Полиэтилена (пропилена) методом низкого давления

и разработка плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций

(варианты заданий от 80 до 99)

Полиэтилен и полипропилен получают путем полимеризации соответственно этилена и пропилена методом низкого давления с использованием в качестве катализатора слабого раствора триэтилалюминия в бензине и циклогексане. В результате полимеризации получается механическая смесь (суспензия) мелких частичек полимера с растворителем, так как полиэтилен и полипропилен в бензине и циклогексане не растворяются. Полученные полимеры в дальнейшем освобождаются от растворителя путем фильтрации, промываются метиловым спиртом и высушиваются. Готовая продукция в виде мелкого порошка насыпается в мешки или предварительно формуется в гранулы, а затем насыпается в мешки. В данной работе рассматривается только процесс полимеризации. Процессы дальнейшей обработки получаемой суспензии не рассматриваются. Технологические процессы полимеризации как этилена, так и пропилена принципиально не отличаются. Поэтому ниже приведена схема и дано описание технологического регламента, общего для полимеризации этилена и пропилена (рис. 21).

Процесс приготовления катализаторного комплекса. Процесс полимеризации, как было сказано выше, осуществляется в среде слабого раствора катализатора – триэтилалюминия. Кроме катализатора, используют также слабый раствор сокатализатора – четыреххлористый титан. В качестве растворителя используют смесь бензина и циклогексана в соотношении 2:1 (по объему).

Чтобы реакция полимеризации шла, нормально и получаемый полимер удовлетворял необходимым требованиям, концентрация катализатора и сокатализатора должна быть в пределах 0,2–0,3 %, а в цех полимеризации эти вещества поступают, имея концентрацию 5 %. Следовательно, их надо дополнительно разбавлять.

Рис. 21. Производство полиэтилена и полипропилена методом низкого давления:

а – принципиальная технологическая схема; б – план и разрез цеха

В соответствии с технологической схемой 5 %-й раствор триэтилалюминия и четыреххлористого титана поступает в мерники 2 и 5 цеха полимеризации и из них – в смеситель-разбавитель 1. В смеситель попадается необходимое количество бензина по линии 3 и циклогексана по линии 4. Смеситель-разбавитель имеет мешалку и рубашку для подогрева раствора до 50 ºС. Размеры аппаратов и режимы их работы приведены в табл. 32. Готовый катализаторный комплекс насосом 25 закачивается в полимеризатор 8.

Процесс полимеризации. Полимеризация этилена и пропилена осуществляется в вертикальном цилиндрическом аппарате. Готовый катализаторный комплекс подают по линии 24 в нижнюю часть полимеризатора, заполняют его и поддерживают все время постоянный уровень жидкости. Газ (этилен, пропилен) подают также в нижнюю часть полимеризатора по линиям 7. Проходя через раствор катализатора часть газа полимеризуется, образуя мелкие твердые частички полимера, которые стремятся оседать вниз. Реакция полимеризации сопровождается выделением тепла, избыток которого отводят за счет охлаждения циркулирующего (не вступившего в реакцию) газа. Не вступивший в реакцию газ, нагретый и насыщенный парами растворителя, отводится из верхней части полимеризатора в циркуляционную сеть, состоящую из циклонных отделителей 10, холодильника-конденсатора 11, сепаратора 13 и насоса 14.

В циклонных отделителях 10 от газа отделяются капли растворителей и частички полимера. Растворитель, содержащий полимер, из нижней части отделителей-сепараторов 13 насосами 14 подается снова в полимеризатор. В холодильнике-конденсаторе 11 газ и пары растворителя охлаждаются водой до 40 ºС при этом пары растворителей конденсируются. Далее охлажденный газ в смеси с конденсатом проходит циклонный сепаратор 13, освобождается от жидкости и по линии 9 подается на смешение со свежим газом, поступившем в цех по линии 6. Смесь свежего и охлажденного газа, циркулирующего по линии 7, подается в полимеризатор. Таким образом, температура в полимеризаторе регулируется изменением количества и температуры циркулирующего газа.

