Разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и очистка сточных вод при производстве моноалкилбензолов

Лазуткина, Юлия Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и очистка сточных вод при производстве моноалкилбензолов
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и очистка сточных вод при производстве моноалкилбензолов"

На правах рукописи

ЛАЗУТКИНА ЮЛИЯ СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА МАЛООТХОДНЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МОНОАЛКИЛБЕНЗОЛОВ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 2005

Работа выполнена на кафедре химической техники и инженерной экологии и в Проблемной научно-исследовательской лаборатории технологии рекуперации вторичных материалов промышленности Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова (АлтГТУ)

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,

Комарова Лариса Федоровна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор,

Рязанцев Анатолий Александрович

кандидат химических наук, доцент Смородинов Виктор Сергеевич

Ведущая организация Томский политехнический университет

Защита диссертации состоится 22 декабря 2005 года в 1530 часов на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 в Институте водных и экологических проблем СО РАН по адресу: 656038, г.Барнаул, ул. Молодежная, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института водных и экологических проблем СО РАН

Автореферат разослан ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.г.н., доцент

И.Н. Ротанова

а&е-ч 21501Т6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Научно-техническая революция, ставшая возможной в результате открытий в химии, физике, биологии и других науках, намного расширила возможности использования природных ресурсов, но вместе с тем и усложнила взаимоотношения человека с окружающей природной средой, внося весьма заметные и непредвиденные изменения в экологические системы, в регуляцию биосферы в целом. Объемы и темпы техногенного загрязнения окружающей среды достигли такого уровня, что превратились в одну из важнейших проблем современности. В связи с этим, все большую актуальность и значимость приобретает необходимость экологизации промышленности, а именно совершенствование существующих технологий, разработка новых малоотходных технологических процессов, соответствующих требованиям ресурсосбережения.

Промышленность основного органического синтеза вносит большой вклад в образование жидких и твердых отходов, которые зачастую являются экотоксикантами и ведут к потерям значительного количества ценных компонентов, а также загрязняют природные воДы. Разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и систем водоочистки в рассматриваемой отрасли позволит снизить затраты энергии, сократить нормы расхода сырья и уменьшить нагрузку на окружающую среду, а также выделить дополнительные количества' целевого и побочных продуктов.

Все вышесказанное актуально, в частности, для производства моноалкилбензолов, которые имеют широкий спектр применения в различных отраслях промышленности и пользуется спросом, как на российском, так и на мировом рынке. ' '

В Российской Федерации единственным крупйотойнажным производителем моноалкилбензолов (МАБ) является ООО ' "ПО Киришинефтеоргсинтез". Его мощность составляет 50 тысяч тонн в год МАБ, из которых 70% ориентировано на экспорт. Поэтому с большой уверенностью можно говорить об огромной востребованности МАБ на российском рынке, в результате чего ФГУП "Бийский олеумный завод" на ООО «Полиэстер» внедрило технологическую линию по производству данного продукта.

Самый распространенный способ получения моноалкилбензолов основан на жидкофазном каталитическом алкилировании бензола а-олефинами. Продукт алкилирования (алкилат), содержащий помимо МАБ, бензол, полиалкилбензолы (ПАБ), компоненты, катализатора (толуол) и другие примеси, разделяют методом ректификации на комплексе колонн непрерывного лсйсгиши- Да стадии разделения

7 «>С НАЦИОНАЛ.,., и

/ 6И6ЛНОТЕКА

алкилата образуется значительное количество отходов, подвергающихся термической деструкции, что сопровождается с одной стороны, потерями непрореагировавшего сырья, целевого и побочных компонентов, с другой - вносится дополнительный вклад в загрязнение окружающей среды. В процессе получения целевого МАБ образуется также сточные воды, которые содержат органические и минеральные примеси.

Решение поставленной проблемы заключается в разработке малоотходных ресурсосберегающих технологий разделения реакционной смеси и технологии очистки сточных вод в производстве моноалкилбензолов. Найденные решения могут быть использованы, кроме химической, и в других отраслях промышленности, где применяются компоненты, входящие в продукт жидкофазного алкилирования бензола и стоит задача их выделения.

Работа выполнена на кафедре Химической техники и инженерной экологии Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова в рамках «Основных направлений по улучшению экологической обстановки, использованию, воспроизводству и охране природных ресурсов Алтайского края на 2003-2010 г.г.» по разделам «Регулирование качества окружающей природной среды» и «Отходы»; Всероссийского конкурса «Студенты, аспиранты и молодые ученые -малому наукоемкому бизнесу «Ползуновские гранты» (2004 г.) и по тематике Проблемной научно-исследовательской лаборатории АлтГТУ «Технология рекуперации вторичных материалов промышленности».

Цель работы: разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и очистка сточных вод в производстве моноалкилбензолов.

Основные задачи:

- оптимизация режимов альтернативных схем разделения алкилата и выбор окончательного варианта разделения исходной смеси;

-разработка технологической схемы очистки воды в производстве моноалкилбензолов и создание замкнутого водооборотного цикла; -разработка методики хроматографического анализа; -изучение равновесия жидкость-пар с последующим его математическим описанием;

- изучение растворимости жидкость-жидкость в присутствии солей; -проведение термодинамико-топологического анализа исходной

смеси и синтез на его основе принципиальных технологических схем разделения (ПТСР).

Объект исследования: производство моноалкилбензолов.

Предмет исследования: алкилат, сточные воды производства моноалкилбензолов.

Научная новизна:

- разработаны: малоотходные технологии разделения алкилата и принципиальная технологическая схема очистки сточных вод производства моноалкилбензолов;

- разработана методика хроматографического анализа исходной смеси, позволяющая также определять высококипящие осмоляющиеся компоненты;

- впервые получены экспериментальные данные по равновесию жидкость-пар в 2 бинарных, 3 тройных системах; для 12 бинарных систем парожидкостное равновесие спрогнозировано по уравнению UNIFAC, проведено математическое описание парожидкостного равновесия с использованием уравнения Вильсона в бинарных и трехкомпонентных системах;

- изучена растворимость жидкость-жидкость в присутствии солей для 4 тройных систем;

- выполнен термодинамико-топологический анализ, на его основе синтезированы три принципиальные технологические схемы разделения алкилата и проведена оптимизация режимов проведения непрерывной и периодической ректификации.

Практическая значимость:

- технологические схемы разделения алкилата могут быть реализованы в производствах моноалкилбензолов;

- технологическую схему очистки воды можно использовать на предприятиях химической промышленности с аналогичным составом сточных вод;

- экспериментальные данные по парожидкостному равновесию и результаты их математического описания могут быть использованы для разработки технологических схем разделения смесей, включающих аналогичные вещества;

- сочетание непрерывной и периодической ректификации для разделения алкилата позволит выделить большее количество моноалкилбензолов, а также получить дополнительный товарный продукт - полиалкилбензолы.

«Успехи в химии и химической технологии» (Москва, 2003 г.), Международной научно-практической конференции «Химия - XXI век: Новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2004 г.),: 10-й Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс 10-2004)» (Новосибирск, 2004 г.), VI Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы, в том числе патент РФ, учебное пособие с грифом УМО, 3 статьи в рецензируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, приложений. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, включает 28 рисунков, 19 таблиц, список литературы из 139 наименований, приложения в количестве 30 страниц машинописного текста.

На защиту выносятся:

1. Разработанные малоотходные ресурсосберегающие технологии разделения алкилата и схема очистки сточных вод в производстве моноалкилбензолов.

2. Результаты исследования равновесия жидкость-пар в 2 бинарных и 3 тройных системах, полученные экспериментально; в 12 системах, спрогнозированные по уравнению ЦШРАС, а также данные их математического описания уравнением Вильсона.

3. Данные по растворимости жидкость-жидкость в присутствии солей для 4 систем.

4. Методика хроматографического анализа.

5. Термодинамико-топологический анализ алкилата, синтез на его основе ПТСР, а также оптимизация режимов работы ректификационных колонн по выделению сырьевых, целевого и дополнительных продуктов.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием современного измерительного оборудования и методов исследований, позволяющих получить хорошую воспроизводимость результатов. Вычислительный эксперимент проводился по сертифицированным программам, предоставленным НИИНЕФТЕХИМ (г. Уфа) и НИФХИ им. Л.Я. Карпова (г. Москва), которые многократно апробированы различными научными школами, в том числе школой кафедры химической техники и инженерной экологии.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен обзор возможных путей использования моноалкилбензолов, способов их синтеза и переработки отходов производства, в том числе регенерации катализаторов. Показано, что все существующие приемы направлены на переработку отходов, а не на снижение их количества в процессе обработки сырья. Приведены возможные способы очистки сточных вод, образующихся в производстве МАБ.

