Дипломний проект - Виробництво пара-фенілендіаміну з вторинної сировини-поліетилентерефталату

Проєкт присвячено розробці технології отримання п-фенілендіаміну високого ступеню чистоти перегрупуванням за Гофманом діаміду терефталевої кислоти, який в свою чергу синтезовано амонолізом поліетилентерефталатної сировини. На основі існуючих методик синтезу п-фенілендіаміну даним способом, а також хімізму реакції, підібрано вихідну сировину та оптимальні умови проведення процесу. Технологічна схема стадії розроблена у відповідності до цілей, що переслідуються – максимізації енергоефективності, екологічності та мінімізації енергомісткості. Наведено перелік показників вихідної сировини, напівпродуктів та готового продукту, контроль яких є обов’язковим для стабільної і безперебійної роботи підприємства. Враховуючи особливості технологічного процесу, складено схему матеріальних потоків та розраховано матеріальний баланс для виробництва однієї партії п-фенілендіаміну. Здійснено вибір оформлення та розрахунок базисних технічних параметрів основного апарату стадії виробництва – реактора для проведення реакції перегрупування за Гофманом. З метою збільшення точності керування та регулювання технологічних процесів, мобільності, полегшення роботи працівників запропоновано один з можливих варіантів автоматизації виробництва. В результаті проведення економічних розрахунків визначено доцільність запуску цеху. Задля створення безпечних умов праці, з врахуванням дійсних нормативних документів з охорони праці, було складено план заходів, направлених на усунення чи мінімізацію негативних виробничих чинників.

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 12
ВСТУП 13
1 ОБҐРУНТУВАННЯ ТА ВИБІР ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ 15
1.1 Літературний огляд промислових способів отримання п-ФДА 15
1.2 Хімізм реакції перегрупування за Гофманом 23
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ЦІЛЬОВОГО ПРОДУКТУ, СИРОВИНИ ТА ДОПОМІЖНИХ МАТЕРІАЛІВ 28
2.1 Характеристика готового продукту 28
2.2 Характеристика основної та допоміжної сировини 33
3 ХІМІЗМ ТА ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ТЕХНОЛОГІЇ СТАДІЇ ПЕРЕГРУПУВАННЯ ЗА ГОФМАНОМ 36
3.1 Фізичні та хімічні властивості цільового продукту 36
3.2 Хімічні перетворення на стадії перегрупування за Гофманом та умови їх протікання. Екологізація виробництва 40
4 ОПИС ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ ВИРОБНИЦТВА 43
4.1 Технологічна схема стадії перегрупування ДАТФК за Гофманом 43
4.2 Матеріальний баланс стадії перегрупування ДАТФК за Гофманом 49
5 МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ТЕХНОЛОГІЧНОГО КОНТРОЛЮ 61
6 ВИБІР ТА РОЗРАХУНКИ ПАРАМЕТРІВ ОСНОВНОГО ТА ДОПОМІЖНОГО ОБЛАДНАННЯ 63
6.1 Вибір та розрахунок основного обладнання 63
6.2 Вибір допоміжного обладнання 68
7 АВТОМАТИЗАЦІЯ ДІЛЯНКИ ВИРОБНИЦТВА 71
7.1 Аналіз технологічного процесу як об’єкта автоматизації 71
7.2 Опис розробленої схеми автоматизації 76
7.3 Розрахунок похибки вимірювально-регулювального каналу 83
8 ЕКОНОМІКО-ОРГАНІЗАЦІЙНІ РОЗРАХУНКИ 85
8.1 Характеристика підприємства, цеху та продукції, що випускається 85
8.2 Організація праці цеху 90
8.3 Обґрунтування витрат на виробництво продукції 92
8.4 Витрати на здійснення контролю якості 100
8.5 Обґрунтування собівартості продукції 101
8.6 Обґрунтування величини необхідних капіталовкладень 104
8.7. Розрахунок основних техніко-економічних показників 105
9 ОХОРОНА ПРАЦІ 107
9.1 Виявлення та аналіз шкідливих і небезпечних виробничих факторів на проєктованому об’єкті. Заходи з охорони праці 107
9.1.1 Повітря робочої зони 107
9.1.2 Виробниче освітлення 110
9.1.3 Виробничий шум і вібрації 113
9.1.4 Електробезпека 114
9.1.5 Безпека технологічних процесів і обслуговування обладнання 115
9.2 Пожежна безпека 117
ВИСНОВКИ 120
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 123
ДОДАТОК А

Цільовий продукт – п-ФДА.
Фізико-хімічні показники для продукту марки А (ч.д.а.):