Образующийся в полимеризаторе 8 полимер в виде взвеси твердых частиц в растворителе (в соотношении 1:10) отводится из нижней части аппарата по линиям 23 в сборник 21. Здесь происходит выделение из жидкости растворенного в ней газа за счет снижения давления в сборнике. Выделившийся этилен (пропилен) для улавливания из него растворителя проходит водяной холодильник 22. Смесь газа и растворителя из холодильника поступает на разделение в сепаратор 16. Газ из сепаратора по линии 15 попадает в цех очистки, а жидкая фаза по линии 17 поступает в сборники растворителя. Суспензия, освобожденная от газа, из сборника 21 насосом 20 подается в конечный сборник 19 и из него по линии 18 поступает на дальнейшую обработку. Данные об аппаратах, необходимые для выполнения курсовой работы, приведены в табл. 32, 33, 34. План размещения оборудования цеха и его разрез показаны на рис. 21. Размеры помещений приведены в таблицах 33 и 34.

Слушатели (курсанты), у которых вариант находится в диапазоне от 80 до 89, после краткого изложения сущности технологического процесса полимеризации этилена должны дать анализ пожарной опасности аппаратов и определить расчетным путем категорию взрывопожароопасности помещений мерников и разбавителей катализаторного комплекса. Данные о помещении мерников и разбавителей также приведены в табл. 33.

Слушатели (курсанты), у которых вариант находится в диапазоне от 90 до 99, после краткого изложения сущности технологического процесса полимеризации пропилена должны дать анализ пожарной опасности аппаратов и определить расчетным путем категорию взрывопожароопасности помещений конечных сборников суспензии. Данные о помещении конечных сборников суспензии приведены в табл. 34.

Таблица 32

Основные характеристики оборудования

Поз. на рис.	Наименование аппаратов	Режим работы	Размеры
Р, МПа	t, ºС	d или l, м	h, м
1.	Смеситель-разбавитель	0,12		1,0	1,5
2.	Мерник 5 % триэтилалюминия	0,12		0,5	1,0
3.	Линия подачи бензина	0,15		0,05	–
4.	Линия подачи циклогексана	0,15		0,05	–
5.	Мерник 5 %	0,12		0,5	1,0
6.	Линия свежего этилена	0,30		75,0	–
7.	Линия подачи этилена в полимеризатор	0,30		0,1	–
8.	Полимеризатор ^1,2	0,25
9.	Линия циркуляционного газа	0,30		75,0	–
10.	Циклонные отделители	0,30		1,0	1,5
11.	Холодильник-конденсатор ¹	0,30		1,0	3,5
12.	Линия отвода избыточного газа
13.	Сепаратор	0,30		1,0	1,5
14.	Насосы циркуляционные	–	–	–	–
15.	Линия отвода газа на очистку	0,11		50,0	–
16.	Сепаратор	0,11		0,7	1,5
17.	Линия отвода растворителя	0,10		25,0	–
18.	Линия подачи суспензии	0,15		0,1	–
19.	Конечный сборник суспензии ²	0,12		2,0	2,5
20.	Насос суспензионный ²	0,20		0,003	—
21.	Сборник суспензии	0,25		2,0	2,5
22.	Холодильник-конденсатор	0,15,		0,75	2,0
23.	Линия отвода суспензии	0,25		0,1	–
24.	Линия подачи катализаторного комплекса	0,30		0,05	–
25.	Насос подачи катализатора	0,30		–	–

Примечания.

1. Слушатели, у которых номер зачетной книжки имеет две последние цифры от 80 до 89, должны брать данные по этим аппаратам в таблице 4.15.

2. Слушатели, у которых номер зачетной книжки имеет две последние цифры от 90 до 99, должны брать данные по этим аппаратам в таблице 4.16.

Таблица 33

Основные характеристики оборудования и помещений (варианты от 80 до 89)

