Введение к работе
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 крупнотоннажным 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 дсйсгиши- Да стадии разделения
І 6И6ЛИОТЄКА
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.
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, 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:
-
Разработанные малоотходные ресурсосберегающие технологии разделения алкилата и схема очистки сточных вод в производстве моноалкилбензолов.
-
Результаты исследования равновесия жидкость-пар в 2 бинарных и 3 тройных системах, полученные экспериментально; в 12 системах, спрогнозированные по уравнению UNIFAC, а также данные их математического описания уравнением Вильсона.
-
Данные по растворимости жидкость-жидкость в присутствии солей для 4 систем.
-
Методика хроматографического анализа.
-
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.
