Ацетилен

 

    

    

    

    7. Проблемы производства.

    Многие  предприятия, производящие карбид кальция, испытывают трудности

    принципиального характера. Крупные печные установки  требують больших капиталовложений, удовлетворительная окупаемость которых  достигается лишь в том случае, когда полностью используется их производственная мощность. Однако это  невозможно осуществить на многих карбидных заводах, которые потребляют энергию гидроэлектростанций, ресурсы которой зависят от сезона, как,  например, в Италии или в Японии, или же изменяются от года к году, как, например, в Скандинавии (где выработка электроэнергии может зависеть от количества осадков в виде снега в горах зимой и от степени таяния снега весной). Кроме того, даже в тех случаях, когда электроэнергия вырабатывается на тепловых электростанциях, более целесообразно потреблять электроэнергию на  производство ацетилена в период отсутствия пиковых нагрузок. Поэтому  необходимо устанавливать оптимальное соотношение между экономическими  показателями, связанными с потреблением более дешевой электроэнергии при работе с непостоянной производительностью, и экономическими показателями при работе с постоянной производительностью.

    Вопрос  об экономической эффективности  производства связан с перспективами  потребления выпускаемого продукта. На перспективы потребления  карбида  кальция в последние годы влияют следующие факторы.

    1. В настоящее время разработан  процесс, который получает все  большее 

    распространение для производства ацетилена из природного газа или других углеводородов. Стоимость  ацетилена, получаемого этим методом, заметно ниже стоимости ацетилена  из карбида. Стоимость определенных видов углеводородного сырья (легкие дистилляты) постоянно снижается, что позволяет использовать дешевые сырьевые материалы в качестве сырья для производства ацетилена, даже в тех районах, где нет месторождений природного газа. Несмотря на то, что эти процессы известны сравнительно давно, количество ацетилена, получаемого этими методами, составляет только одну треть от всего ацетилена, получаемого карбидным методом. Однако это отношение увеличится приблизительно до 0,5 в ближайшем будущем, когда все строящиеся установки будут введены в эксплуатацию. Наряду с наличием дешевых источников  углеводородного сырья необходимо иметь потребителей газообразных побочных  продуктов, количество которых превышает количество производимого ацетилена. Даже в этом случае до недавнего времени было еще далеко не общепризнано, что ацетилен из углеводородного сырья дешевле, чем ацетилен,  получаемый в крупных генераторах, расположенных вблизи карбидных печей.

    2. В настоящее время крупнейшим  потребителем карбида через ацетилен 

является  промышленность семи основных химических производных.

    Шесть из них — ацетальдегид, винилхлорид, винилацетат, акрилонитрил, акриловые  эфиры и трихлорэтилен — можно  производить из этилена, который получают в больших количествах при стоимости, составляющей 40% от стоимости ацетилена из карбида. В некоторых случаях разработаны другие нефтехимические процессы, позволяющие получать, например, акрилонитрил из пропилена и т. д.

    

    

    Даже  для седьмого продукта — неопрена (который в настоящее время получают только из ацетилена) — разрабатываются новые методы производства. Получение перечисленных продуктов (за исключением С2НС13) через ацетилен осуществляется в одну стадию, тогда как в случае этилена процесс проводят в две, три или даже более стадии (за исключением нового процесса прямого окисления этилена в ацетальдегид). Стоимость С₂Н₂ и С₂Н₄ не всегда является решающим фактором в стоимости сырьевых материалов, так как коэффициент превращения исходного сырья в случае ацетилена достаточно высок: на 1 т израсходованного ацетилена получают 1,5—4 т продукта. Мировой рост потребности в этих продуктах оказывается довольно высоким, что обусловливает наряду с другими применение ацетиленовой схемы, поскольку экономические факторы не всегда являются определяющими.

    3. Другие химические потребители  ацетилена несопоставимы по объему 

    потребления с перечисленными выше. Однако и  они могут явиться  потенциальными источниками прироста потребления.