Освещена современная стратегия синтеза и основные принципы создания ресурсосберегающих технологических схем разделения.

Анализ методов разделения реакционной смеси производства МАБ показал предпочтительность использования ректификации перед другими массообменными процессами - сорбцией, экстракцией, первапорацией, поэтому разработка малоотходной технологии разделения алкилата в настоящей работе основана на данном процессе.

Рассмотрен современный подход к изучению закономерностей процесса ректификации. Подробно описаны теоретические основы разделения азеотропных и близкокипящих смесей, использующие специальные методы ректификации.

Рассмотрена существующая технология получения МАБ. Анализ материального баланса данного производства показал, что существующая непрерывная система разделения алкилата не соответствует требованиям ресурсосбережения и экологии, т.к. сопровождается выделением большого количества жидких отходов, отправляемых на сжигание. Это приводит к потерям целевого, побочных и сырьевых продуктов.

Сформулированы цель и задачи работы, указаны ее прикладное значение и исходные данные для дальнейших исследований.

Вторая глава содержит описание следующих методик лабораторных исследований и вычислительных экспериментов для решения прикладных и исследовательских задач работы:

- качественного и количественного анализа состава алкилата и его производных на основе газожидкостной хроматографии;

- очистки веществ;

- изучения равновесия жидкость-пар и жидкость-жидкость;

- вычислительного и натурного эксперимента по ректификации.

Представлены и обсуждены свойства индивидуальных

компонентов разделяемой смеси.

В третьей главе представлены результаты экспериментального изучения равновесия жидкость-пар (ПЖР) и математического описания ПЖР составляющих базовой смеси. Для ряда бинарных систем фазовое

равновесие спрогнозировано по модели 1Ж1РАС. Для 4 систем изучена растворимость жидкость-жидкость в присутствии солей. Приведены данные ректификационного анализа МАБ.

Математическая обработка экспериментальных и полученных другими авторами данных по ПЖР осуществлялась с использованием уравнения Вильсона в программной реализации НИФХИ им. Л .Я. Карпова.

1п 71=-1п [Х1+(1-х,))112]-К1-Х1)

1п у2=-1п [(1-Х1)+хгА21]-х,

Параметры бинарного взаимодействия (Х.12, ^21), средние (ДТср) и максимальные (АТ,,^) абсолютные отклонения по температуре кипения для всех двухкомпонентных систем исходной смеси представлены в таблице 1. Результаты математического описания оказались удовлетворительными.

Таблица 1 - Результаты математического описания ПЖР

Наименование системы Параметры Вильсона АТср,°С АТмакс, С

\12 ^21

Бензол-2-фенилдекан 1,769 0,782 0,03 0,30

Бензол-2-фенилдодекан 2,014 0,728 0,03 0,20

Толуол-2-фенилдекан 1,398 0,895 0,02 0,10

Толуол-2-фенилдодекан 1,632 0,810 0,04 0,05

Бензол-Толуол* 1,569 0,726 0,13 0,25

Бензол -МАБ** 2,924 0,504 0,02 0,04

Толуол -МАБ** 1,517 0,849 0,03 0,06

Бензол-ПАБ 1,812 0,924 0,04 0,30

Толуол-ПАБ 1,908 0,881 0,04 0,10

МАБ-ПАБ 1,420 0,708 0,03 0,20

Толуол - Децен 1,630 0,749 0,13 0,70

Толуол - Додецен 1,856 0,655 0,09 0,15

Бензол - Децен 2,362 0,185 0,15 0,50

Бензол - Додецен 0,606 1,649 0,12 0,80

Децен - Додецен 1,207 0,824 0,01 0,01

* - литературные данные;

**- собственные экспериментальные данные

Проверка адекватности воспроизведения математической моделью физико-химических взаимодействий между компонентами осуществлялась путем сравнения результатов моделирования ПЖР в тройных системах с независимо полученными собственными экспериментальными данными. Средняя абсолютная погрешность по температурам кипения составила 0,01-0,15°С, максимальная не превысила 0,80°С, что в диапазоне температур кипения компонентов изучаемой системы является допустимым. Исходя из этого, параметры Вильсона признаны надежными и были использованы при моделировании процесса ректификации.

Для разработки технологической схемы очистки сточных вод изучена растворимость органических веществ в воде в присутствии минеральных солей. Исследования проводились в системах вода -толуол - соль, вода - бензол - соль. В качестве солей использовались хлорид и сульфат натрия, а также натриевая соль алкилбензолсульфокислоты, содержащиеся в стоках предприятия.

Результаты эксперимента показали, что при наличии в смеси хлорида натрия в количестве менее 5% масс, органический слой содержит воду, при дальнейшем добавлении соли, растворимость воды в бензоле становится равной нулю. В присутствии остальных солей даже в малых концентрациях, содержания воды в органическом слое не наблюдалось. Данные по растворимости в системе В-Б в присутствии хлорида натрия представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Данные по растворимости в системе вода (1) - бензол (2) в присутствии хлорида натрия (3)_

Содержание компонентов, % масс.

Исходная смесь Органический слой Водный слой

1 2 3 1 2 1 3

94,06 4,94 1,00 0,38 99,62 98,95 1,05

93,14 4,86 2,00 0,30 99,70 97,88 2,12

92,23 4,77 3,00 0,22 99,78 96,84 3,16

91,35 4,65 4,00 0,12 99,88 95,79 4,21

90,48 4,52 5,00 0,00 100,00 94,74 5,26

В ходе ректификационного анализа МАБ были установлены общие закономерности распределения компонентов по фракциям. Результаты эксперимента показали, что МАБ не может быть разделен на индивидуальные компоненты полностью.

В четвертой главе проведен термодинамико-топологический анализ (ТТА) структуры фазовой диаграммы жидкость-пар алкилата.

Размерности разделяемой смеси соответствует геометрическая фигура - пентатоп. Рассмотрена возможность разделения исходной смеси на индивидуальные компоненты с точки зрения термодинамики, выявлены ограничения, которые связаны с наличием в изучаемой многокомпонентной смеси двух бинарных азеотропов бензол-вода и вода-толуол. Данные по азеотропии в остальных бинарных составляющих алкилата не встречены. Исследование парожидкостного равновесия в тройных системах подтвердило предположение об отсутствии тройных азеотропов.

Состав алкилата формируют пять основных компонентов: бензол (Б), толуол (Т), вода (В), МАБ и ПАБ. Компоненты катализатора и продукты осмоления не вносят существенного изменения в ПЖР системы, поэтому их исключаем и учитываем количественно путем корректировки содержания ПАБ.

ПАБ является самым высококипящим компонентом алкилата и не образует азеотропов с другими составляющими, поэтому возможные варианты разделения смеси рассматривались на симплексе меньшей размерности - тетраэдре, представленном на рисунке 1.

Б(1)

Т(3) А22.з В (2)

Рисунок 1 - Фазовая диаграмма смеси Б-В-Т-МАБ (ПАБ)

Как видно из рисунка 1, в системе имеются шесть особых точек: четыре вершины, соответствующие чистым компонентам, и два азеотропа. Азеотроп Аг^в является неустойчивым узлом (N0, вершина МАБ (ПАБ) соответствует устойчивому узлу (N0*), вершины Б, В, Т и

азеотроп Агв.т - седла. Такое сочетание особых точек приводит к образованию одной области дистилляции и трех областей ректификации, разграниченных поверхностями Аг,234(5), Аг12Аг2з4(5). Фигуративная точка состава Р0 принадлежит к области ректификации А.%\2134(5). В данной области может быть реализована следующая последовательность разгонки смеси на индивидуальные компоненты.

По первому заданному разделению, когда в дистиллат выделяется целевой компонент -Оь предельным составом дистиллата будет азеотроп Б-В, а кубового продукта - смесь Б-Т-МАБ (ПАБ). Кубовый продукт в дальнейшем разделяется на сырьевые компонент бензол и толуол, отбираемые в дистиллят, составу куба будет соответствовать смесь МАБ и ПАБ, которая в дальнейшем также, подвергается разгонке.

Второе заданное разделение смеси Р0 позволяет отделить смесь легкокипящих компонентов 1, 2 ,3 в дистиллат, в кубе будет находиться целевой компонент МАБ (ПАБ).

Аналогично рассмотрены возможные, с точки зрения ТТА, варианты разделения алкилата и представлены на рисунке 2 в виде потоковых графов.

1-е заданное разделение

2-е заданное разделение

Рисунок 2 - Потоковые графы, соответствующие всем возможным вариантам разделения смеси Б(1)-В(2)-Т(3)-МАБ(4)-ПАБ(5)

Схемы потоковых графов послужили в дальнейшем синтезу ПТСР алкилата в производстве моноалкилбензолов.