Поз на рис.	Исходные данные	Данные для вариантов

Смеситель-разбавитель (циклогексан + катализаторный комплекс)
	Диаметр, м	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,2	1,3	1,4	1,1
Высота, м	1,8			2,2	2,2			1,8	2,2	2,4
Температура, ºС
Давление, МПа	0,12	0,13	0,14	0,15	0,16	0,16	0,14	0,12	0,14	0,16
Защита дыхательной линии	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК
Наличие аварийного слива	Нет	Нет	Нет	Есть	Есть	Есть	Нет	Нет	Есть	Есть
Диаметр линии растворителя, мм
Полимеризатор этилена
	Диаметр, м	2,2	2,4	2,5	2,6	3,2	3,0	2,3	2,7	2,6	2,5
Высота, м	5,3	5,2	5,4	5,6	5,8	6,0	5,6	5,3	5,1	5,0
Степень заполнения	0,65	0,65	0,7	0,7	0,65	0,65	0,65	0,7	0,7	0,7
Давление, МПа	0,30	0,32	0,34	0,36	0,38	0,40	0,42	0,40	0,38	0,36
Температура, ºС
Контролируемые и регулируемые параметры	конт	конт	конт	конт	конт	конт	конт	конт	конт	конт
Защита дыхательной линии	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК
Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор циркуляционного этилена
	Диаметр, м	1,1	1,2	1,1	1,1	1,3	1,3	1,		1,2	1,2
Длина, м	3,0	3,2	3,4	3,4	3,5	3,5	3,4	3,4	3,2
Давление, МПа Температура, ºС	0,3	0,32	0,34	0,36	0,38	0,4	0,42	0,4	0,38	0,36

Хладоагент (рассол.вода)	Рас.	Рас.	Рас.	Рас.	Рас.	Вода	Вода	Вода	Вода	Вода
Температурный компенсатор	Нет	Нет	Есть	Есть	Нет	Нет	Нет	Нет	Есть	Есть
Помещение разбавителей и мерников
	Длина, м
Ширина, м
Высота, м
Кратность вентиляции, 1/ч
Скорость воздуха м/с	0,4	0,5	0,6	1,2	0,4	0,5	0,6	0,5	0,4	0,6
Расстояние до задвижек, м
Привод задвижек	Авт	Авт	Ручн	Ручн	Ручн	Авт	Авт	Ручн	Ручн	Ручн
Средство тушения	Пена	Вода	Пена	Нет	Нет	Пена	Вода	Пена	Пена	Вода
Ограничение растекания, % от площади пола			Нет	Нет		Нет	Нет		Нет

Таблица 34

Основные характеристики оборудования и помещений (варианты от 90 до 99)

Поз. на рис.	Исходные данные	Данные для вариантов

Полимеризатор пропилена
	Диаметр, м				2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
Высота, м		4,2	4,1	4,3	4,6	4,8	4,8	5,0	4,5	4,6
Степень заполнения	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,75	0,75	0,75	0,75	0,75
Давление, МПа	0,35	0,36	0,37	0,38	0,39	0,4	0,41	0,43	0,43	0,44
Температура, ºС
Контролируемые и регулируемые параметры	Конт	Конт	Рег	Рег	Конт	Рег	Рег	Конт	Конт	Рег
Защита дыхательной линии	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК	ПК
Конечный сборник суспензии (бензин А-76 + полимер)
	Диаметр, м		2,1	2,2	2,3	2,4	2,4	2,3	2,2	2,1
Длина, м	2,5	2,6	2,7	2,8	2,9	3,0	2,7	2,8	2,5	2,6
Давление, МПа	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15	0,14	0,13	0,12	0,11	0,12
Температура, ºС
Диаметр линий, мм
Наличие аварийного слива	Есть	Есть	Нет	Нет	Есть	Нет	Есть	Нет	Есть	Нет
Насос суспензионный
	Давление, МПа	0,2	0,2	0,22	0,22	0,24	0,24	0,26	0,26	0,28	0,28
Температура, ºС
Диаметр всасывающей линии, мм
Диаметр нагнетательной линии, мм
Вид сальникового уплотнения	ТУ¹	ТУ	ТУ	ТУ	СУ²	СУ	СУ	СУ	ТУ	ТУ
Диаметр вала, мм
Помещение сборников
	Длина, м
Ширина, м
Высота, м
Кратность вентиляции, 1/ч
Скорость воздуха, м/с	0,4	0,5	0,6	0,4	0,5	0,4	0,6	0,6	0,4	0,5
Расстояние до задвижек, м
Привод задвижек	Руч	Ручн	Ручн	Авт	Авт	Авт	Ручн	Ручн	Авт	Ручн
Средство тушения	Нет	Нет	Нет	Пена	Пена	Пена	Пена	Пена	Пена	Пена
Ограничение растекания, % от площади пола	Нет	Нет			Нет		Нет	Нет		Нет

ТУ¹ – торцевое уплотнение;

СУ² – сальниковое уплотнение.