    4. Ацетилен вытесняется из сферы потребления его в качестве горючего

    газа (например, для сварки) электрическими процессами, а для кислородной  резки — более дешевыми горючими газами, в особенности природным  газом и пропаном. Эти горючие  газы также требуют осторожности в  обращении.

    Перечисленные факторы ограничивают (и даже в  некоторых областях тормозят) рост потребления ацетилена, но ацетилен не может быть полностью вытеснен благодаря уникальным свойствам  кислородно-ацетиленового пламени, сочетающего высокую температуру и высокую скорость горения.

 

    

5. Материальный баланс.

    Исходные  данные:

    СаС₂ технический в т.ч.

    СаС₂ – 81% масс.

    СаО – 14% масс.

    С – 2% масс.

    Н₂О – 3% масс.

    Выход С₂Н₂ – 75%

    Мольное соотношение СаС₂:Н₂О=1:4 

    CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + C₂H₂

      кмоль.

    Рассчитываю количество прореагирующих исходных веществ:

      кмоль.

     кг.

     кг.

    В том числе:

     кг.

     кг.

     кг.

     кг.

     кмоль.

     кг.

    Рассчитываю количество продуктов реакции:

     кг.

     кмоль.

     кг.

     кмоль.

     кг.

    Рассчитываю количество не прореагировавших веществ:

     кг.

     кг.

    Составляю таблицу для материального баланса: 

 

    

 
6. Тепловой баланс. 

    Исходные  данные:

 

     .

      кДж/моль.

     .

    

    Тепло реакции:

     кДж.

    Всего приход тепла:

     кДж.

    Расход  тепла:

1. Физическое тепло продуктов реакции:

     .

     2.   Теплопотери:

    

    

     кДж.

3. Отвод тепла с кипящим конденсатом:

     кДж

 

 

4. Нормы технологического режима.

    Генератор системы «карбид в воду» производительностью  до 500м³/ч:

    Заполнение  аппарата водой на 3/4 высоты.

    Скорость  вращения секторного питателя подачи карбида кальция 16-18 об/ч.

    Температура подачи карбида кальция 20 °С.

    Температура ацетилена на выходе 50 – 60 °С.

    Избыточное  давление не должно превышать 300-400 мм рт. ст.

    Мольное соотношения карбида кальция  к воде 1:6. 

 

    

8. Основы экологии  производства.

    Во  многих промышленно развитых странах  установлены подробные правила  по уходу, обслуживанию и эксплуатации ацетиленовых генераторов, дополняемые  рекомендуемыми нормами технологии, которые издаются ацетиленовыми ассоциациями, страховыми организациями и т. д.

    В Англии официальный контроль установок  низкого давления является косвенным, так как действующие правила  эксплуатации не включены в какой-либо закон. На установку генераторов среднего или повышенного давления требуется разрешение Министерства внутренних дел. Для оборудования карбидных хранилищ требуется разрешение органов местных властей, которые могут требовать соблюдения таких же правил, что и при эксплуатации генераторов. Полагают, что даже если эти правила будут пересмотрены, они будут включены в раздел 2 Нефтяного (объединенного) закона 1928 г. Местные органы власти руководствуются брошюрами, издаваемыми Британской ацетиленовой ассоциацией, так что эти брошюры имеют косвенную юридическую силу. Эти рекомендации приблизительно аналогичны правилам, применяемым в других странах). В брошюры, издаваемые ассоциацией, не включены сухие генераторы, но большинство  рекомендаций относится и к ним. Металлические детали генераторов по возможности необходимо изготовлять из черных металлов, соответствующим образом защищенных от коррозии. Те детали, которые могут соприкасаться с карбидом или ацетиленом, нельзя изготовлять из меди или сплавов с содержанием меди более 70% или из ртути. Стеклянные детали должны быть достаточно прочными и надежно защищенными; резиновые шланги должны быть армированы и электрически однородны.