Из десяти тройных систем исходной смеси, основные типы которых представлены на рисунке 3, в пяти отсутствуют бинарные азеотропы, в которых по правилу азеотропии не будет и тройных; четыре системы с одним азеотропом; одна система с двумя азеотропами.

1 1 1

а б в

Системы:

а - без азеотропов: Б-Т-МАБ, Б-Т-ПАБ, Б-МАБ-ПАБ, Т-МАБ-ПАБ; б - с одним азеотропом: Б-В-МАБ, Б-В-ПАБ, В-Т-МАБ, В-Т-ПАБ; в - с двумя азеотропами: Б-В-Т

Рисунок 3 - Типы трехкомпонентных систем исходной смеси

На основе ТТА структур диаграмм исходной смеси и ряда ее составляющих, проведен синтез возможных вариантов принципиальных технологических схем разделения (ПТСР) алкилата, из которых с учетом технологических условий, термодинамических и экологических ограничений предложены три альтернативных схемы, отличающихся:

- по экологическим показателям;

- по количеству разделительных элементов;

- организации процесса разделения во времени;

- размерности разделяемой смеси.

Здесь же приведены результаты параметрической оптимизации колонн и схем в целом всех альтернативных вариантов. На основе технико-экономических и экологических критериев осуществлен выбор окончательного варианта и проведено его сравнение с базисным.

Поэтапная параметрическая оптимизация технологических комплексов проводилась в вычислительном эксперименте.

Примечание: номера компонентов указаны в порядке возрастания температур кипения

Оптимальными считались параметры, позволяющие достичь заданную кондицию продуктов разделения при минимальных затратах энергии.

При изучении закономерностей процесса ректификации, количественные и качественные потоки определялись, исходя из производительности опытно-промышленной установки по алкилату (228,3 кг/ч) и его состава, представленного в таблице 3.

Таблица 3 - Состав алкилата в производстве МАБ

Компонент Бензол Вода Толуол МАБ ПАБ

Содержание, % масс. 48,50 0,18 1,30 47,45 2,57

Для всех ректификационных колонн оптимизация параметров режима проводилась по одному и тому же алгоритму. На первом этапе определялись граничные значения параметров и соответствующие им продуктовые множества. Следующим шагом являлся поиск диапазонов рабочих параметров, обеспечивающих получение кондиционных продуктов в области, ограниченной их предельными значениями. В свою очередь, из рабочего диапазона выбирали те параметры режима, которым соответствуют минимальные энергозатраты.

Рассмотрим альтернативные варианты разделения алкилата.

В варианте 1 (рисунок 4) предлагается выделение МАБ в комплексе колонн непрерывного и периодического действия.

На колонне непрерывного действия 1 в качестве дистиллата отбирается смесь низкокипящих компонентов (Б, В, Т), в кубовом продукте наряду с МАБ будет находиться ПАБ.

На колонне непрерывного действия 2 происходит разделение смеси МАБ-ПАБ. В дистиллат колонны отбирается МАБ, кубовым продуктом является ПАБ.

Дистиллат, получаемый на колонне 1, подвергается ректификации на колонне периодического действия 3, ввиду небольшой величины материального потока. В состав первой фракции отбирается азеотроп бензол-вода, который расслаивается в разделителе фаз 4. Бензол из расслаивателя возвращается на стадию алкилирования, а вода, содержащая небольшое количество бензола, поступает на очистные сооружения. В качестве второй фракции из колонны 3 отбирается бензол, находящийся в избытке по отношению к азеотропу, который также возвращается на стадию алкилирования. В кубе колонны периодического действия 3 остается толуол, возвращаемый на приготовление катализатора.

1,2 - ректификационные колонны непрерывного действия,

3 - ректификационная колонна периодического действия,

4 - расслаиватель

Рисунок 4 - Разделение алкипата по варианту 1

Результаты оптимизации режима работы ректификационных колонн для данного варианта представлены на рисунках 5, 6. По ходу графических зависимостей на рисунке 5 можно сделать вывод, что получить продукты заданного качества удастся при N=10, 11=35 или N=15,11=10. Оптимальными параметрами выделения фракции бензола является время отбора - 7 часов при N=5, Я=1.

В варианте 2 (рисунок 7) разделение смеси основано на периодической ректификации и базируется на тех же закономерностях, что и в варианте 1, с учетом получения в кубе колонны ПАБ и последовательном выделении продуктов:

а) "сырьевая" фракция (Аг^ 13/45);

б) целевой моноалкилбензол (4/5).

С целью накопления целевой фракции и увеличения выхода МАБ нами производилась выгрузка кубового продукта только после разгонки нескольких порций алкипата. Этим также достигалась необходимая стабилизация работы колонны.

2,65 -г

К и

8" Ц 2,50 § |

и & 2,45 ж е*

0,15

0,05 | £

и О

N=5

40 60

Флегм овое число, Я

а N=10

N=15

дистиллат — — — - кубовый продукт

- области кондиции

Рисунок 5 - Зависимость содержания толуола в дистиллате и кубовом продукте от флегмового числа и эффективности колонны 1

ч 1000 н

Б 800 -

ч а ё 600 ч

I Г 400 -

200 -

Ч Й 0 *

♦ Я=0,5

- области кондиции

Время, ч АЯ=1

• Я=2

Рисунок 6 - Зависимость количества дистиллата от времени при выделении бензола в колонне 3

Агв-в

алкилат

—-V-

Сточные воды

-> ПАБ

Т МАЕ

1 - ректификационная колонна периодического действия,

2 - расслаиватель

Рисунок 7 - Разделение алкилата по варианту 2

Вариант 3. В данном варианте аналогично варианту 1 используется комплекс колонн непрерывного и периодического действия (рисунок 8). Основная разница заключается в том, что предлагается разделение азеотропа бензол-вода с использованием азеотропной ректификации. По литературным данным определено, что в качестве азеотропного агента может быть применен этиловый спирт, образующий азеотроп с водой.

Разделение алкилата по варианту 3 осуществляется следующим образом.

На колонне 1 непрерывного действия отбираются легкокипящие примеси алкилата, которые поступают в куб колонны 2.

В колонну 3 периодического действия совместно с дистиллятом колонны 1 подается разделяющий агент - этанол (ЭС). В качестве первой фракции отбирается азеотроп этиловый спирт-вода, второй фракцией получаем чистый бензол, направляемый на стадию алкилирования. В качестве кубового продукта отбирается толуол.

На колонне непрерывного действия 2 происходит разделение кубового продукта колонны 1 на МАБ и ПАБ.

1,2 - ректификационные колонны непрерывного действия,

3 - ректификационная колонна периодического действия

Рисунок 8 - Разделение алкилата по варианту 3

Согласно разработанной ПТСР, азеотропный агент добавляется в колонну периодического действия 3. При определении расхода этилового спирта необходимо обеспечить такое его количество, которое исчерпает всю воду из куба колонны и позволит исключить потери сырьевого бензола. При его расчете учитывался состав азеотропа ЭС-В при атмосферном давлении (96% ЭС, 4% В). Принимаем количество добавки, соответствующее составу азеотропа и содержанию воды в разделяемой смеси - 10,2 кг/ч.

Данный вариант отличается высоким выходом сырьевого бензола на стадии разделения алкилата, но, учитывая высокую стоимость азеотропной добавки и сложность разделения гомогенного азеотропа этиловый спирт - вода, оптимизацию режима работы для схемы 3 не проводили и исключили из дальнейшего изучения.

Анализ материальных балансов разделения алкилата по вариантам 1 и 2 показал, что наиболее перспективным по экологическим показателям является вариант 1 (таблица 4).

Таблица 4 - Сопоставление предложенных вариантов разделения алкилата с базисным по эколого-экономическим критериям_

Экологические и экономические показатели, кг/т МАБ Варианты

Базисный 1 2

1. Дополнительное количество целевого продукта 0,0 40,0 0,0

2. Количество отходов 151,0 10,0 87,0

3. Выход дополнительного товарного продукта (ПАБ) 0,0 57,0 40,0

4. Количество сырьевых компонентов, возвращаемых в производство: - бензол - толуол 1042,0 0,0 1101,0 27,0 1101,0 27,0

Способ выделения МАБ на комплексе колонн непрерывного и периодического действия по варианту 1 позволяет получить дополнительно 59,0 кг бензола, 27,0 кг толуола, 57,0 кг ПАБ и 40,0 кг МАБ на 1 т производимого МАБ, тем самым сократить количество отходов на 93,4 %, а за счет выделения дополнительных количеств целевого МАБ и ПАБ получить экономическую прибыль от их продажи. При этом предотвращенный экологический ущерб от внедрения технологии составит 5798,4 тыс руб/год.

