Анализ процесса производства ацетона окислением изопропилового спирта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Физико-химическая характеристика процесса

1.1 Методы производства и обоснование выбранного метода

1.2 Теоретические основы выбранного метода

1.3 Свойства сырья, вспомогательных материалов, готового продукта, ГОСТы и ТУ

2. Технологическая характеристика процесса

2.1 Описание технологической схемы стадии окисления

2.2 Описание конструкции и принципы работы окислителя

3. Безопасность и экологичность процесса

3.1 Вредные и опасные факторы процесса

3.2 Санитарно-гигиенические мероприятия

3.2.1 Токсические свойства образующихся в производстве веществ

3.2.2 Освещение производственных помещений

3.3 Техника безопасности

3.3.1 Электробезопасность. Защита от статического электричества

3.3.2 Безопасность технологического процесса

3.4 Пожарная безопасность

3.5 Экологичность процесса

4. Расчеты

4.1 Материальный расчет

4.2 Технологический расчет

Заключение

Литература



Введение

Одной из важнейших отраслей химической промышленности является промышленность органического синтеза. А одним из важнейших продуктов органического синтеза является ацетон и перекись водорода. Масштабы перекиси водорода необычайно широки от медицины и бытовой химии до металлургии, сельского хозяйства и охраны окружающей среды. Благодаря содержанию высокоактивного кислорода и на ряду усиленных свойств перекиси водорода используют как окисляющий, гидроксилирующий, эпоксилирующих синтез в химической промышленности.

Ацетон используется в лакокрасочной промышленности в производстве химических волокон. В виду его малой токсичности может применяться в фармацевтической промышленности. Используется в производстве пороха, кинопленки для очистки смазочных масел. Также для многочисленных органических веществ; при получении кетонов, изопропила.

Ацетон применяется как сырьё для синтеза многих важных химических продуктов, таких как уксусный ангидрид, кетен, диацетоновый спирт, окись мезитила, метилизобутилкетон, метилметакрилат, дифенилпропан, изофорон.

Ацетон также является популярным растворителем ,значительно превосходящим в плане безопасности уайт-спирит, скипидар и отчасти керосин.

Без ацетона невозможно хранить в компактном (сжиженном и в баллоне) состоянии ацетилен, который под давлением в чистом виде крайне взрывоопасен. Для этого используют ёмкости с пористым материалом, пропитанные ацетоном. 1 литр ацетона растворяет до 250 литров ацетилена.

Ацетон используется также при экстракции многих растительных веществ.

Ацетон служит также сырьём для синтеза уксусного ангидрида, кетена, диацетонового спирта и многих других соединений.

Ацетон применяется для приготовления охлаждающих бань в смеси с «сухим льдом» и жидким аммиаком (охлаждает до температуры ?78 °C).

В лабораториях используется для мытья химической посуды благодаря низкой цене, малой токсичности, высокой летучести и лёгкой растворимости в воде, а также для быстрой сушки посуды и неорганических веществ.

ацетон промышленность технологический окисление



1. Физико-химическая характеристика процесса

1.1 Методы производства и обоснование выбранного метода

В промышленности ацетон получают несколькими методами. Получают напрямую или косвенно из пропена.

Кумольный способ

1) Основную часть ацетона получают как сопродукт при получение фенола из бензола по кумольному способу.

Процесс протекает в 3 стадии:

На первой стадии бензол алкирлируется пропеном с получением кумола, на второй и третьей (реакция Удриса -- Сергеева) полученный кумол окисляется кислородом воздуха до гидропероксида, который при действии серной кислоты разлагается на фенол и ацетон:

C6H6+CH3CH=CH2>C6H5CH(CH3)2

C6H5CH(CH3)2+O2> C6H5CH(OOH)(СH3)2

C6H5CH(OOH)(CH3)2 >C6H5OH+(CH3)2CO

2)Получение ацетона из изопропанола

По данному методу изопропанол окисляют в паровой фазе при температурах 450 -- 650 °С на катализаторе (металлические медь, серебро, никель, платина). Ацетон с высоким выходом (до 90 %) получают на катализаторе «серебро на пемзе» или на серебряной сетке:

2(CH₃)₂CH-OH+O₂>2(CH₃)₂CO+2H₂O

3)Метод окисления пропена

Ацетон получают также прямым окислением пропена в жидкой фазе в присутствии PdC12 в среде растворов солей Pd, Cu, Fe при температуре 50--120°С и давлении 50-100 атм:

CH₃CH=CH₂+PdCI₂+H₂O>(CH₃)₂CO+Pd+2HCI

Некоторое значение имеет метод брожения крахмала под действием бактерий с образованием ацетона и бутанола. Метод характеризуется малыми выходами.

Метод получения ацетона из ацетилена

4)Промышленный метод получения ацетона из ацетилена основан на пропускании смеси ацетилена и водяного пара над катализатором (окиси цинка и железа) при 460°С

5) Производство ацетона из изопропилового спирта

а) Каталитическое дегидрирование изопропилового спирта.

Метод каталитического дегидрирования изопропилового спирта в ацетон осуществляется в промышленности США с 1923 г. и получил широкое распространение в других странах.

Процесс протекает в одну стадию реакции:

OH O

CH₃-CH-CH₃>CH₃-C-CH₃+H₂

В качестве катализатора используется главным образом окись цинка, осажденная на пемзе. Выход ацетона составляет около 90%. На 1т ацетона расходуется 1,1- 1,2т изопропилового спирта или около 0,9т пропилена.

б) Неполное окисление изопропилового спирта в паровой фазе.

Реакция неполного окисления изопропилового спирта:



OH O

CH₃-CH-CH₃+1/2O₂> CH₃-C-CH₃+H₂O

Она протекает в присутствии металлических катализаторов -- меди,серебра, никеля и т.д. Высокий выход ацетона достигается при использовании серебра, осажденного на пемзе, или серебряной сетки. Температура реакции может изменятся в широких пределах (450-650°С) и выбирается в зависимости от применяемого катализатора, объемной скорости паров спирта и воздуха и других факторов.

