ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Применение структурно-функционального анализа при изучении промышленного производства на примере производства хлористого метила жидкофазным гидрохлорированием метанола

 

Савинкова Анна Михайловна,

студент-магистрант 6-го курса Волгоградского государственного технического университета.

 

Хлористый метил широко применяют в промышленности в основном, в качестве метилирующего агента в производстве диметилдихлорсилана и других силанов, тетраметилсвинца, метилцеллюлозы, метилмеркаптана, а также в качестве растворителя при производстве бутилкаучука. Поэтому следует считать актуальным исследования, направленные на усовершенствование этого процесса.

Системный подход имеет большое значение при изучении любого объекта, а тем более такого сложного как химическое производство, так как представление о нем как о химико-технологической системе (ХТС) позволит выявить такие существенные свойства элементов (подсистем), входящих в данную ХТС, которые определяют эффективность ее работы. В качестве критериев эффективности нами были выбраны энергоемкость, экологичность и капитальные затраты.

На изучаемом производстве получение хлористого метила осуществляется некаталитическим жидкофазным гидрохлорированием метанола непрерывным методом с использованием трехкратного мольного избытка хлористого водорода в каскаде трех последовательно расположенных реакторов при температуре 90-115 °С и общем времени пребывания 1,5 часа.

Основная реакция:

Опираясь на методы, описанные в [1,2,3] и используя один из вариантов системного анализа - структурно-функциональный, исследуемую ХТС разделили в соответствии с иерархической структурой на подсистемы: «цех», «стадия», «узел», «элемент», «процесс». В статье приведены результаты анализа структуры и функций подсистем на уровнях «цех», «стадия».

На каждом уровне найдены проблемные ситуации, влияющие на основные технологические показатели процесса.

 

Рис. 1. Структурная схема получения хлористого метила на уровне «цех».

 

При анализе структуры на уровне «цех» (рис. 1) было выявлено:

1)                 структура ХТС включает четыре стадии, связанные с подготовкой сырья, синтезом, выделением и очисткой абгазов;

2)                 анализ взаимосвязей между стадиями показывает высокий расход дорогостоящих энергоносителей (рассолы) с температурой -15°С и -30°С на стадиях подготовки и выделения;

3)                 накопление больших объемов азеотропа соляной кислоты, (отход производства);

4)                  образование значительных количеств химически загрязненных стоков на стадии выделения;

5)                 унос целевого продукта в линию абгазов (в количествах, превышающих ПДК).

Анализ функций подсистем показал, что основной вклад в выполнение целевой функции ХТС вносит стадия синтеза. Несоответствия выбранным критериям обнаружены также на стадиях подготовки сырья и выделения целевого продукта, что послужило причиной более глубокого анализа функций данных подсистем.

 

Рис. 2. Структура стадии подготовки сырья.

 

Структурно-функциональный анализ стадии подготовки сырья (рис. 2) приведен в таблице 1.

 

Таблица 1.

Анализ функций подсистем стадии подготовки сырья.

Подсистема

 

Функция

Результат функционирования

положительный

отрицательный

Подсистема №1

Извлечение хлористого метила из абгазов и возвращение его в процесс

а) снижение потерь целевого продукта;

б) рациональное использование сырья.

а) возможный выход из строя аппарата;

б) использование медленного и энергоемкого процесса абсорбции для извлечения хлористого метила;

в) возможное превышение ПДК хлористого метила в абгазах, сбрасываемых в атмосферу(3 мг/м3);

в) высокие затраты на приобретение рассола;

д) высокие затраты на обслуживание колонны.

Подсистема №2

Насыщение метанола хлористым водородом

а) получение насыщенного хлористым водородом водно-метанольного раствора для стадии синтеза;

б) использование для получение насыщенного хлористым водородом водно-метанольного раствора кубового остатка стадии синтеза (азеотроп соляной кислоты);

в) поддержание соотношения метанол: хлористый водород 1:3.

 

а) использование медленного и энергоемкого процесса абсорбции для

насыщения метанола и кубового остатка хлористым водородом;

б) затраты на обслуживание и ремонт колонн;

в) высокие энергозатраты;

г) затраты на приобретение рассола; возможный выход из строя аппарата;

возможный проскок сырья;

д) необходимость постоянного контроля за соотношением реагентов;

е) возможный перерасход метанола обусловленного низкой автоматизацией процесса;

е) возможный проскок сырья с абгазами;

ж) частичное образование хлористого метила в насыщенном водно-метанольном растворе перед его подачей на стадию синтеза;

з) повышенная материалоемкость аппаратуры;

и) капитальные затраты на обслуживание;

к) необходимость более частого ремонта оборудования, вследствие наличия коррозионной среды.

Подсистема №3

Насыщение кубового остатка хлористым водородом

Подсистема №4

Смешение насыщенного хлористым водородом кубового остатка и насыщенного хлористым водородом метанола

 

Анализ функций подсистем на стадии подготовки сырья позволил выявить следующие проблемы:

1)                  необходимость использования для создания соотношения метанол: хлористый водород длительного и энергоемкого процесса абсорбции;

2)                 вторичное насыщение метанола кубовым остатком, создающее условия для утилизации азеотропа соляной кислоты, вступает в противоречие с принципом рационального использования энергии;

3)                 установка параллельно работающей аппаратуры вследствие длительности процесса абсорбции (по сравнению со стадией синтеза), увеличивает капитальные затраты.

Заложенный в способе трехкратный избыток хлористого водорода приводит к усложнению стадии выделения (многоступенчатая отмывка хлористого метила от HCI).

Обнаруженные недостатки демонстрируют несоответствие рассмотренной технологической концепции современным тенденциям развития химической промышленности, предъявляющим повышенные требования к экологичности и энергоемкости производства.

Таким образом, структурно-функциональный анализ является эффективным способом изучения производств, способствующим выявлению проблемных ситуаций на всех уровнях ХТС. Результаты системного анализа и выявление противоречий в реализации химической концепции позволяют определить направление поиска путей совершенствования производств.

 

Литература

 

1.                  Кафаров В. В. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии / В. В. Кафаров, И. Н. Дорохов. – М: Наука, 1976. – 500 с.

2.                  Половинкин А. И. Методы инженерного творчества: учеб. пособ. / А. И. Половинкин : Волгоград: Волгогр. науч. Изд-во, 1984. – 365 с.

3.                  Тимофеев В. С. Принципы технологии основного органического и нафтехимического синтеза: учеб. пособ. для вузов / В. С. Тимофеев, Л. А. Серафимов – М: Высшая школа, 2003. – 536 с.

 

Поступила в редакцию 18.02.2011 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.