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.

Штабелер

Тележки, штабелеры, подъемники, платформы и пр

tds-krasnodar.ru

 

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.