в) Неполное окисление изопропилового спирта в жидкой фазе. Этот метод, применяемый для производства перекиси водорода, осуществляется с 1957 года на заводе фирмы в США.

Процесс протекает по схеме:

OH O

CH₃-CH-CH₃+O₂> CH₃-CH-CH₃+H₂O

Протекает автокаталитически при 90-140°С под давлением,позволяющим удерживать смесь в жидкой фазе. В качестве окислителя можно применять как воздух, так и кислород. Выход ацетона составляет 95% от теоретического, выход перекиси водорода около 87%.

Производство ацетона из уксусной кислоты

Процесс проводят путем пропускания паров уксусной кислоты над окисью церия при 400-450°С и атмосферном давлении:

2CH₃COOH>CH₃-C-CH₃+CO₂+4H₂

О

Выход ацетона достигает 95% от теоретического.

[ 1,с.23 ]

1.2 Теоретические основы выбранного метода

Частичное окисление изопропилового спирта в ацетон при одновременном образовании перекиси водорода можно осуществить в жидкой и газовой фазе. Окисление в газовой фазе. Об окислении изопропилового спирта в газовой фазе впервые было сообщено в 1949 г. Реакция проводится при 460°С отношении воздух изопропиловый спирт 10:7 в присутствии водяного пара и отношении воздух изопропиловый спирт 1:1. Достигается конверсия кислорода порядка 60 - 80%, причем время пребывания изопропилового спирта в реакторе составляет от 0,5 до 1 с. Реактор должен быть облицован кислотоупорной эмалью. Очень важно быстрое охлаждение реакционной смеси до температуры ниже 100°С. Лучше всего это достигается впрыскиванием воды в смесь. Выход перекиси водорода при окислении в газовой фазе достигает около 70%, выход ацетона -- 90%. При оптимальных условиях (420°С время контакта 50 -- 80 с).

В отдельных производствах окисление изопропилового спирта осуществляют воздухом, обогащенным кислородом, при температуре около 120°С и избыточном давлении выше 1 МПа (10 кг с/см). При таких условиях содержание кислорода в отходящих газах может составлять 11--12,5% (об.) содержание в реакционной массе перекиси водорода может достигать 9%, ацетона 20% и изопропилового спирта 57%. Незначительное превышение указанных выше параметров может привести к взрыву в окислителе. Окисление изопропилового спирта воздухом проводят в присутствии металлических катализаторов.

Одним из новых методов в производства перекиси водорода является жидкофазное окисление изопропилового спирта кислородом при температурах 90-- 140°С. В качестве побочного продукта получается ацетон.

В последнее время все чаще получают ацетон путем окисления изопропилового спирта воздухом при этом образуется также перекись водорода Франк Каменский на аналогичном примере окисления изопропилового спирта на медном

катализаторе. В отличие от реакции окисления метанола и аммиака, в этом процессе угасание протекает легко, если нарушается условия устойчивости. Окисление изопропилового спирта может быть проведено над серебряным катализатором при 450--500°С. [1,с.48 ]

1.3 Свойства сырья, вспомогательных материалов, готового продукта, ГОСТы и ТУ

Сырьем в производстве является изопропиловый спирт и кислород воздуха. В производстве применяется в соответствии с ГОСТ 9805-84 и должен соответствовать требованию плотности при 20°С.

Вспомогательными продуктами стабилизатор -- однозамещенный фосфат натрия. Готовым продуктом является ацетон.

Изопропиловый спирт

Химическая формула изопропилового спирта: CH₃CH(OH)CH_3.

Бесцветная жидкость с характерным спиртовым запахом, более резковатым по сравнению с этанолом (по чему их можно в некоторых случаях отличить), t плавления--89,5°С, t кипения 82,4°С, плотность 0,7851 г/см3 (при 20 °С), t вспышки 11,7°С. Нижний предел взрываемости в воздухе 2,5% по объему (при 25°С). Температура самовоспламенения 456°С. Коэффициент преломления 1,3776 (в жидком состоянии, при 20°С). Динамическая вязкость при стандартных условиях 2,43 Мпа·с. Молярная теплоемкость (ст.усл.)--155,2 Дж/(моль·К).

Пар хорошо смешивается с воздухом, легко образует взрывчатые смеси. Давление паров -- 4,4 Кпа (при 20°С). Относительная плотность пара -- 2,1, относительная плотность смеси пар/воздух -- 1,05 (при 20°С). Растворим в ацетоне, хорошо растворим в бензоле, с остальными растворителями (вода, органические) смешивается в любых соотношениях. С водой образует азеотропную смесь (87,9% изопропилового спирта, t кипения 80,2°С).

Таблица : Характеристики ацетона

Критерий характеристики	Значение
Химическая формула	C3H6O
Физические свойства	бесцветная подвижная летучая жидкость (при н.у.) с характерным резким запахом. Во всех соотношениях смешивается с водой, диэтиловым эфиром, бензолом, метанолом, этанолом, многими сложными эфирами.
Поверхностное натяжение (20°С):	23,7 мН/м
Стандартная энтальпия образование ?Н (298К):	- 247,7 кДж/моль (ж)
Стандартная энтропия образования S (298 К):	200 Дж/моль·К (ж)
Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 K):	125 Дж/моль·К (ж)
Энтальпия плавления ?Нпл:	5,69 кДж/моль
Энтальпия кипения ?Нкип:	29,1 кДж/моль
Теплота сгорания Qp:	1829,4 кДж/моль
Критическое давление:	4,7 МПа
Критическая плотность:	0,273 г/см3
Динамическая вязкость жидкостей и газов:	- 0,36 МПа·с (10°С) - 0,295 МПа·с (25°С) - 0,28 МПа·с (41°С)

[ 7,с. 247]

В производстве выпускается ацетон в соответствии с ГОСТом 2768-84 по которым отвечают требования (см.табл. 1.3.1)

Таблица 1.3.1 - Ацетон технический

Наименование показателя	Норма Высшая категория качества	I категория качества
	Высший сорт ОКП 2418110110	I сорт ОКП 2418110130	II сорт ОКП 18110140
1. Внешний вид 2. Массовая доля ацетона %, не менее 3. Массовая доля воды %, не более 4. Массовая доля этилового спирта %, не более 5. Массовая доля кислот в пересчете на уксусную кислоту %, не более 6. Устойчивость к окислению марганцовокислым калием %, не менее	Бесцветная 99,75 0,2 0,05 0,001 4	Прозрачная 99,5 0,5 0,15 0,002 2	Жидкость 99 0,8 не контролируют 0,003 0,75

[ 7,с.370]

Перекись водорода

Перекись водорода Н₂О_2.

Простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с металлическим вкусом, неограниченно растворимая в воде спирте и эфире.

Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем.

Молярная масса 34,01 г/моль

плотность 1,4 г/см³

температура кипения 150,2 °С

В производстве выпускается в соответствии с ГОСТ 2768-84 (см .таблицу 1.3.2)

Таблица 1.3.2 - Перекись водорода

Наименование показателя	Техническая	марка Б
	Высшей категории качество Высший сорт	Первой категории качество Первый сорт
1 Внешний вид 2.Массовая доля перекиси водорода 3.Массовая концентрация уксусной кислоты 4.Массовая концентрация нелетучего остатка	Бесцветная прозрачная жидкость 6,0 0,7	Бесцветная прозрачная жидкость 13,0 1,3

[ 7,с 400 ]



2. Технологическая характеристика процесса

2.1 Описание технологической схемы стадии окисления

Технологический процесс производства ацетона состоит из следующий стадий:

1) прием и очистка технологического изопропилового спирта, от загрязнений методом дистилляции или фильтрации

2) приготовление водного раствора стабилизатора однозамещенного фосфата натрия

3) компримирование и очистка фильтрацией окисляющего воздуха и азота

4) жидкофазное окисление изопропилового спирта кислородом воздуха

5) очистка отходящего от окислителя газа

6) выделение перекиси водорода

7) разделение изопропилового спирта и ацетона

8) очистка сточных вод

ИПС с содержанием не менее 75-87%, не более 3% ацетона насосом(поз. Н1) непрерывно подается на стадию окисления.

Исходная смесь в количестве 2-13 м³ поступает в теплообменник(поз.Т1) . В теплообменнике смесь нагревается за счет тепла отдаваемого реакционной смесью выходящей из окислителя. Затем исходная смесь поступает в теплообменник (поз. Т2) обогреваемой паром, давлением не более 0,4 МПа, где нагревается до температуры 50-135 °С. Затем нагретая питающая смесь поступает в окислитель(поз. Р1) в 4 секцию.

В нижнюю часть 1 секции подается воздух через барбатерное устройство для точного распределения в реакционном объеме. Отработанный воздух, содержащий пары ацетона и изопропилового спирта, из окислителя поступает в абсорбер (поз.К1). Реакционный раствор непрерывно отводится из нижней части 1 секции в таком количестве, чтобы уровень 4 секции оставался постоянным.

Регулирование уровня в 4 секции производится в пределах 60-80% об.

В теплообменнике (поз.Т1)реакционная смесь охлаждается встречным потоком исходной смеси.

Затем реакционная смесь поступает в холодильник (поз.Т.3), где охлаждается оборотной водой до температуры 20-52 °С и сливается в емкость. (поз.Е). Из емкости (поз.Е) реакционная смесь насосом(поз.Н.2) подается на стадию выделения. Отработанный воздух в абсорбере непрерывно выводится абсорбционный раствор, который направляется на разделение. [ 2 ]

2.2 Описание конструкции и принципы работы окислителя

Окислитель -- вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный верхней крышкой.

Внутреннее пространство разделено тарелками на 4 секции. Тарелки снабжены колпачками в количестве 63 на каждой секции.

В нижней части окислителя расположены барбатажное устройство, для тонкого распределения окисляющего воздуха в реакционном объеме. В каждой секции установлены теплообменники.

Аппарат установлен на цилиндрическую опору. Окислитель изготовлен из стали 12Х18Н10Т, т.к. стойка в агрессивной среде и не подвержена межкристаллитной коррозии.

Диаметр аппарата -3000 мм, высота цилиндрической части -- 5200 мм, объем аппарата общий 47м^3.

Питающая смесь поступает в верхнюю секцию окислителя , в нижнюю непрерывным потоком подается окисляющий воздух, который через барботер равномерно распределяется по аппарату и в диспергированном состоянии поднимается на встречу потоку жидкости. Расход воздуха поддерживается в пределах 50-1800 м³/ч с помощью контура регулирования.

В результате прохождения воздуха через слой жидкости, содержание кислорода в ней снижается, содержание ацетона и изопропилового спирта достигает насыщения при данной рабочей температуре.

Обработанный воздух содержащий пары ацетона и ИПС из окислителя поступают в обратный холодильник(поз.Т4). Температура окислителя регулируется по секциям. В секции 2,3,4 температура поддерживается подачей охлаждающей воды в холодильник в 1 секции, подачей пара в теплообменнике

Температура: 1 секции от 100⁰С до 122⁰С

2 секции от 105⁰С до 130°С

3 секции от 110⁰С до 132 °С

4 секции от 100 до 135°С

Температура поддерживается с помощью регуляторов температуры. Реакционный раствор отводится непрерывно из нижней части 1 секции окислителя в таком количестве, чтобы уровень 4 секции окислителя оставался постоянным. Регулирование уровня в 4 секции производится в пределах 60-80%. При достижении минимального или максимального уровня срабатывает сигнализация.

Секция 1,2,3 должны быть постоянно заполнены жидкостью. После заполнения секции 1 и 2 клапаны на перетоках автоматически закрываются.