Литература

1. Российская Федерация. Законы. О промышленной безопасности опасных производственных объектов: федер. закон: [принят Гос. Думой 21 июля 1997 г., одобрен Советом Федерации].(Собрание законодательства Российской Федерации, 1997, № 30, ст. 3588). «Декларирование промышленной безопасности опасных производственных объектов: Сборник документов. Серия 3/ колл. Авторов – 3-е изд., испр. и доп. – М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. – 300 с.

2. Методические рекомендации по составлению декларации промышленной безопасности опасного производственного объекта: РД 03-357-00: утв. Госгортехнадзором Российской Федерации 26.04.00: ввод в действие 26.04.00

3. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств: ПБ 09-540-03: утв. постановлением Госгортехнадзора России от 05.05.03 № 29
// Российская газета. – 21.06.2003. – № 120/1.

4. ГОСТ Р. 22.0.05-94. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и Определения. – Введ. 1996-01-01. – М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1994. – 12 с.

5. Методические указания по оценке аварийных выбросов опасных веществ: РД 03-26-2007: утв. Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору 14.12.07: ввод. в действие с 25.01.08.

6. Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов: РД 08-120-96: утв. Госгортехнадзором Рос. Федерации 12.07.96: ввод. в действие с 01.10.01 г.

7. СТП СПбГТИ 017-97. Виды учебных занятий. Положение о выпускной квалификационной работе дипломированного специалиста (инженера). – Взамен СТП 2.605.017-85; введ.1998-01-01. – СПб.: ИК «Синтез»2002. – 20 с. – (Комплексная система управления качеством деятельности вуза).

8. ГОСТ Р 50587-93. Паспорт безопасности вещества. – Введ.1994-07-01. – М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1993. – 9 с.

9. Лазарев, Н.В.Вредные вещества в промышленности: справочник для химиков, инженеров и врачей/ Н.В. Лазарев, Э.И. Левина; под общ. ред. Н.В. Лазарева. – 7-е изд. перераб. и доп. – Л.: Химия, 1977. – Т.1, 2, 3.

10. Куньянц, И.Я. Химический энциклопедический словарь. – М.: Советская Энциклопедия, 1983. – 792 с.

11. Технологический регламент установки каталитического крекинга 43/102-2 блок цеха № 5: ТР – 2.007.009-01. – Сызрань: Сызранский НПЗ. – 80 с.

12. СП.12.13130.2009. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

13. Эпов А.Б. Аварии и катастрофы в России. – М.: Финиздат, 1994. – 342 с.

14. Аварии года //Безопасность труда в промышленности. – 2001. – № 3. – С. 20.

15. Аварии года //Безопасность труда в промышленности. – 2001. – № 8. – С. 22.

16. Кутузов Б.Н. Технология и безопасность изготовления и применения ВВ на горных предприятиях/ Б.Н. Кутузов, Г.А. Нишпал. – М.: Изд-во Моск. гос. горного университета, 1999. – 248 с.

17. Годовой отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2005 году. – М.: Ростехнадзор, 2006. – 608 с.

18. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей. – М.: ГП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», утв. постановлением Госгортехнадзора России от 26.06.01 № 25: ввод. в действие с 26.06.01. «Моделирование аварийных ситуаций на опасных производственных объектах. Программный комплекс ТОКСИ+ (версия 3.0)» Сборник документов. Серия 27. Выпуск 5/ Колл. Авт. – М.: ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2006. – 252 с.

19. ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля. – Введ.2000-01-01. – М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2000. – 35 с.

20. Единые правила безопасности при взрывных работах: ПБ 13-407-01: утв. Госгортехнадзором Российской Федерации 30.01.01: ввод в действие: 01.03.2002.

21. Методика института динамики геосферы Садовский М.А. Механическое действие воздушных ударных волн взрыва по данным экспериментальных исследований. В сб. «Механическое действие взрыва». – М.: Институт динамики геосферы РАН, 1994. – 350 с.

