделения альдегидной фракции, а также, в колонну выделения товарного ацетона
• Внедрение ультразвуковой технологии предотвращения отложения солей на стенках теплооб-менного оборудования.
Самым важным из факторов, оказывающих влияние на качество товарного ацетона в процессе ректификации, является выбор эффективных контактных устройств. Для выбора оптимального варианта были проведены сравнения различных насадок. Их сравнительные характеристики указаны в таблице 1 [4].
Таблица 1 - Сравнительные характеристики промышленных насадок размером 50х50
Тип насадки F м3/ м3 Av , м2/ м3 Ah, от. % П.с., от. %
Кольца Рашига 0,95 110 100 100
Кольца Палля 0,96 100 63 120
Хай-Пэк - - 65 120
Кольца Бялецко-го - - 85 100
Седла Инталокс - - 32 144
Насадка Лева 0,97 118 47 -
Насадка ГИАП 0,96 101 47 133
Инжехим-2000 0,96 103 16-22 190
Таким образом, насадка «Инжехим-2000» обладает хорошими показателями удельного свободного объема (Есв) и удельной поверхности (Ау), а также лучшими показателями гидравлического сопротивления, потери напора (ЛИ), пропускной способности (П.с.) и эффективности, по сравнению с насадками других типов. При этом немаловажными факторами ее выбора является низкая стоимость данной насадки, высокая прочность, а также легкость ее монтажа.
Также, проблемой установки является образование солей - фенолятов натрия, которые откладываются на стенках теплообменного оборудования. Это может привести к уменьшению срока работы оборудования, уменьшению поверхности теплообмена, и, как следствие, к увеличению расхода водяного пара в испарители. Для решения данной проблемы была выбрана ультразвуковая технология для предотвращения отложения солей на поверхности трубок теплообменных аппаратов. Она основана на образовании ультразвуковых колебаний, которые распространяются по поверхности теплообмена или в самой среде. Ультразвуковые колебания достаточной интенсивности воздействуют на слой от-
ложившихся солей, образуя в нем микротрещины, способствующие удалению солей с поверхности теплообмена. При воздействии ультразвуковых колебаний на жидкую среду происходит дробление образующихся в жидкости кристаллов солей, что не позволяет им достичь размеров, необходимых для образования солевых отложений. Для решения данной проблемы были использованы ультразвуковые устройства АПУ «Акустик-Т».
В ходе выполнения работы были проведены технологические расчеты в среде Иу81т. Был осуществлен расчет материального баланса действующей установки и установки после модернизации (рис. 2). Анализ полученных данных свидетельствует об уменьшении содержания альдегидов, а также воды в товарном ацетоне.
Рис. 2 - Расчет материального баланса установки выделения товарного ацетона
Также разработана Р&ГО-схема установки в программе Autocad, широко используемая при проектировании основных органических и нефтехимических производств. В данную схему включены технологические потоки, схема автоматизации, аннотации и маркировки оборудования.
Таким образом, были рассмотрены способы улучшения качества товарного ацетона на стадии ректификации. Модернизация установки позволила улучшить качество товарного ацетона, сократив содержание воды и альдегидов в продукте. Но для получения максимальных результатов по качеству продуктов в кумольном способе совместного получения ацетона и фенола, необходимо принятие комплексных мер, начиная со стадий окисления кумола и разложения гидроперекиси кумола.
Литература
1. Минемуллина В.М., Тагашева Р.Г., Вестник Казан. технолол. ун-та, 11, 174 (2014)
2. Нуруллина Н.М., Батыршин Н.Н., Разуваева Ю.С., Усманова Ю.Х., Вестник Казан. технолол. ун-та, 11, 51-54 (2014)
3. В. М. Закошанский, Фенол и ацетон. Санкт-Петербург, ХИМИЗДАТ, 2009. 608 с.
4. Т. М. Фарахов, М. М. Башаров, И. М. Шигапов, Нефтегазовое дело, №2, 192-207, 2011.
© А.Р. Зарипов - студент-магистр гр. 413-МП1 каф. технологии основного органического и нефтехимического синтеза КНИТУ, [email protected]; Г. Ю. Климентова - к.х.н., доцент той же кафедры.
© A. R. Zaripov- master's - student group 413 - MP1 cafes. Technology of basic organic and petrochemical synthesis KNRTU, [email protected]; G. Y. Klimentova- Ph. D., docent of department technology of basic organic and petrochemical synthesis KNRTU.