В пятой главе рассмотрены вопросы, связанные с очисткой сточных вод, образующихся на производстве в результате промывки реакционной смеси, готового продукта и оборудования. Сложность очистки данных сточных вод объясняется их качественным составом (таблица 5).

Таблица 5 - Состав реакционных сточных вод

Компонент Концентрация

масс. % кг /м3

Вода 65,71 734,60

Сульфат натрия 12,07 134,90

Толуол 7,00 78,30

Хлорид натрия 4,80 53,70

Бензол 4,67 52,20

Алкилбензолсульфокислота 4,00 44,70

Гидроксид алюминия 1,75 19,60

В результате проведенных экспериментальных исследований предложены: технологическая схема очистки сточной воды производства МАБ и водооборотный цикл для охлаждающей воды. Принципиальная технологическая схема очистки сточных вод представлена на рисунке 9.

1 - усреднитель; 2 - расслаиватель; 3 - емкость для продувочной воды; 4 - центрифуга; 5 - бак для органических веществ; 6 - бак соленой воды; 7 - электродиализатор

Рисунок 9 - Принципиальная схема очистки сточных вод производства моноалкиггбензолов

Потоки сточных вод со стадий промывки алкилата и МАБ собираются в смесителе 1. Расход промывочной воды - 0,4 м3 на 1 тонну моноалкилбензолов, что составляет 800 м3/год (0,1 м3/ч) при

объеме производства МАБ 2000 т/год. С учетом примесей в воде на очистку поступает около 900 м3 загрязненной воды в год.

В смеситель 1 также подаются продувочные воды, поступающие из охлаждающего водооборота в емкость 3. Далее вода направляется в расслаиватель 2, где легкие органические компоненты (толуол, бензол) поднимаются наверх, а взвешенные минеральные примеси оседают на дно аппарата. Органические вещества собираются в емкости 5. Вода, содержащая растворенные в ней соли, поступает в бак соленой воды 6 с фильтрующим элементом, а затем на установку электродиализного обессоливания воды 7. Осадок, образуемый в расслаивателе 2, подвергается отжиму на центрифуге периодического действия 4, фугат направляется в бак соленой воды 6. Для промывки центрифуги используется очищенная на электродиализаторе вода, которая затем поступает в усреднитель 1.

С целью сокращения количества потребляемой воды на охлаждение оборудования основного производства МАБ, и, соответственно, затрат на потребление воды создана водооборотная система.

Водопотребление на эти цели составляет 54,11 м3/ч. Для разработки водооборотного цикла составлен материальный баланс воды в системе, который учитывает потери, необходимые сбросы и добавления воды в систему для компенсации убыли из нее. Количество воды в системе оборотного водоснабжения должно поддерживаться постоянным - убыль возмещается добавляемой водой.

Удаляемые в результате очистки органические соединения (толуол и бензол) предполагается вторично использовать при производстве МАБ: бензол - в качестве основного сырья, толуол - для приготовления катализатора. Годовая потребность производства в бензоле составляет 2944 т, потребление толуола - 80 т/год.

Водооборотная система охлаждения позволит снизить расходы артезианской воды с 6,27 до 2,73 м3/ч и полностью исключить потребление речной воды (49,09 м3/ч).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

При решении задач, отвечающих поставленной ранее цели -разработка малоотходной ресурсосберегающей технологии и технологии очистки сточных вод в производстве моноалкилбензолов -получены следующие результаты:

1. Предложена принципиальная технологическая схема разделения алкилата с использованием комплекса колонн

непрерывного и периодического действия, которая позволит выделить дополнительное количество на 1т МАЕ: бензола - 59 кг, толуола - 27 кг, МАБ - 40 кг и ПАБ - 57 кг, а также на 94,0 % снизить количество отходов. При этом предотвращенный экологический ущерб от внедрения технологии составит 5798,4 тыс руб/год.

1. Предложена принципиальная технологическая схема очистки сточных вод производства МАБ, позволяющая вернуть в производство исходное сырье (116 т/год) и снизить количество потребляемой свежей воды (с 6,27 до 2,73 м3/ч) за счет создания замкнутого водооборотного цикла.

3. Впервые получены экспериментальные данные по равновесию жидкость-пар в 2 бинарных, 3 тройных системах и по растворимости жидкость-жидкость в присутствии солей для 4 систем; для 12 систем парожидкостное равновесие спрогнозировано с помощью уравнения ШШАС.

4. Проведено описание экспериментальных, литературных и спрогнозированных данных по парожидкостному равновесию в составляющих исходной смеси с помощью уравнения Вильсона. Получена математическая модель фазового пространства исходной пятикомпонентной смеси. Подтверждена адекватность воспроизведения моделью фазового равновесия жидкость-пар в изучаемых системах.

5. Проведен термодинамико-топологический анализ смеси. На его основе предложены три принципиальных технологических схемы разделения алкилата, которые отличаются набором разделительных элементов и размерностью разделяемой смеси.

6. Проведена оптимизация режимов работы разделительных элементов принципиальных технологических схем, предложенных на этапе синтеза вариантов, определены параметры, позволяющие при минимальных энергозатратах выделить из алкилата целевой компонент, непрореагировавшее сырье - бензол, побочный продукт -ПАБ.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Лазуткина, Ю.С. Способ выделения бензойной кислоты из продуктов жидкофазного окисления толуола [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, О.М. Горелова, Л.Ф.Комарова и др.// Патент РФ на изобретение №2215732 по заявке №2002119602 от 17.07.2002, зарегистрирован 10.11.2003.

2. Лазуткина, Ю.С. Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза: учебное пособие с грифом УМО [Текст]/

Л.Ф. Комарова, Ю.С. Лазуткина. - Барнаул. Изд-во Фонда «Алтай - 21 век», 2005. - 120 с. (гриф УМО).

3. Киняйкина (Лазуткина), Ю.С. Малоотходные технологии в химической промышленности [Текст]/ Ю.С. Киняйкина (Лазуткина), Л.Ф.Комарова, О.М. Горелова, Л.В. Полякова// Экология и промышленность России. - 2002. - № 5. - С.10-12.

4. Киняйкина (Лазуткина), Ю.С. Изучение основных физико-химических свойств смесей производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Киняйкина (Лазуткина), И.А. Гашке, Н.В. Сорока// Химия и химическая технология в XXI веке: материалы III региональной студенческой науч.-практ. конф. - Томск, 2002. - С.140-141.

5. Киняйкина (Лазуткина), Ю.С. Изучение основных физико-химических свойств компонентов производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Киняйкина (Лазуткина), Л.Ф.Комарова, Л.В. Полякова// Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс 8-2002): доклады 8-й междунар. науч.-практ. конф. - Томск: Том. ун-т, 2002. - С. 105-107.

6. Лазуткина, Ю.С. Исследования по ректификационному разделению азеотропной смеси бензол-вода, образующейся в производстве МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, И.А. Гашке, Н.В. Сорока// Химия и хим. технология в XXI веке: материалы IV Всерос. студ. науч.-практ. конф. - Томск, 2003. - С. 135.

7. Лазуткина, Ю.С. Исследования по созданию малоотходной экологически безопасной технологии производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф.Комарова, Л.В. Полякова// Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс 9-2003): доклады 9-й междунар. науч.-практ. конф. - Томск: Том. ун-т, 2003. - С. 49-51.

8. Киняйкина (Лазуткина), Ю.С. Создание малоотходных технологий в производствах основного органического синтеза [Текст]/ Л.Ф. Комарова, Ю.С. Киняйкина (Лазуткина), О.М. Горелова, И.А. Бахтина// Совершенствование и организация научных исследований по тематическим планам Вузов МО России» за 1999-2001 годы: доклады конф. - Москва, 2002. - С. 38-40.

9. Лазуткина, Ю.С. Оптимизация процесса разделения реакционной смеси производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф.Комарова, Л.В. Полякова// Технология органических веществ и высокомолекулярных соединений: материалы регион, науч.-практ. конф. - Томск: ТПУ, 2003. - С. 190-192.

Ю.Лазуткина, Ю.С. Изучение физико-химических свойств компонентов алкилата при создании экологически чистой технологии производства МАБ [Текст]/ О.В. Богатырь, Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. КомарЬва'/' Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ: материалы VIII междунар. эколог, студенческой конф. - Новосибирск: НГУ, 2003. - С. 119-120.

11. Лазуткина, Ю.С. Разработка методики хроматографического анализа реакционной смеси при оптимизации процесса получения МАБ [Текст]/ С.С. Ходакова, Т.М. Белоусова, Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова'/ Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ: материалы VIII междунар. эколог, студенческой конф. - Новосибирск: НГУ, 2003. - С. 131-133.