Состав контролируется автоматически, также предусмотрено аварийное опорожнение окислителя через отсечные клапаны. [ 2 ]

Таблица 2.3.1- Контроль и управление технологическим процессом стадии окисления

Место измерения пара,отбор проб	Что контролируется	Частота контроля	Норма тех показателей	Функции прибора и способы прибора	Кто контролирует
1.емкость Е1	Уровень	Непрерывно	0,14-0,94	Показания, сигнализация	Аппаратчик
2.трубопроводность азота в емкость Е1	Давление	Непрерывно	0,3МПА	Показание, регистрацияСАР	Аппаратчик
3.Трубопровод ИПС после подогревателя Т2	Темпера тура	Непрерывно	100-122 С	Показание, регистрация САР	Аппаратчик
4.трубопро вод ИПС перед окислителем	Расход	Непрерывно	2,5-3,5 м3/ч	Показания, регистрацияСАР	Аппаратик
5. окислитель Р1	Уровень	Непрерывно	Снижение уровня	Сигнализация	Аппаратчик
	Темпера тура	Непрерывно	100-122С	Показание, регистрация САР	Аппаратчик
	Массовые доли: перек. водорода	Через 4 часа	75-120г/дм3	Аналитически	Лаборант
	Уксусная к-та	Через 4 часа	Не более 0,4%	Аналитически	Лаборант
	Ацетон	1 раз в сутки	12-20%	Аналитически	Лаборант
	ИПС	1 раз в сутки	48-60%	Аналитически	Лаборант
II секция	Температура	Непрерывно	105-130С	Показание,регистрация,САР	Аппаратчик
	Уровень	Непрерывно	Снижение уровня	Сигнализация	Аппаратчик
	Массовая доля перек вод	1 раз в сутки	65-100г/дм3	Аналитически	Лаборант
III секция	Температу ра	Непрерывно	110-132 С	Показание, регистрацияСАР	Аппаратчик
	Уровень	1 раз в сутки	45-90 г/дм3	Аналитически	Лаборант
	Массовая доля перек. водорода	Непрерывно	Снижение уровня	Сигнализация	Аппаратчик
IV секция	Температу ра	Непрерывно	100-135С	Показание,регистрация,САР	Аппаратчик
	уровень	Непрерывно	1,0 -- 1,1 МПА	Показание,регистрация,САР	Аппаратчик
	Массовая доля перек вод	1 раз в сутки	10 -- 65 г/дм3	Аналитически	Лаборант
6. Трубопровод вод подачи воздуха в окислитель Р1	Расход	Непрерывно	1200-1400	САР	Аппаратчик
7.Трубопровод реакционного раствора после холодильника Т4	Расход	Непрерывно	2-13 м3/ч	Показания, регистрация	Аппаратчик
8. Емкость Е3	Уровень	Непрерывно	0,14-0,94	Показания, сигнализация	Аппаратчик
	Массовая доля	1 раз в смену	75-87%	Аналитически	Лаборант
	Ацетон	1 раз в сутки	Не более 3%	Аналитически	Лаборант
9. Аварийная емкость	Уровень	Непрерывно	0,14-0,94	Показания, сигнализация	Аппаратчик
10.Трубоп ровод азота в Е3 и Е2	Давление	Непрерывно	0,3 МПа	САР	Аппаратчик
11.Трубоп ровод газовой фазы перед абсорбером К1	Расход	Непрерывно	1200-1250	САР	Аппаратчик
12. Абсорбер XI	Уровень	Непрерывно	60-80%	Показания, сигнализа ция	Аппаратчик
	Давление	Непрерывно	0,8-0,9 МПа	САР	Аппаратчик
13.Трубоп ровод газовой фазы после Р1	Объемная доля кислорода	Непрерывно	4-10,3% при 9% сигнализа ция	Газоанализатор автома тический, сигнализацией	Аппаратчик
14. Газовая смесь посту пающая на абсорбер К1	Массовая концентрация ИПС	1 раз в неделю	Не реглам	Аналитически	Лаборант
	Ацетон	1 раз в неделю	Не реглам	Аналитически	Лаборант
15. Газовая смесь отхо дящая на абсорбера К1	Массовая концентрация ИПС	1 раз в неделю	Не более 700 мг/м3	Аналитически	Лаборант
	Ацетон	1 раз в неделю	Не более 1500 мг/м3	Аналитически	Лаборант
	Окиси углерода	1 раз в неделю	Не более 2000 мг/м3	Аналитически ГОСТ 12.1014-84	Лаборант
16 Водный раствор после абсорбера К1	Массовые доли ИПС	1 раз в сутки	В сумме ИПС и ацетона	Аналитически	Лаборант
	Ацетон	1 раз в сутки	Не более 30%	Аналитически	Лаборант

[ 8,с.113]

3. Безопасность и экологичность процесса

3.1 Вредные и опасные факторы процесса

Сведения по вредным и опасным факторам сводятся в таблицу 3.1.1

Таблица 3.1.1 - Характеристика опасных и вредных производственных факторов

Группа факторов (физические, химические, биологические, психофизиологические)	Вид фактора (опасный вредный)	Название фактора	Источники и зоны действий , факторы
1 Физические	Опасный Вредный Опасный Опасный Вредный	Подвижные части производственного оборудования Загазованность воздуха рабочей схемы Повышенное напряжение в электроцепи, короткое замыкание может пройти через тело человека Повышенный уровень статического электричества Токсический ИПС, ацетон протекают через органы дыхания	Насосы , емкости ИПС и ацетона Реактор окислитель Насосы , Приборы и емкости с ИПС и ацетона
2 Химический	Вредный	Раздражающей -- ИПС (глаза и дыхательные пути) -- перекись водорода (кожа и дыхательные пути)	Емкости реактор окислитель Емкость реактор окислитель

Биологические и психофизиологические опасные и вредные факторы в производстве отсутствуют. [ 8,с.56 ]



3.2 Санитарно-гигиенические мероприятия

3.2.1 Токсические свойства образующихся в производстве веществ

Меры и средства обеспечивающие безопасную работу

Изопропиловый спирт -- бесцветная жидкость с запахом спирта. Обладает теми же свойствами, что и вторичные спирты жирного ряда.

Класс опасности 3

Упаковка средства осуществляется в пластиковые или стеклянные бутылки, железные цистерны, бочки, канистры.

Транспортировка

Изопропанол транспортируется автомобильным и железнодорожным транспортом.

Хранение

Хранение изопропилового спирта производится в местах, не доступных для солнечного света, имеющих среднюю температуру воздуха и небольшую влажность.