22. Рекомендации по действиям объектовых, территориальных и региональных подразделений пожарной охраны при тушении пожаров и ликвидации аварий на объектах по производству взрывчатых веществ, порохов, твердых ракетных топлив и снаряжения боеприпасов. – М.: ВНИИПО МВД РФ, 1993.

23. Методические указания по проведению анализа риска при проектировании и эксплуатации опасных производственных объектов газотранспортных предприятий ОАО «ГАЗПРОМ» СТО РД Газпром 39-1.10-084-2003. – М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. – 50 с.

24. Брушлинский Н.Н. Моделирование пожаров и взрывов / под. общ. ред. Н. Н. Брушлинского и А. Я. Корольченко. – М.: Пожнаука, 2000. – 492 с.

25. Методические рекомендации по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах: РД 03-496-02: утв. Госгортехнадзором Российской Федерации 23.10.02: «Декларирование промышленной безопасности опасных производственных объектов: Сборник документов. Серия 3/ колл. Авторов – 3-е изд., испр. и доп. – М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. – 300 с.

26. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. – введ.1989-01-01. – М.: Комитет стандартизации и метрологии СССР: Изд-во стандартов, 1989. – 47 с.

27. ГОСТ 12.1.007- 76 Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. – введ.1977-01-01. – М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1984. – 5 с.

28. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда: Р 2.2.2006-05: утв. гл. госуд. санит. врачом 29.07.05: ввод в действие 01.11.05. – СПб.: ЦОТПБСППО, 2005. – 142 с.

29. Петросянц Э.В. Справочник по средствам индивидуальной защиты работающих/ под общ. ред. Э.В. Петросянца. – М.: Медицина, 1992. – 184 с.

30. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки: СН 2.2.4/2.1.8.562-96: утв. Госкомсанэпиднадзором России 31.10.96: ввод в действие 31.10.96. – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 20 с.

31. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий: СН 2.2.4/2.1.8.566-96: утв. Госкомсанэпиднадзором России 31.10.96: ввод в действие 31.10.96. – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 30 с.

32. Электромагнитные поля в производственных условиях: СанПиН 2.2.4.1191-03: утв. Гл. гос. санит. врачом Российской Федерации 30.01.03: ввод в действие с 01.05.03. – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. – 10 с.

33. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи: СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03: утв. Гл. гос. санит. врачом Российской Федерации 30.01.03: ввод в действие с 01.06.03. – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. – 20 с.

34. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы: СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03: утв. Гл. гос. санит. врачом Российской Федерации 30.05.03: ввод в действие с 30.06.03. – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. – 28 с.

35. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений: СанПиН 2.2.4.548-96: утв. Гл. гос. санит. врачом Российской Федерации 01.10.96: ввод в действие с 01.10.96. – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. – 20 с.

36. Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений: СанПиН 2.2.4.1294-03: утв. Гл. гос. санит. врачом Российской Федерации 18.04.03: ввод в действие с15.06.03. – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. – 11 с.

37. Туболкин А.Ф. Расчеты по курсу «Охрана труда и окружающей среды»: методические указания/ А.Ф. Туболкин, К.А. Галуткина. – Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1987. – 30 с.

38. Юрьев А.С. Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем/ А.С. Юрьев, В.М. Низовцев; под общ. ред. А.С. Юрьева. – СПб.: АНОНПО «Мир и семья», 2002. – 1154 с.

39. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение: утв. М-вом стр-ва Рос. Федерации 02.08.95; ввод в действие 01.01.96. – М.: Госстрой России, 1996. – 30 с.

40. Методические указания о порядке разработки плана локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на химико-технологических объектах: РД 09-536-03: утв. Госгортехнадзором России 18.04.03: ввод в действие 28.11.2002.

41. Правила устройства электроустановок/ Главгосэнергонадзор. – М.: ЗАО «Энергосервис», 1998. – 607 с.

42. ГОСТ Р 51330.11-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 12. Классификация смесей газов и паров с воздухом по безопасным экспериментальным максимальным зазорам и минимальным воспламеняющим токам. – Введ. 2001-01-01. – М.: Госстандарт России: Из-во стандартов, 2001. – 20 с.

43. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов: СанПиН 2.1.1.1200-03: утв. Гл. гос. санит. врачом Российской Федерации 18.04.03: ввод в действие с 15.06.03. – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. – 11 с.

Приложение А