12. Лазуткина, Ю.С. Оптимизация узла разделения азеотропной смеси бензол - вода при разработке малоотходной технологии производства МАБ [Текст]/ Н.С. Бондарева, Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова// Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ: материалы VIII междунар. эколог, студенческой конф. - Новосибирск: НГУ, 2003.-С. 152-154.

13. Лазуткина, Ю.С. Исследования по созданию малоотходных технологических процессов для производств основного органического синтеза [Текст]/ О.М. Горелова, Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова// Успехи в химии и химической технологии: сборник научных трудов междунар. конф. молодых ученых - Москва, 2003. - С. 67-70.

14. Лазуткина, Ю.С. Изучение закономерностей ректификационного разделения алкилата при создании малоотходной технологии производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова, Л.В. Полякова// Инженерная экология. - 2004. - № 1. - С. 3139.

15. Лазуткина, Ю.С. Решение вопросов энергосбережения при создании малоотходной технологии производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова// Химия - XXI век: Новые технологии, новые продукты: материалы междунар. науч.-практ. конференции. -Кемерово, 2004. - С. 94-97.

16. Лазуткина, Ю.С. Решение экологических проблем при создании экологически безопасной технологии производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, О.В. Богатырь, Н.С. Бондарева, Л.Ф. Комарова// Эколого-эконом. проблемы регион, товарных рынков: материалы межрегион, науч.-практич. конф. - Красноярск, 2004. -С. 197-199.

17. Лазуткина, Ю.С. Исследования по получению товарного МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова, Л.В. Полякова// Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс 10-2004): доклады 10-й междунар. науч.-практич. конф. - Томск: Том. ун-т, 2004. - С 90-92.

18.Лазуткина, Ю.С. Исследования по разработке малоотходной технологии производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова, Л.В. Полякова// Ползуновский вестник. - 2004 г. - № 2. - С. 121-126.

19. Лазуткина, Ю.С. Оптимизация процесса разделения алкилата в производстве МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова// Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий: материалы III Всерос. науч. конф. - Томск: ТПУ, 2004. - С.69-70.

20. Лазуткина, Ю.С. Решение экологических проблем при оптимизации технологии производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, О.В. Богатырь, Н.С. Бондарева, Л.Ф. Комарова// Молодежь и наука -третье тысячелетие: материалы Всерос. конф. - Красноярск, 2004 - С. 227-230.

21. Лазуткина, Ю.С. Разработка малоотходной технологии производства МАБ [Текст]// Студенты, аспиранты и молодые ученые -малому наукоемкому бизнесу («Ползуновские фанты»): материалы 9-го Всероссийского слета студентов, аспирантов и молодых ученых-лауреатов конкурса Министерства образования и науки РФ и Гос.

&Ъ6<г 200^4

27365

Фонда содействия развитию малых форм предприятии 7 йкуЧЬо-технической сфере. - Барнаул: АлтГТУ, 2004 - С. 128-130.

22. Лазуткина, Ю.С. Проблемы экологической безопасности при производстве МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова// Регион, аспекты обеспечения соц. безопасности населения юга Западной Сибири - проблемы снижения рисков и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: материалы междунар. науч.-практич. конф. - Барнаул: Азбука, 2004. -С.152-153.

23.Лазуткина, Ю.С. Исследования по очистке сточных вод производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, О.В. Богатырь, Л.Ф. Комарова// Химия и химическая технология в XXI веке: материалы VI Всероссийской студ. науч.-практич. конф. - Томск, 2005. - С. 264-267.

24. Лазуткина, Ю.С. Использование основных принципов рационального природопользования при разработке малоотходной технологии производства МАБ [Текст]/ Ю.С. Лазуткина, О.В. Богатырь, Н.С. Бондарева, Л.Ф. Комарова// Молодежь и наука - третье тысячелетие: материалы Всероссийской науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. - Красноярск, 2005 - С. 339-343.

Подписано в печать 14.11.05 г. Формат 60^84 1/16 Печать - ризография. Усл.п.л. 1,39 Тираж 100 экз. Заказ 2005 -

Отпечатано в типографии АлтГТУ 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД№ 28-35 от 15.07.97 г.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Лазуткина, Юлия Сергеевна

Введение

1. Решение вопросов ресурсосбережения в производстве моноалкилбензолов

1.1 Свойства МАБ и область их применения

1.2 Способы получения МАБ

1.3 Регенерация катализаторов и утилизация отходов производства МАБ

1.4 Проблемы загрязнения гидросферы

1.5 Очистка органо-минеральных сточных вод в производстве органического синтеза

1.6 Разработка малоотходных ресурсосберегающих технологических схем ректификационного разделения многокомпонентных смесей

1.7 Разделение азеотропных и близкокипящих смесей при синтезе технологических схем разделения

1.8 Цели и задачи работы

2. Методика анализа и эксперимента

2.1 Очистка веществ

2.2 Хроматографический анализ

2.3 Исследование фазовых равновесий 43 2.4. Вычислительный эксперимент по ректификации

3. Экспериментальная часть

3.1 Экспериментальное изучение равновесия жидкость-пар

3.2 Прогнозирование ПЖР при помощи групповой модели ЦМРАС

3.3 Математическое описание ПЖР

3.4 Изучение свойств азеотропов

3.5 Ректификационный анализ разделения МАБ

3.6 Изучение растворимости органических веществ в воде в присутствии минеральных солей

4 Термодинамико-топологический анализ структуры фазовой диаграммы * алкилата и синтез принципиальных технологических схем разделения

4.1 Термодинамико-топологический анализ структуры фазовой диаграммы алкилата

4.2 Синтез альтернативных вариантов принципиальных технологических схем разделения алкилата

4.3 Оптимизация режимов альтернативных схем разделения

4.4 Сравнение вариантов разделения МАБ по эколого-экономическим показателям 88 5. Разработка принципиальной технологической схемы очистки сточных

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и очистка сточных вод при производстве моноалкилбензолов"

Актуальность темы исследования. Научно-техническая революция, ставшая возможной в результате открытий в химии, физике, биологии и других науках, намного расширила возможности использования природных ресурсов, но вместе с тем и усложнила взаимоотношения человека с окружающей природной средой, внося весьма заметные и непредвиденные изменения в экологические системы, в регуляцию биосферы в целом. Объемы и темпы техногенного загрязнения окружающей среды достигли такого уровня, что оно превратилось в одну из важнейших проблем современности. В связи с этим, все большую актуальность и значимость приобретает возможность экологизации промышленности, а именно совершенствование существующих технологий, разработка новых малоотходных технологических процессов, соответствующих требованиям ресурсосбережения.

Промышленность основного органического синтеза вносит большой вклад в образование жидких и твердых отходов, которые зачастую являются экотоксикантами и ведут к потерям значительного количества: ценных компонентов, а также загрязняют природные воды токсичными компонентами. Разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и систем' водоочистки в рассматриваемой отрасли позволит снизить затраты энергии, сократить нормы расхода сырья и уменьшить нагрузку на окружающую среду.

Все вышесказанное актуально и для производства моноалкилбензолов, которые имеют широкий спектр применения в различных отраслях промышленности и пользуется спросом, как на российском, так и на мировом рынке.

В России единственным крупнотоннажным производителем моноалкилбензолов (МАЕ) является ООО «ПО Киришинефтеоргсинтез». Его мощности составляют 50 тысяч тонн в год МАБ, из которых 70% ориентировано на экспорт. Поэтому с большой уверенностью можно говорить об огромной востребованности МАБ на российском рынке. В результате чего ФГУП «Бийский олеумный завод» на ООО «Полиэстер» внедрило технологическую линию по производству данного продукта.

Самый распространенный способ получения моноалкилбензолов, основан на жидкофазном каталитическом алкилировании бензола а-олефинами. Продукт алкилирования (алкилат), содержащий помимо МАБ, бензол, полиалкилбензолы (ПАБ), компоненты катализатора (толуол) и другие примеси, разделяют методом ректификации на комплексе колонн непрерывного действия. На стадии разделения алкилата образуется значительное количество отходов, подвергающихся термической деструкции, что сопровождается с одной стороны, потерями непрореагировавшего сырья, целевого и побочных компонентов, с другой-вносится дополнительный вклад в загрязнение окружающей среды. Также в процессе получения целевого МАБ образуется большое количество сточных вод, которые содержат органические и минеральные примеси.

Основные этапы работы изображены на граф - плане исследований.

Граф - план исследований по разработке малоотходной технологии и очистки сточных вод производства моноалкилбензолов

Всероссийского конкурса «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу «Ползуновские гранты» (2004 г.) и по тематике Проблемной научно-исследовательской лаборатории АлтГТУ «Технология рекуперации вторичных материалов промышленности».