Техника безопасности

Зачастую вызывает отравление в связи со сходством с этиловым спиртом. Поэтому, на упаковке необходимо оставить соответствующую пометку. Требует применения индивидуальных средств защиты для глаз и дыхательных путей.

Влияние изопропилового спирта на человека

Оказывает раздражающее действие на глаза, дыхательные пути. Он способен вызвать головную боль и потерю сознания, оказывая подавляющее влияние на центральную нервную систему. При попадании внутрь подвергается трансформации в печени до ацетона под воздействием специального фермента алкоголь дегидрогеназы, который превосходит его в 10 раз. При этом токсичность изопропилового спирта больше этанолового в 3,5 раза. Токсическая доза составляет 50 мл. При чрезмерном употреблении изопропанола внутрь может вызвать полиорганную недостаточность с нарушением функции дыхания и потребностью в переводе на искусственную вентиляцию легких, несостоятельность со стороны сердечно -- сосудистой и моче -- выделительной системы и дальнейшим развитием летального исхода.

Спецодежда : костюм х/б, белье нательное, головной убор, сапоги резиновые или кожаные ботинки.

Средства индивидуальной защиты: личный противогаз, перчатки, защитные очки.

Ацетон -- прозрачная бесцветная жидкость с резким запахом.

Транспортировка

Растворитель перевозят автотранспортом всех типов в соответствии с законами транспортировок грузов, функционирующими в транспорте предоставленного типа.

Хранение

Технический ацетон держат в железных, алюминиевых, покрытых цинком емкостях либо бочках и в стеклянных бутылках в соответствии с инструкциями по хранению огнеопасных материалов.

Гарантийный срок хранения

— в стальных евробочках -- 3 месяца со дня производства;

— в стеклянной таре -- 1 год.

Влияние на организм человека

В соответствии с ГОСТ 12.1.007 по уровню воздействия на организм ацетон принадлежит 4-му классу опасности -- материалы малоопасные.

Спецодежда: костюм х/б, белье нательное, головной убор, ботинки кожаные или сапоги резиновые.

Индивидуальные средства защиты: противогаз, защитные очки, перчатки.

Перекись водорода

Перекись водорода медицинская и техническая (отличаются концентрацией) представляют собой прозрачную жидкость, не имеющую вкуса или запаха, внешне ничем не отличается от воды.

Класс опасности -- 3

Упаковка

Перекись водорода медицинская фасуется в стеклянные флаконы, емкостью 40 мл. Перекись водорода техническая разливается в канистры различного объема.

Транспортировка

Ограничений для перевозки каким-либо видом транспорта нет.

Хранение

В закрытых контейнерах, вдали от источников интенсивного тепла и прямого солнечного света.

Техника безопасности

Сильно концентрированная перекись водорода может вызывать ощущение жжения, ожоги или аллергическую реакцию. Недопустимо попадание ее на слизистые оболочки, глаза, обширные раны.

Влияние на организм человека

При попадании в кровь выделяет кислород; играет роль триггера (стресс-фактора) который запускает работу иммунной системы. [ 4,с.210 ]

3.2.2 Освещение производственных помещений

Виды освещения:

Естественное освещение -- освещение помещения светом, исходящим от неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях. Подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное. Нормируемой характеристикой, является коэффициент естественной освещенности.

Боковое естественное освещение -- естественное освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах (в местах перепада высот здания).

Комбинированное естественное освещение- сочетание верхнего и бокового естественного освещения.

Искусственное освещение -- освещение помещений и других мест, где недостаточно естественно освещение. Подразделяется на рабочее, аварийное, охранное, дежурное, общее, местное и комбинированное. При необходимости часть светильников рабочего или аварийного освещения используется для дежурного освещения.

Рабочее освещение обеспечивают во всех помещениях, а также на участках открытых пространств, предназначенных для работы, прохода людей и движения транспорта. Для помещений имеющих зоны с разными условиями естественного освещения и с разными режимами работы, предусматривается раздельное управление рабочим освещение.

Аварийное освещение -- освещение объектов различного назначения , не прекращающееся или автоматически вводимое в действие при внезапном отключении рабочих (основных) источников света. Предназначено для обеспечения эвакуации людей или временно продолжения работы на объектах, где внезапное отключение освещения создает опасность травматизма или недопустимого нарушения технологического процесса.

Охранное освещение (при отсутствии специальных технических средств охраны) предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время.

Дежурное освещение -- освещение в нерабочее время. Область применения, величины освещенности, равномерность и требования к качеству не нормируется.

Общее освещение -- освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение).

Местное освещение -- освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах.

Комбинированное освещение -- освещение, при котором к общему освещение добавляется местно.

Совмещенное освещение -- освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Эвакуационное освещение -- освещение для эвакуации людей из помещений при аварийном отключении нормального освещения. Источниками искусственного освещения являются газоразрядные лампы и лампы накаливания. [ 4,с.289 ]

3.3 Техника безопасности

3.3.1 Электробезопасность. Защита от статического электричества

В определенных производственных условиях происходит возникновение и накапливание статического электричества. Статистика показывает, что в 39 случаях из 100 причиной взрывов и пожаров является статическое электричество. Разряд статического электричества, ощущаемый человеком как болезненный укол, может в некоторых случаях явится косвенной причиной несчастного случая.

Основными направлениями предупреждения опасности статического электричества являются: предотвращение накопления зарядов на оборудовании и материалах; снижение электрического сопротивления перерабатываемых веществ; нейтрализация и уменьшение интенсивности возникновения зарядов статического электрического; отвод зарядов, накапливающихся на работающих.Техническими мерами, обеспечивающими достижение безопасности в условиях возникновения опасности статического электричества, являются: заземление оборудования и коммуникаций, на которых могут появляться заряды; применение статических веществ и химических обработки трущихся поверхностей, нанесение на них электропроводных пленок; ионизация воздуха; устройство электропроводящих полов; использование работающими токопроводящей обуви и антистатических халатов.

Для обеспечения безопасности персонала при непосредственном выполнении работ в электроустановках применяю комплекс технических мероприятий. Выбор тех, или иных технических мероприятий в основном зависит от категории выполняемой работы. Так безопасность со снятием напряжения обеспечивают следующими мерами: отключение оборудования на участке, выделенном для производства работ, и принятие мер против ошибочного или самопроизвольного включения; вывешивание запрещающих плакатов; проверка отсутствия напряжения; наложения заземления;

ограждение при необходимости рабочих мест и оставшихся под напряжением токоведущих частей.

Ремонтируемое оборудование отключают со всех сторон, откуда может быть подано напряжение с видимым разрывом.

Проверка отсутствия напряжения, перед выполнением этой работы проверяют исправность указателя напряжения на токоведущих частях, заведомо находящихся под напряжением.

Наложение заземления. Заземление токоведущих частей с помощью переносных заменителей проводится для защиты работающих от поражения электрическим током при ошибочной подаче напряжения к месту работы. [4,с.311]

3.3.2 Безопасность технологического процесса

Оборудование должно быть безопасным как при нормальных условиях, так и при воздействии различных факторов окружающей среды (высоких и низких температур и влажности воздуха, агрессивных веществ, микроорганизмов, грибков, солнечной радиации и др.).

Используемое оборудование не должно загрязнять окружающую природную среду выше установленных норм, быть пожаро-и взрывобезопасным.

Требования к производственному оборудованию, обеспечивающие его безопасную эксплуатацию, определены положением «ПОТ Р О-14000-002-98.

Обеспечение безопасности производственного оборудования».

Безопасность производственных процессов определяется в соответствии с «ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ. Процессы производственные. Общие требования безопасности» и обеспечивается:

· безопасностью производственного оборудования;

· выбором более безопасного технологического процесса;

· устранением непосредственного контакта работающих с исходными материалами, заготовками , полуфабрикатами, готовой продукцией и отходами производства, оказывающими вредное действие;

· выбором производственной площадки и производственных помещений;

· применением средств защиты работающих;

· профессиональным отбором, инструктированием, обучением и проверкой знаний по охране труда.

Безопасность должна обеспечиваться уже на стадиях составления

технического задания, при проектировании и разработке проекта.

Необходимо обеспечивать герметизацию оборудования, применение дистанционного управления, систем контроля и предупреждающей сигнализации при возникновении опасных ситуаций.

Производственные процессы должны быть пожаро- и взрывобезопасны, не должны загрязнять окружающую среду.

При необходимости предъявляются дополнительные требования к персоналу: по возрасту; медицинскому осмотру; обучению и др. [ 6,с.430 ]

3.4 Пожарная безопасность

Таблица 3.4.1 -- свойства веществ, образующихся в технологическом процессе обслуживание его пожарную безопасность и взрывоопасность

Наименование вещества	Температура вспышки	Температура самовоспламенения	Пределы воспламенения	Кат взрывобезопасности	Группа взрывобезопасности
			Концентрация%	Температура С°
ИПС Ацетон	11,7 минус 18%	456 456	11,7 2,6-12,8 -20	Па Па	Т2 Т1

Многие химические вещества, применяемые в реставрации графики, обладают не только токсичностью, но и пожаро- и взрывоопасностью.

Классификация

К пожароопасным относятся вещества, обладающие повышенной пожароопасностью, т. е. способные вызывать неконтролируемое горение вне специального очага. По горючести (возгораемости), т. е. способности к возгоранию, вещества делятся на 3 группы:

1) не горючие (несгораемые) -- неспособные к горению на воздухе;

2) трудногорючие (трудно сгораемые) -- способные возгораться на воздухе от источника зажигания, но гаснущие после удаления источника зажигания;

3) горючие (сгораемые) -- способные самовозгораться или возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Горючие вещества в свою очередь делятся на трудно- и легковоспламеняющиеся. Последними называются вещества, способные воспламеняться без подогрева от кратковременного (до 30 сек.) воздействия источников зажигания с низкой энергией (пламя, спички, искра, тлеющая сигарета и т. п.). К легковоспламеняющимся жидкостям (ЛВЖ) относятся жидкости с температурой вспышки не более 6°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле. Большинство органических растворителей относятся к ЛВЖ. Пары ЛВЖ могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Взрывоопасными считаются смеси, если температура вспышки их ниже или равна 45°С.

Следует помнить, что понятие «горючесть» не эквивалентно общему понятию «пожароопасность». Негорючие вещества могут быть пожароопасными, например, окислители, а также вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом, воздухом или одно с другим.

Данные о горючести применяются при определении категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности, в соответствии с требованиями «Строительных норм и правил по проектированию производственных зданий, промышленных предприятий».

Основные характеристики

Для оценки пожарной опасности растворителей пользуются следующими основными показателями: температурой вспышки, температурой самовоспламенения, температурными и концентрационными пределами воспламенения и областью воспламенения паровоздушной смеси.

Температура вспышки -- это наименьшая температура вещества, при которой над его поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхнуть в воздухе от источника зажигания. Устойчивого горения при этом не наблюдается. Температура вспышки примерно равна нижнему температурному пределу воспламенения. Ориентировочна температура вспышки характеризует те температурные условия, при которых горючее вещество становится огнеопасным при хранении в открытом сосуде или при случайном разливе.

По температуре вспышки легковоспламеняющиеся жидкости делят на особо опасные (т.всп. не более 18°С, например ацетон, диэтиловый эфир), постоянно опасные (т.всп. от 17 до 23 °С, например, этиловый спирт,бензол), опасные при повышенной температуре (т.всп. от 24 до 61 °С, например, скипидар).

Температура самовоспламенения -- это наименьшая температура, при которой начинается горение вещества при контакте с воздухом в отсутствие источника зажигания.

Температурные пределы воспламенения (нижний и верхний) -- это такие температуры вещества, при которых его насыщенные пары образуют концентрации, равные соответственно концентрированным пределам (нижнему и верхнему) воспламенения.