Нормативні фізико-хімічні показники для продукту, що випускається:
Зовнішній вигляд -    Кристали білого кольору
Масова частка основної речовини, %, не менше -    99,5
Відтінок    Відповідає стандартному зразку
Температура початку плавлення, ℃, не менше -    143
Масова частка води, %, не більше -    0,1
Масова частка золи, %, не більше -    0,03
Масова частка нерозчинного у воді залишку, %, не більше    -
Масова частка тіосульфату натрію, %, не більше    -

ВИСНОВКИ
Підсумовуючи результати дипломного проєкту, можна відмітити наступне:
На сьогоднішній день не існує досконалого методу одержання п-ФДА в промислових масштабах: усі поширені методи – відновлення нітро- та нітрозопохідних аніліну, карбоксилювання аніліну та інші – є або неекологічними, або неенергоефективними, або поєднують в собі обидва недоліки. Окрім того, деякі з них неможливі/недоцільні для реалізації в умовах хімічної промисловості України. Найбільш перспективні методи отримання п-ФДА містять в якості основної стадії перегрупування ДАТФК за Гофманом;
Основою для розробки технології отримання п-ФДА в даній роботі став метод, в якому для проведення реакції перегрупування використовується ДАТФК, отриманий із відходів виробництва його дихлорангідриду. Вже у первинному вигляді він має неабиякі показники енергоефективності, але ним не передбачено екологізації та суттєвого зменшення енергомісткості основних складових процесів. Розроблена  ж технологія за рахунок впровадження додаткових технологічних ліній отримання вихідної сировини для проведення реакції перегрупування, повторного введення в обіг газів і рідин, вдало підібраного апаратурного оформлення як основних, так і другорядних процесів тощо дозволяє виключити зазначені недоліки; 
Базуючись на методиках проведення та хімізмі реакції перегрупування за Гофманом, визначено оптимальні умови процесу: мольне відношення вихідних речовин ДАТФК : NaOCl : NaOH – 1 : 2,5 : 2,5; температура завершального етапу процесу 80℃; кількість води в реакційні зоні по відношенню до ДАТФК 10 моль; масова частку активного хлору в розчині гіпохлориту натрію 14-20%; надлишок лугу;
Складено технологічну схему, яка включає низку особливостей: напівавтоматичну лінію отримання водного розчину гіпохлориту натрію, рециркуляцію реакційної маси при його отриманні, толуолу при азеотропній відгонці води із реакційної маси при проведенні реакції перегрупування, азоту при висушуванні технічного п-ФДА та сублімації висушеного п-ФДА, ступеневе виділення і очищення кристалів п-ФДА, комбінацію самоплину та перекачування насосами;
Для стабільно високої якості продукту необхідно здійснювати контроль якості. В роботі було зазначено як та з якою періодичністю контролюються параметри основної та допоміжної сировини (вхідний контроль), напівпродуктів (проміжний контроль), цільового продукту (вихідний контроль);
Обґрунтовано оформлення основного апарату стадії виробництва, що розглядається в проєкті – реактора для проведення реакції перегрупування. Серед конструктивних особливостей: пропелерна мішалка, отвір під інсталяцію/деінсталяцію зворотного холодильника. Розрахунково визначено технічні параметри: об’єм реактора склав 10 м3, потужність електропривода мішалки ~ 40,5 кВт при найбільшому навантаженні;
Для максимізації продуктивності, якості готового продукту, недопущення браку та відхилення від плану випуску розроблено варіант здійснення автоматичного контролю та керування хіміко-технологічними процесами, наявними на виробництві. Найбільш автоматизованим місцем на схемі автоматизації є основний реактор: це пов’язано із необхідністю чіткого дотримання параметрів проведення процесів в ньому;
Для визначення доцільності запуску цеху було розраховано техніко-економічні показники виробництва. В цілому вони – вище середніх по галузі: рентабельність склала 10,99%, період повернення капіталовкладень – 9,6 роки, фондовіддача та фондомісткість за перший рік користування ОФ – 24,65 грн виручки/грн ОФ та 0,041 грн ОФ/грн виручки відповідно. При навіть неповній реалізації продукції (85-90% від загального об’єму випуску), рентабельність залишається на рівні стабільно працюючого підприємства. Враховуючи практично повну відсутність аналогів на ринку України та стрімко зростаючий попит на очищений п-ФДА, запуск цеху є доцільним;
Виокремлено шкідливі та небезпечні фактори виробництва та запропоновано план заходів для усунення або мінімізації того чи іншого фактора. Розраховано кількість дволампових світильників ПВЛ-6 для нормованого освітлення виробничої зони за заданих параметрів. Окрему увагу приділено пожежній безпеці через наявність на виробництві пожежо- та вибухонебезпечної речовини – толуолу.