Степень научной разработанности проблемы. Вопросам разработки малоотходных технологий в производствах химической промышленности, изучению теоретических основ процесса ректификации посвящены труды отечественных ученых научной школы Жарова В.Т. и Серафимова Л.А. Ими разработаны основы термодинамике - топологического анализа, нашедшие применение в работах научной школы кафедры химической техники и инженерной экологии - Гарбера Ю.Н., Комаровой Л.Ф., Поляковой Л.В., Инютина С.М., Бахтиной И.А., Гореловой О.М. и др., опубликованных в «Журнале прикладной химии», «Инженерной экологии», «Экологии и промышленности России», «Теоретических основах химической технологии», «Известиях ВУЗов», «Химии растительного сырья» и др.

Лазуткиной Ю.С. в соавторстве с Гореловой О.М. и Комаровой Л.Ф. получен патент РФ на изобретение №2215732 по заявке №2002119602 от 17.07.2002, зарегистрирован ЮЛ 1.2003.

Цель работы: разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и очистка сточных вод при производстве моноалкилбензолов.

Основные задачи:

- разработка технологической схемы очистки воды в производстве моноалкилбензолов и создание замкнутого водооборотного цикла;

- разработка методики хроматографического анализа;

- изучение равновесия жидкость-пар с последующим его математическим описанием;

- изучение растворимости жидкость-жидкость в присутствии солей;

- проведение термодинамико-топологического анализа исходной смеси и синтез на его основе принципиальных технологических схем разделения (ПТСР).

Объект исследования: производство моноалкилбензолов.

Предмет исследования: алкилат, сточные воды производства моноалкилбензолов.

Научная новизна:

- впервые получены экспериментальные данные по равновесию жидкость-пар в 2 бинарных, 3 тройных системах; для 12 бинарных систем парожидкостное равновесие спрогнозировано по уравнению НМЛ7АС, проведено математическое описание парожидкостного равновесия с использованием уравнения Вильсона в бинарных и трехкомпонентных системах;,

- изучена растворимость жидкость-жидкость в присутствии солей для 4 тройных систем;

Практическая значимость:

- технологические схемы разделения алкилата могут быть реализована в производствах моноалкилбензолов;

Апробация работы. Материалы диссертации ежегодно докладывались на научно-практических конференциях АлтГТУ (Барнаул, 2002-2005 г.г.), на Региональной научно-практической конференции «Технология органических веществ и высокомолекулярных соединений» (Томск, 2003 г.), на VIII Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (Новосибирск, 2003 г.), Международной конференции молодых ученых «Успехи в химии и химической технологии» (Москва, 2003г.), Международной научно-практической конференции «Химия - XXI век: Новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2004 г.),: 10-й Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс 10-2004)» (Новосибирск, 2004 г.), VI Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 работ, в том числе патент РФ, учебное пособие с грифом УМО, 3 статьи в рецензируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, приложений. Работа изложена на 144

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Лазуткина, Юлия Сергеевна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

При решении задач, отвечающих поставленной ранее цели -разработка малоотходной ресурсосберегающей технологии и технологии очистки сточных вод в производстве моноалкилбензолов - получены следующие результаты:

1. Предложена принципиальная технологическая схема разделения алкилата с использованием комплекса колонн непрерывного и периодического действия, которая позволит выделить дополнительное количество на 1т МАБ: бензола - 59 кг, толуола - 27 кг, МАБ - 40 кг и ПАБ - 57 кг, а также на 94,0 % снизить количество отходов. При этом предотвращенный экологический ущерб от внедрения технологии составит 5798,4 тыс руб/год.

2. Предложена принципиальная технологическая схема очистки сточных вод производства МАБ, позволяющая вернуть в производство исходное сырье (116 т/год) и снизить количество потребляемой свежей о воды (с 6,27 до 2,73 м/ч) за счет создания замкнутого водооборотного цикла.

6. Проведена оптимизация режимов работы разделительных элементов принципиальных технологических схем, предложенных на этапе синтеза вариантов, определены параметры, позволяющие при минимальных энергозатратах выделить из алкилата целевой компонент, непрореагировавшее сырье — бензол, побочный продукт — ПАБ.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Лазуткина, Юлия Сергеевна, Барнаул

1. Абрамзон, A.A. Моющее действие компонентов синтетических моющих средств/ A.A. Абрамзон, A.A. Котомин //Журнал прикладной химии. -2000.-Т.73., вып. 11.- С.1902-1903.

2. Магеррамов, М.Н. Алкилирование бензола головной фракцией полимеризата а-олефинов и применение полученных алкилбензолов в производстве ПАВ/ М.Н. Магеррамов, А.Г. Лютфалиев, М.И. Рудь и др.// Журнал прикладной химии. 1990, № 8. - С. 1889-1892.

3. Юкельсон, И.И. Технология основного органического синтеза/ И.И. Юкельсон. М.: Химия, 1968. - 848 с.

4. Бюлер, К. Органические синтезы/ К. Бюлер, Д.Пирсон. М.: Мир, 1973.-620 с.

5. Общая химическая технология органических веществ/ Д.Д. Зыков, В.А. Деревицкая, Е.Б. Тростянская и др.. М.: Химия, 1966. - 608 с.

6. Пат.2185358С2. Алкилирование бензола с образованием линейных алкилбензолов, используя фторсодержащий модернит/ Нифтон Джон Ф, Анантанени Пракаса Pao, Дай П. Юджен. Заявл. 10.02.97; Опубл. 20.07.02.

7. Пат. 2173677С2. Двухстадийный способ алкилирования бензола с образованием линейных алкилбензолов/ Нифтон Джон Ф, Анантанени Пракаса Pao. Заявл. 08.05.97; Опубл. 20.09.2001.

8. Материалы Web-сайта www.intercharm.ru от 27.10.04.

9. Замятина, 3. H. Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду/ 3. Н. Замятина, JI. Ф. Комарова. Барнаул: изд-во Азбука, 2003. - 178 с.

10. A.c. 2181350С1. Способ получения алкилбензолов/ Тыщенко Ю.А. и др. Заявл. 23.11.2000; Опубл. 20.04.2002.

11. Пат. 96106598/04. Способ получения алкилароматических соединений/ Маргулис М.А., Васильченко C.B., Поролло В.А. Заявл.22.11.96; Опубл. 27.04.98.

12. Пат.2169134. Способ получения линейных алкилбензолов/ Радичи Пьерино, Коцци Пьерлуиджи, Онтано Розанна, Цатта Агостино. Заявл.14.07.1999; Опубл. 20.06.2001.

13. Назимок, В.Ф. Жидкофазное окисление алкилароматических углеводородов/ В. Ф. Назимок, В.И. Овчинников, В.М. Потехин. М.: Химия, 1987.- 240с.

14. A.c. 595271С07. Способ очистки реакционной массы, полученной при алкилировании бензола олефинами, от катализатора хлористого алюминия/ Паниди И.С., Бухгалтер Л.Б. и др. Заявл. 27.02.76; Опубл. 28.02.78.

15. Питьевая вода: Влияние водного фактора на здоровье человека// Экологический вестник. 2002, - №6, - С. 53-60.

16. Охрана окружающей среды в России: Статистический сборник. -М.: Госкомстат России.-1998.-202 с.

17. Государственная стратегия использования, восстановления и охраны водных объектов России.- М.: Министерство природных ресурсов, 2001.-65с.

18. Порядин, А.Ф. Состояние бассейнов великих рек России/ А.Ф Порядин// Экология и жизнь. 2000, - №2, - С. 50-53.

19. Савкин, В.М. Ресурсы поверхностных вод Западной Сибири и их качество/ В.М. Савкин// Обской вестник .-1996, №1.-С. 22-31.

20. Тимонин, A.C. Инженерно-экологический справочник/ A.C. Тимонин. Т.2. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. - 884 с.

21. Лазуткина, Ю.С. Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза/ Л.Ф. Комарова, Ю.С. Лазуткина// Учебное пособие. Барнаул. Изд-во Фонда «Алтай - 21 век», 2005. - 120 с. (гриф УМО).

22. Кафаров, В.В. Принципы создания безотходных химических производств/ В.В. Кафаров. М.: Химия, 1982. - 288 с.

23. Кафаров, В.В. Анализ и синтез химико-технологических систем/ В.В. Кафаров, В.П. Мешалкин. М.: Химия, 1991.-432 с.

24. Серафимов, Л.А. Теоретические принципы построения технологических схем ректификации неидеальных многокомпонентных смесей .- Дисс. докт. техн. наук/ Серафимов Л.А.- М.: МИТХТ, 1968.383 с.