Область воспламенения паров в воздухе -- это область концентраций вещества, внутри которой смеси его паров с воздухом способны воспламенятся от источника зажигания с последующим распространением пламени по смеси. Взрывоопасность оценивается нижним и верхним пределами взрываемости вещества. Минимальная концентрация паров вещества в воздухе, при которой возможен взрыв, называется нижним пределом взрываемости. Концентрация, выше которой взрыва не происходит, называется верхним пределом взрываемости, Пожаро- и взрывоопасные характеристики приведены далее в тексте при описании индивидуальных веществ.

Средства пожаротушения должны включать:

- пожарный гидрант;

- первичные средства;

- огнетушители пенные;

- песок, асбест, полотно, лопаты, ведра, багры. [ 2 ]

3.5 Экологичность процесса

Процесс производства ацетона сопровождается газовым выбросом и отводом сточных вод, твердые и жидкие отходы на стадии окисления отсутствуют.

Количество и качественный состав газовых выбросов в атмосферу представлены в таблицу 3.5.1

Таблица 3.5.1 Количественный и качественный состав газовых выбросов

Наименование стадии аппарата с указ. позиции	Название выброса	Количество выброса	Содержание в-ва в содержащихся в выбросах	Содержание в-в в газовом выбросе	Периодичность выброса
		Нм3/ч	Нм3	Нм3/в сутки
Абсорбер	Очищенные газы	6065	19505	46812	ИПС	160	Непрерывно
					Ацетон	1500
					Оксид углерода	2000

Сточные воды выводятся из абсорбера Н2 и направляются на разделение для извлечения из них ИПС и ацетона.

Количество и качество составов , направляемых на разделение сточных вод представлено в таблице 3.5.2

Таблица 3.5.2 Количественный и качественный состав на разделение.

Наименование стадии аппарата с указ.позиции	Название выброса	Количество сбросов сточных вод	Наименование в-в содержащих в сточных водах	Содержание в-в в сточных водах %	Периодичность
		М3/ч	М3/т	М3/сутки
Абсорбер Н2	Органосодержащий сток	257,4	82,78	1986,72	ИПС Ацетон	23,2 9,1	непрерывно

[7,с.330 ]



4. Расчеты

Исходные данные:

Мощность производства ацетона - 18000 тонн в год

Количество рабочих дней в году - 335

По данным действующего производства принимаются:

1. Расходный коэффициент ИПС на 1 тонну 30% - ной перекиси водорода - 697 кг;

2. Выход ацетона на стадии окисления - 99,35% (масс.);

3. Расход ацетона, % (масс.), от получаемого на стадии окисления:

- на окисление до уксусной кислоты - 1,2;

- на окисление перекисью водорода - 3,5;

- на окисление до метанола - 0,75.

4. Потери перекиси водорода за счет разложения % (масс.), от получаемого на стадии окисления - 13,8;

5. Коэффициент избытка воздуха, подаваемого на окисление - 1,5%(масс.);

6. Состав воздуха, % (масс.):

- азот - 76,74;

- кислород - 23,21;

- вода - 0,05.

7. Массовое соотношение ИПС в свежем и возвратном - 1 : 2,55;

8. Состав возвратного ИПС, % (масс.):

- ИПС - 75

- вода - 23

- ацетон - 1,72

- перекись водорода - 0,265

- уксусная кислота - 0,001

- метанол - 0,005

9. Потери с газовой фазой, % (масс.) от получаемого на стадии окисления:

- ацетон - 20,5

- перекись водорода - 0,2

10. Потери газовой фазы ИПС, % (масс.), от подаваемого на стадию окисления - 3,5;

11. Масса стабилизатора дигидрофосфата натрия (NaH₂PO₄), кг - 0,65.

Схема материальных потоков стадии окисления:

Химизм процесса

Реакция окисления ИПС до ацетона протекает по схеме:

1. Реакция окисления ИПС с образованием перекиси водорода и ацетона:

С₃Н₈О + О₂ > Н₂О₂ + С₃Н₆О (1)

2. Реакция окисления ацетона до уксусной кислоты:

С₃Н₆О + 2О₂ > СН₃СООН + СО₂ + Н₂О (2)

3. Реакция разложения ацетона перекисью водорода:



С₃Н₆О + Н₂О₂ > С₂Н₆ + СО₂ + Н₂О (3)

4. Реакция разложения перекиси водорода:

Н₂О₂ > 2Н₂О + СО₂ (4)

5. Реакция окисления ацетона до метанола:

С₃Н₆О + 2,5О₂ > СН₃ОН + 2СО₂ + Н₂О (5)

4.1 Материальный расчет

1) Молярные массы веществ участвующих в реакции (1):

М(С₃Н₈О) = (12 ? 3) + (1 ? 8) + 16 = 60 кг

М(О₂) = 16 ? 2 = 32 кг

М(Н₂О₂) = (1 ? 2) + (16 ? 2) = 34 кг

М(С₃Н₆О) = (12 ? 3) + (1 ? 6) + 16 = 58 кг

2) Молярные массы веществ участвующих в реакции (2):

М(С₃Н₆О) = (12 ? 3) + (1 ? 6) + 16 = 58 кг

М(О₂) = (16 ? 2) = 32 кг

М(С₂Н₄О₂) = (12 ? 2) + (1 ? 4) + (16 ? 2) = 60 кг

М(СО₂) = 12 + (16 ? 2) = 44 кг

М(Н₂О) = (1 ? 2) + 16 = 18 кг

3) Молярные массы веществ участвующих в реакции (3):

М(С₃Н₆О) = (12 ? 2) + (1 ? 4) + (16 ? 2) = 58 кг

М(Н₂О₂) = (1 ? 2) + (16 ? 2) = 34 кг

М(С₂Н₆) = (12 ? 2) + (1 ? 6) = 30 кг

М(СО₂) = 12 + (16 ? 2) = 44 кг

М(Н₂О) = (1 ? 2) + 16 = 18 кг

4) Молярные массы веществ участвующих в реакции (4):

М(Н₂О₂) = (1 ? 2) + (16 ? 2) = 34 кг

М(Н₂О) = (1 ? 2) + 16 = 18 кг

М(О₂) = (16 ? 2) = 32 кг

5) Молярные массы веществ участвующих в реакции (5):

М(С₃Н₆О) = (12 ? 2) + (1 ? 4) + (16 ? 2) = 58 кг

М(О₂) = (16 ? 2) = 32 кг

М(СН₃ОН) = 12 + (1 ? 3) + 16 + 1 = 32 кг

М(СО₂) = 12 + (16 ? 2) = 44 кг

М(Н₂О) = (1 ? 2) + 16 = 18 кг

Материальный расчет выполняется на 1 тонну 30%-ной перекиси водорода с последующим перерасчетом на часовую производительность.

Часовая производительность:

(1)

где:

N_{проект.} - производительность проектируемого производства, т/год;

W_ДГ - количество рабочих дней в году;

24 - количество часов в сутках.

18000*1000 = 18000000 = 2238,81 кг/ч

335 *24 8040

Коэффициент пересчета на часовую производительность:

(2)

где: N_Ч - часовая производительность проектируемого производства, кг/ч.

К = 2238,81 = 2,23881

1000

Масса ацетона получаемого на стадии окисления при теоретическом выходе по реакции (1):

(3)

где:

- расходный коэффициент ИПС на 1 тонну 30%-ной перекиси водорода, кг;

- молярная масса ацетона, кг;

- молярная масса ИПС, кг.

Масса ацетона, получаемого на стадии окисления при практическом

Выходе по реакции (1):

(4)

где:

- теоретическая масса ацетона, полученного на стадии окисления, кг/т;

- выход ацетона на стадии окисления, % (масс.).

Масса перекиси водорода, получаемой на стадии окисления:

(5)

где:- практическая масса ацетона, полученного на стадии окисления, кг/т;

- молярная масса перекиси водорода, кг;

- молярная маса ацетона, кг

Масса ацетона, расходуемого на образование уксусной кислоты по реакции (2):

(6)

где:

- практическая масса ацетона, полученного на стадии окисления, кг/т;

- расход ацетона на окисление до уксусной кислоты, % (масс.).

Масса ацетона, окисляемого перекисью водорода по реакции (3):

(7)

где:

- практическая масса ацетона, полученного на стадии окисления, кг/т;

- расход ацетона на окисление перекисью водорода, % (масс.).

Масса ацетона, окисляемого до метанола по реакции (5):

(8)



где:- практическая масса ацетона, полученного на стадии окисления, кг/т;

- расход ацетона на окисление до метанола, % (масс.).

Масса ацетона, уносимого газовой фазой:

(9)

где:- практическая масса ацетона, полученного на стадии окисления, кг/т;

- расход ацетона с газовой фазой, % (масс.).

Масса перекиси водорода расходуемый на окисление ацетона по реакции (3):

(10)

где:-масса ацетона, окисляемого перекисью водорода, кг/т;

- молярная масса перекиси водорода, кг;

- молярная масса ацетона, кг.

Масса перекиси водорода, разлагающейся на стадии окисления по реакции( 4):

(11)



где:- масса перекиси водорода получаемой на стадии окисления, кг/т;

- потери ацетона за счет разложения на стадии окисления, %.

Масса перекиси водорода, уносимой с газовой фазой:

(12)

где:- масса перекиси водорода получаемой на стадии окисления, кг/т;

- расход перекиси водорода с газовой фазой, %.

Масса свежего ИПС подаваемого на окисление:

(12)

где:- расходный коэффициент ИПС на 1 тонну 30%-ной перекиси водорода, кг;

- концентрация ИПС подаваемого на стадии окисления, %(масс.)

Масса воды, содержащейся в свежем ИПС:

(13)

где: - масса свежего ИПС подаваемого на окисление, кг/т;

- содержание воды в 100% ИПС подаваемом на стадию окисления, %(масс.)

Масса ИПС, содержащегося в возвратном:

(14)

где: - расходный коэффициент ИПС на 1 тонну 30%-ной перекиси водорода, %;

- соотношение возвратного ИПС.

Масса возвратного ИПС:

(15)

где:- масса ИПС в возвратном потоке ИПС, кг/т;

- содержание ИПС в возвратном потоке ИПС, %(масс.)

Масса компонентов, содержащихся в возвратном ИПС:

Вода:

(16)

где: - масса возвратного потока ИПС, кг/т;

- содержание воды в возвратном потоке ИПС, %(масс.)

Ацетон:

(17)

где:- масса возвратного потока ИПС, кг/т;

- содержание ацетона в возвратном потоке ИПС, %(масс.)

Перекись водорода:

(18)

где: - масса возвратного потока ИПС, кг/т;

- содержание перекиси водорода в возвратном потоке ИПС, %(масс.)

Уксусная кислота:

(19)

где: - масса возвратного потока ИПС, кг/т;

- содержание уксусной кислоты в возвратном потоке ИПС, %(масс.)

Метанол:

(20)

где: - масса возвратного потока ИПС, кг/т;

- содержание метанола в возвратном потоке ИПС, %(масс.)

Масса ацетона содержащегося в реакционном растворе:

где: (21) - практическая масса ацетона, полученного на стадии окисления, кг/т;

- масса ацетона в возвратном ИПС, кг/т;

- масса ацетона расходуемого на образование уксусной кислоты, кг/т;

- масса ацетона, окисляемого перекисью водорода, кг/т;

- масса ацетона, окисляемого до метанола, кг/т;

- масса ацетона, уносимого с газовой фазой, кг/т.

Масса перекиси водорода, содержащейся в реакционном растворе:

(22)

где: - масса перекиси водорода в возвратном ИПС, кг/т;

- масса перекиси водорода расходуемого на окисление ацетона, кг/т;

- масса перекиси водорода, разлагающиеся на стадии окисления, кг/т;

- масса перекиси водорода, уносимой с газовой фазой, кг/т.

Масса уксусной кислоты, образующейся по реакции (2):

( 23)

Где: - масса ацетона расходуемого на образование уксусной кислоты, кг/т;

- молярная масса уксусной кислоты, кг;

- молярная масса ацетона, кг.

Масса уксусной кислоты, содержащейся в реакционном растворе:

( 24)

где: - масса уксусной кислоты в возвратном ИПС, кг/т

Масса метанола, образующегося по реакции (5):

(25)

где: - масса ацетона окисляемого до метан...