25. Жаров, В.Т. Термодинамико-топологические исследования открытых фазовых процессов и нелокальных закономерностей диаграмм фазового равновесия в гетерогенных системах различного типа. Автореф. дисс. докт.хим.наук. - Л.: ЛГУ, 1968. - 21 с.

26. Жаров, В.Т. Физико-химические основы дистилляции и ректификации/В.Т. Жаров, Л.А. Серафимов. Л.: Химия, 1975. - 240 с.

27. Лазуткина, Ю.С. Способ выделения бензойной кислоты из продуктов жидкофазного окисления толуола/ Ю.С. Лазуткина, О.М. Горелова, Л.Ф.Комарова и др.// Патент РФ на изобретение №2215732 по заявке №2002119602 от 17.07.2002, зарегистрирован 10.11.2003.

28. Боулдинг, К. Общая теория систем скелет науки/ К. Боулдинг. -М. : Прогресс, 1969. - С. 106-124.

29. Wilson, G. M. Vapor-liquid equibibria 11. A new expression for the excess free energy of mixing/ G. M. Wilson// Joum. of American Chemical Sosiety. 1964. - V.86, N 2. -P.127-137.

30. Машинный расчет парожидкостного равновесия многокомпонентных смесей/ Под ред. Праузница Дж. М., Эккерта К.А., Орай Р.В. М.: Химия, 1971.-214 с.

31. Tsuboko, Т. Modified Wilson equeation for vapor-liquid and liquidliquid equilibria/ T. Tsuboko, T. Katayama// Joum. ofChem. Eng. of Jap. 1975. - V.8,N3.- P. 181-187.

32. Renon, H. Locol compositions in fhermodinamie exess functions for liquid mixtures/ H. Renon, J.M. Prausnitz// American Institute of Chemical Engineering Joum. -1968. V. 14, NL- P. 135-144.

33. Abrams, D.S. Statistical thermodinamics of liquid mixtures: A new expression for the exess Gibbs energy of partlu or completely miscible sustems/ D.S. Abrams, J.M. Prausnitz// AICHE Joum. 1975. - V21, N 1. - P.l 16-128.

34. Fredenslund, A. Group contribution extimation of activirty coeffitiens in nonideal liquid mixtures/ A. Fredenslund, E.L. Janes, J.M. Prausnitz// AICHE Joum. 1975. - V21, N 6.-P.1086-1089.

35. Абрамов, B.E. Равновесие жидкость-пар в системах, содержащих полупродукты синтеза бензойной кислоты/ В.Е. Абрамов, Н.А. Смирнова// Ред. журн. «Вестник ЛГУ». С-Пб, 1988.-16 е.- Деп. в ОНИИТЕХИМ2010.88, №89-хп 89.

36. Уэйлес, С. Фазовые равновесия в химической технологии/ С. Уэйлес. Ч. 1, 2. - М.: Мир, 1989.-304 с.

37. Абрамов, В.Е. Равновесие жидкость-пар в системах, содержащих полупродукты синтеза бензойной кислоты/ В.Е. Абрамов, Н.А. Смирнова// Ред. журн. «Вестник ЛГУ». С-Пб, 1989.-18 е.- Деп. в ОНИИТЕХИМ1205.89, №89-хп 89.

38. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей/ Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд. JI. : Химия, 1982. - 592 с.

39. Гельперин, H.H. Основные процессы и аппараты химической технологии/ H.H. Гельперин. М.: Химия, 1981. - 810 с

40. Платонов, В.И. Разделение многокомпонентных смесей/ В.И. Платонов, Б.Г. Берго. -М.: Химия, 1965.-366 с.

41. Bossen Bjame, S., Jorgensen StenBay, Gani Rafigue. Simulation, design, and analysis ofazeotropic distilation operations// Ind. and Eng. Chem. Res. 1993.- N4. -P.620-633.

42. Tang Linshu. A binary iteration method for solving MEHS equations for distillation tower// J. Chem. hid. Eng. 1992. - N 6. - P.705-711.

43. A modified Broyden-Householder algorithm for solving multicomponent distillation problems./ Liu Fangzhi, Han Fangyu, Ding Huihua, Yamada Ddho.//J. Chem. Eng. Jap. 1992. - V.25, N 1. - P.97-100.

44. Гельперин, Н.И. Структура потоков и эффективность колонных аппаратов химической промышленности/ Н.И Гельперин, B.JI. Пебалк, А.Е. Костанян. М.: Химия, 1977. - 264 с.

45. Kohler Jürgen, Haverkamp Hans, Schadler Nordert Zur diskonfinuierlichen Rektifikation azeotroper Gemische mit Hilfssoffeinsatz// Chem.-Ing. Techn.- 1995.- V. 64, № 8.- S. 967-971.

46. Бахтина, И.А. Разработка малоотходной технологии производства бутилцеллозольва: Дисс. канд.техн.наук. Барнаул, 1998.-189 с.

47. Марченко, И.М. Разработка процесса ректификации водной смеси органических растворителей с целью их рекуперации в производстве видеолент: Дисс. канд.техн.наук Барнаул, 1987.- 256 с.

48. Свентославский, В. Азеотропния и полиазеотропия/ В. Свентославский. М.: Химия, 1968.- 243 с.

49. Инютин, С.М. Выбор разделяющих агентов в азеотропной и экстрактивной ректификации с помощью ЭВМ: Дисс.канд.техн.наук.-Барнаул, 1983.-205 с.

50. Кафаров, В.В. Основы массопередачи/ В.В. Кафаров.- 3-е изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1970.- 439 с.

51. Кива, В.Н. Нелокальные закономерности хода линий процесса простой дистилляции в простых системах/ В.Н. Кива, Л.А. Серафимов // ЖФХ, 1973, № 3. С. 638-642.

52. Серафимов, JI.A. Основные свойства а-многообразий и их расположение в концентрационных пространствах/ JI.A. Серафимов, Ю.Е. Голберг, В.Н. Кива, Т.А. Витман // Ивановский энергетический институт. Сб. научн. тр., Иваново-Владимир, 1972. С. 166-179.

53. Богданов, B.C. Локализация к- и а- линий при анализе диаграмм равновесия жидкость-пар/ B.C. Богданов, В.Н. Кива// ЖФХ, 1977, Т.51, № 6. С.1349-1352.

54. Соболев, Д.Н. О границах областей дистилляции/ Д.Н. Соболев, И.Л. Шульгин, В .А. Ловчеков, Ю.И. Маленко// ЖПХ, 1980. Т. 53, № 11. С. 2566-2568.

55. Кива, В.Н. О локализации границ областей дистилляции в тройных системах/ В.Н. Кива, Л.А. Серафимов// ЖФХ, 1975. Т.49, №11. С. 2979-2980.

56. Кива, В.Н. О локализации разделяющих линий при периодической ректификации тройных смесей/ В.Н. Кива, Л.А. Серафимов //ЖФХ, 1976. Т.50, № 10. С.2481-2483.

57. Коган, В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация/ В.Б. Коган. С-Пб.: Химия, 1971.- 431 с.

58. Инютин, С.М. Влияние свойств чистых компонентов разделяемой пары на параметр селективности/ С.М. Инютин, Л.Ф. Комарова, Ю.Н. Гарбер, Л.А. Серафимов// ЖПХ, 1981. Т. 54, № 12. С. 2666-2672.

59. Инютин, С.М. Влияние свойств разделяющего агента и компонентов разделяемой смеси на параметр селективности/ С.М.

60. Инютин, Л.Ф. Комарова, Ю.Н. Гарбер, Л.А. Серафимов// ЖПХ, 1983. Т. 56, №7. С. 1599-1603.

61. Инютин, С.М. Автоматизированная система поиска разделяющего агента/ С.М. Инютин, Л.Ф. Комарова, Ю.Н. Гарбер// ТОХТ, 1984. Т. 18, № 1.С. 102-105.

62. Инютин, С.М. Выбор разделяющих агентов в ректификации с помощью ЭВМ/ С.М. Инютин, Л.Ф. Комарова, Ю.Н. Гарбер// Сб. V Всесоюзная конференция по теории и практике ректификации, Северодонецк, 1984.-С. 192-195.

63. Вайсбергер, А. Органические растворители. Физические и химические методы очистки/ А. Вайсбергер, Э. Проскауэр, Дж. Риддик. -М., 1958,-518 с.

64. Гиттис, С.С. Практикум по органической химии: Учебное пособие/ С.С. Гитис, А.И. Глаз, A.B. Иванов. М.: Химия, 1991, 303 с.

65. Гордон, А. Спутник химика/ А. Гордон, Р. Форд М.: Мир, 1976. - 544 с.

66. Беккер, Г. Органикум/ Г. Беккер, В. Бергер, Г. Домшке. М.: Мир, 1979. - 448 с.

67. Юрьев, Ю.К. Практические работы по органической химии/ Ю.К. Юрьев// ВыпЛи 2.- М.: Издательство московского университета, 1966.-420с.

68. Справочник химика: Ред. Никольский.- т.2.- М.- Л., 1963.- 1168с.

69. Вяхирев, Д.А. Руководство по газовой хроматографии/ Д.А. Вяхирев, А.Ф. Шушунова. М.: Высшая школа, 1987. - 335 с.

70. Анваер, Б.И. Руководство по газовой хроматографии/ Б.И. Анваер, В.П. Шварцман, А.Ф. Шляхова// Под ред. Л.А. Жуховицкого. М.: Мир, 1969. - 503 с.

71. G. Schomburg, R. Koster, D. Henneberg, Z. anal. Chem., 170, 285 (1959).

72. S. Dal Nogare, L.W. Safranski, Anal. Chem., 30, 894 (1958).

73. E.R. Adlard, В.Т. Whitham, II Symposium on Gas Chromatography, Amaterdam, D. H. Desty, Butterworths Sei. Pub., 1958.

74. J.L. Ogilvic, M.C. Simmons, G.P. Hinds, Anal. Chem., 30, 25 (1958).

75. Лейбниц, Э. Руководство по газовой хроматографии/ Э. Лейбниц, X. Г. Штруппе.-М.: Мир, 1988.-С. 510.

76. Столяров, Б.В. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии. Учебное пособие для ВУЗов./ Б.В. Столяров, И.М. Савинов, А.Г. Витенберг// Под ред. проф. Б.В. Иоффе 2-е изд., переработанное-Л.: Химия, 1978.-288с.

77. Коган, В.Б. Равновесие между жидкостью и паром/ В.Б. Коган, В.М. Фридман, В.В. Кафаров. М., Л.: Наука, 1966.- т. 1-2. - 1357с.

78. Морачевский, А.Г. Термодинамика равновесия жидкость-пар/ А.Г. Морачевский, М.А. Смирнова, Е.М. Пиотровская и др. JL: Химия, 1989.-344 с.

79. Киселев, В.Б. Справочник по растворимости. В 2-х томах./ В.Б. Киселев, В.М. Фридман, В.В. Кафаров. JL: Издательство Академии наук СССР, 1962. - 1960 с.

80. Трейбал, Р. Жидкостная экстракция/ Р.Трейбал. М.: Химия, 1966.-724с.

81. Френсис, А. Равновесие жидкость жидкость/ А. Френсис. - М.: Химия, 1969.-238 с.

82. Терехин, В.П., Шмелев А.С., Громыхалин С.А. Устойчивый релаксационный метод расчета сложной ректификационной колонны/ В кн. Производство углеводородных растворителей. М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1979. -С.54-57.

83. Давыдян, А.Г. Особенности процессов периодической ректификации в колоннах разного типа: Дисс.канд.техн.наук М.: НИФХИ, 1991.- 162 с.

84. Равновесие жидкость-пар/Людмирская Г.С., Барсукова Т.А., Богомольный A.M. и др.// Под ред. А.М.Богомольного. JL: Химия, 1987. -336 с.

85. ХТФ./ АлтГТУ им И.И. Ползунова. Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2002. -С.22-23.

86. Уэйлес, С. Фазовые равновесия в химической технологии: В 2-х ч./ С. Уэйлес. Ч. 1, 2.-М.: Мир, 1989.-304 с.

87. Горелова, О.М. Разработка малоотходной технологии в производстве бензойной кислоты: Дисс. канд.техн.наук Барнаул, 2000. -170 с.

88. Огородников, С.К. Азеотропные смеси. Справочник/ С.К. Огородников, Е.М. Лестева, И.Б. Коган// Под ред. проф. Когана И.Б. Л.: Химия, 1971.-848 с.

89. Справочник по растворимости: Ред. Кафаров В.В. Т. 1, т. 2. М., -Л., 1963.-С. 946.

90. Жаров, В.Т. Процессы открытого испарения многокомпонентных гомогенных растворов/ В.Т.Жаров// ЖФХ, 1967, т. 41, №11.-С. 2865-2872.

91. Жаров, В.Т. Процессы открытого испарения многокомпонентных гомогенных растворов. Четырехкомпонентные системы/ В.Т. Жаров// ЖФХ, 1968, т. 42, № 1, с. 116-122.

92. Бабич, C.B. Разработка технологической схемы ректификации легкокипящей фракции оксидата прямогонного бензина методом ТТА. -Дисс.канд.техн.наук. -М., 1970. — 138 с.

93. Сторонкин, A.B. Термодинамика гетерогенных систем/ A.B. Сторонкин JI.: ЛГУ, 1967, ч. 1,2 - 466 с.

94. Серафимов, Л.А. Правило азеотропии и классификация многокомпонентных смесей. Смеси, содержащие п- компонентов/ Л.А. Серафимов// ЖФХ, 1969, т. 43, № 7. С. 1753-1758.

95. Серафимов, Л.А. Метод исследования структуры диаграмм фазового равновесия жидкость-пар многокомпонентных смесей/ Л.А. Серафимов, Г.Б. Лехова, Т.М. Кушнер// Труды Ивановского энергетического института, Иваново- Владимир, 1972, вып. 14. С. 166179.

96. Огородников, С.К. Азеотропные смеси. Справочник/ Под ред. проф. Когана И.Б.: Химия. Л., 1971, 848 с.

97. Хорсли, Л. Таблицы азеотропных смесей/ Л. Хорсли. М., 1951. - 292 с.

98. Лазуткина, Ю.С. Изучение закономерностей ректификационного разделения алкилата при создании малоотходной технологии производства МАБ/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова, Л.В. Полякова// Инженерная экология. 2004. - № 1. - С. 31-39.

99. Киняйкина (Лазуткина), Ю.С. Малоотходные технологии в химической промышленности/ Ю.С. Киняйкина (Лазуткина). Л.Ф.Комарова, О.М. Горелова, Л.В. Полякова// Экология и промышленность России. 2002. - № 5. - С. 10-12.

100. Лазуткина, Ю.С. Исследования по разработке малоотходной технологии производства МАБ/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова, Л.В. Полякова// Ползуновский вестник. 2004 г. - № 2. - С. 121-126.

101. Международной научно-практической конференции Барнаул: Азбука, 2004. - С.152-153.

102. Коган, В.Б. Азеотропная и экстрактивная ректификация/ В.Б. Коган. Л.: Химия, 1971. - 432 с.

103. Лазуткина, Ю.С. Оптимизация процесса разделения алкилата в производстве МАБ/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова// Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий: Материалы III Всероссийской научной конференции Томск: ТПУ, 2004. - С.69-70.

104. Лазуткина, Ю.С. Решение экологических проблем в производстве моноалкилбензолов/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф. Комарова// Актуальные проблемы экологии: сборник научных работ: т.З, № 3, Томск: Сибмедуниверситет, 2004. С. 463.

105. Багатуров, С.А. Основы теории и расчета перегонки и ректификации/ С.А. Багатуров. М.: Химия.- 1974.- 440 с.

106. Сартакова, О.Ю. Разработка технологии регенерации растворителей в производстве синтетического каучука СКДР : Дисс. канд.техн.наук. Барнаул: АлтПИ, 1993. - 208 с.

107. Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. Учебное и справочное пособие./ В.Ф. Протасов. М.: Финансы и статистика, 1999. - 672 с.

108. Лазуткина, Ю.С. Исследования по очистке сточных вод от ароматических соединений производства МАБ/ Ю.С. Лазуткина, Л.Ф.

109. Комарова/ Материалы 61-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь». Секция «Химические технологии»./АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2003. - С.12-13.

110. Комарова, Л.Ф. Основы проектирования предприятий, оборудование и сооружения для защиты биосферы. Учеб. пособие/ Л.Ф. Комарова, Л.А. Кормина- Барнаул, 2001. 160 с.

111. СНиП 2.04.02 84. Водоснабжение, наружные сети и сооружения/ Госстрой СССР. - М.: ЦИПТ Госстроя СССР, 1986. - 72 с.

112. Канализация населенных мест и промышленных предприятий /Н.И. Лихачев, И.И. Ларин и др.; под общ. ред. В.Н. Самохина. 2-е изд., перераб. и доп. - М: Стройиздат.1981. - 639 с.

Информация о работе

Лазуткина, Юлия Сергеевна
кандидата технических наук
Барнаул, 2005
ВАК 25.00.36

Диссертация

Разработка малоотходных ресурсосберегающих технологий и очистка сточных вод при производстве моноалкилбензолов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы