книги из ГПНТБ / Брейман, М. И. Инженерные решения по технике безопасности в пожаро- и взрывоопасных производствах

в реакторах возможен проскок водорода в сборники ТИБА и дру­ гие аппараты и, как следствие этого, опасное повышение давле­

ния в них; при высоком уровне жидкости в реакторах возможно

При непрерывном процессе синтеза ТИБА весьма важным являет­

ся регулирование давления в реакторах и обеспечение аварийного

стравливания газов при опасном повышении давления в них.

Наличие алюминиевой пыли и шлама в реакционной массе

снижает надежность действия предохранительных клапанов, уста­ новленных на реакторах (на рисунке предохранительные клапаны

не показаны).

Ручное аварийное стравливание, которое применяют при экс­ плуатации аппаратов с легковоспламеняющимися жидкостями или сжиженными углеводородными газами, в условиях производства

алюминииалкилов является опасным. При недопустимом повыше­ нии давления находиться в отсеке реакторов для открытия запор­

ной арматуры на системе ручного стравливания нельзя. Ручное стравливание давления из реакторов должно производиться толь­

ко дистанционно. Запорным органом может служить пневматиче­

ский отсекатель или электрозадвижка, управление которыми про­

изводится только снаружи производственного здания или из по­

мещения КИП. Стравливание газов из реактора 7 посредством

клапана регулятора давления производится через холодильник 15,

охлаждаемый веретенным маслом. Аварийное ручное стравлива­

ние газов со всех реакторов производится помимо холодильника

15. Такое техническое решение связано с требованиями безопас­

ной эксплуатации: трубное пространство холодильника может

создать недопустимое сопротивление при большом объеме страв­

ливаемых газов — холодильник может оказаться забитым алюми­ ниевой пылью и шламом. Раствор ТИБА после реактора 7" дрос­

селируется до атмосферного давления и поступает в сборник 11,

откуда насосом 14 откачивается в отстойник 12 или на центрифу­

гирование (центрифуги на рисунке не показаны).

Узел приготовления суспензии, содержащей ТИБА, алюминие­

вый порошок и толуол, практически такой же, как при периоди­ ческом синтезе ТИБА. Для непрерывной дозировки суспензии в

схеме предусмотрены емкости 13 и 13', в одну из них произво­ дится прием суспензии, а из другой суспензия подается непрерыв­ но насосом 6 на синтез ТИБА.

Оборудование и арматура

К оборудованию, запорной и регулирующей арматуре промыш­

ленных установок синтеза алюминийалкилов предъявляются по­

вышенные требования.

Технологический процесс протекает при сравнительно высоком давлении, поэтому конструкция оборудования и арматуры долж-

320

на обеспечивать надежную герметичность. При получении алюми-

осмотра и ремонта реактора имеется люклаз 23.

321

В процессе освоения производства межремонтный пробег ре­

актора составлял не более 360 ч, что было связано главным об­

разом с выходом из строя подшипников мешалки и электродвига­

теля. По первоначальной эксплуатационной инструкции все под­

шипники смазывались консистентной смазкой ЦИАТИМ-201. При

периодическом синтезе триизобутилалюминия после трех-четырех операций на подшипники через штуцера 5, 8, 17 подавали смазку

с помощью шприц-масленки. Однако под воздействием темпера­ туры и изобутилена смазка ЦИАТИМ-201 обезжиривалась и при

попадании суспензии (порошка алюминия) на подшипник он

преждевременно выходил из строя. Для восстановления работо­

способности реактора необходимо было прекратить синтез продук­

та, освободить реактор от него, разрушить химическим способом остаток продукта, промыть реактор растворителем, вскрыть его и заменить пришедшие в негодность подшипники. Учитывая пиро­

форные свойства ТИБА, легко представить трудоемкость и опас­

ность этих операций.

По предложению рационализаторов была проведена рекон­ струкция системы смазки подшипников электродвигателя и пере­

мешивающего устройства. Взамен периодического смазывания подшипников смазкой ЦИАТИЛ1-201 они стали смазываться не­

прерывно жидкой смазкой. Для этой цели смонтировали много­ точечный лубрикатор, с которого подведены трубки к местам смазки. Раньше смазка ЦИАТИМ-201 подавалась через штуцер 5

только для двухрядного подшипника 21. C установкой лубрика­

тора жидкая смазка подается дополнительно и на верхний одно­ рядный подшипник 16. Указанные усовершенствования позволи­ ли увеличить межремонтный пробег перемешивающего устройства

до 3000 ч, а электродвигателя до 4000 ч, что безусловно улучши­

ло условия безопасной эксплуатации.

В процессе освоения реактора имели место и другие неполад­

ки. Например, нарушалось перемешивание продукта в реакторе

из-за проворачивания ротора по валу электродвигателя. Причиной

этого была свободная посадка ротора на валу. Эту неполадку уда­ лось устранить за счет устройства шпоночного соединения рото­

ра с валом электродвигателя.

Насосы, применяемые в производстве алюминийалкилов, долж­ ны соответствовать специальным требованиям: обеспечивать высо­ кое давление при относительно малой производительности и

нормальную работу при перекачке суспензии, а также иметь вы­

сокую степень герметичности.

Вначальный период освоения производства триизобутилалю­

миния применяли плунжерные насосы типа РПН, которые не

обеспечили указанные требования.

Внастоящее время Всесоюзный научно-исследовательский кон­

структорский и технологический институт гидромашиностроения

ВПИИГИДРОМАШ освоил изготовление опытной партии дозиро­

вочного мембранного насоса 2,5ДМ250/63, предназначенного для

322

перекачивания растворов ТИБА. Техническая характеристика это­

го насоса приведена ниже:

тилей с диаметром от 6 до 40 мм — резьбовое. Уплотнение в затво­

ре конусное. Уплотнительные поверхности корпуса вентилей на­ плавлены твердым сплавом. Рабочая среда подается под клапан. Верхнее уплотнение обеспечивает отклонение сальниковой камеры

трубопроводе в любом рабочем положении.

Материал основных деталей вентиля: корпус, фонарь-—сталь;

шток, шпиндель — сталь 2X13; сальник — аустенитный чугун; ру­

коятка — сталь; резьбовая втулка — бронза; набивка — прорези­

ненный пропитанный асбест. Основные габаритные и присоедини­ тельные размеры вентилей приведены в табл. VI.3.

Причины образования шлама и его удаление

Пожарная опасность алюминийорганических соединений повы­

шается при наличии в них производственного шлама, содержаще­ го в основном непрореагировавший алюминий. Шлам затрудняет дозировку раствора при подаче его в систему, забивает замерные устройства, импульсные линии, трубопроводы, арматуру и т. п.

Чистка этих узлов всегда связана с повышенной опасностью. Образование шлама при синтезе алюминийалкилов зависит от

качества исходных продуктов и соблюдения технологического

режима.

Главным фактором, вызывающим образование шлама, являет­

ся качество алюминия. Известно, что для ускорения процесса син­

теза алюминийорганических соединений в алюминий добавляется титан. Титан в данном случае является катализатором процесса и непосредственно в реакции с углеводородами не вступает. Содер­

жание в алюминии 0,05% титана практически достаточно для обеспечения необходимой скорости реакции и степени превраще­

ния алюминия в алюминийалкилы. Между тем некоторые сорта алюминиевого порошка содержат до 4% титана, который практи­

чески остается в растворах алюминийалкилов в виде шлама. Та­ ким образом, применяя алюминий с минимальным содержанием

титана, представляется возможным значительно снизить содержа­

ние шлама в растворах алюминийорганических соединений. Образование шлама зависит также от гранулометрического со­

става алюминия. В лабораторных условиях доказано, что фракция

алюминиевого порошка 100—150 мкм практически не участвует в

324

реакции с углеводородами и целиком остается в шламе. Таким

образом, чтобы исключить возможность образования шлама из-

за фракционного состава следует применять алюминиевый поро­

шок с минимальным содержанием фракции порядка 100—150 мкм.

Степень превращения алюминия в алюминийалкилы зависит

от условия хранения металла. При хранении алюминия на воз­

духе свыше трех месяцев степень превращения алюминия в три-

изобутилалюминий равна 83,3%, т. е. 16,7% алюминия уходит в

шлам.

Количество шлама возрастает также при наличии влаги в ком­ понентах, применяемых для синтеза алюминийалкилов. При нали­

чии влаги в виде побочного продукта получается гидроокись алю­

миния, которая осаждается в виде шлама.

Особенно много шлама образуется при нарушении заданного

соотношения алюминия и углеводорода. Практически весь избы­ ток алюминия переходит в шлам. Нарушения соотношения ком­

понентов можно избежать при условии оснащения технологиче­

ской схемы надежными автоматическими замерными устройства­

ми и при контроле уровня реагирующих веществ в аппаратах.

Практически даже при строгом выполнении заданного техно­

логического режима происходит образование некоторого количе­ ства шлама в растворах алюминийалкилов.

Удаление шлама из концентрированных растворов алюминий-

органических соединений весьма ответственная операция. В про­

изводственных условиях шлам удаляют одним из следующих ме­ тодов: отстоем, центрифугированием и фильтрацией.

Схема отделения шлама от триизобутилалюминия методом от­ стоя показана на рис. VI.7. Триизобутилалюминий поступает в

один из отстойников 1.

Часто в качестве отстойника применяют полимеризатор объ­ емом 16,0 м3, изготовленный из нержавеющей стали. Аппарат,

рассчитанный на давление 10 кгс/см2, снабжен якорной мешал­ кой с числом оборотов 32 в минуту. В верхний люк аппарата вмонтированы 4 сифона, расположенные на разной высоте. Сифо­

ны предназначены для определения качества отстоя триизобутил­ алюминия путем периодического отбора через них пробы про­

дукта. Замер уровня в отстойнике осуществляется прибором типа

ИУВЦ. Однако вследствие обрастания поплавка шламом надеж­ ность замера недостаточна. Поэтому дополнительно контроль уровня в отстойниках осуществляется еще и посредством сифонов.

Давление в аппаратах замеряют манометром. Аппарат оснащен

предохранительным клапаном, стравливание среды из него осу­

325

Третий отстойник является резервным и подключается в работу

во время чистки одного из отстойников.

Для обеспечения хорошего отстоя ТИБА от шлама необходи­ мо, чтобы температура хранения продукта была выше температу­

ры его застывания. Разность этих температур в значительной мере определяет время отстоя ТИБА от шлама. В теплое время года хороший отстой происходит практически уже за двое суток.

На одном из заводов имели место случаи, когда из-за понижения

Дзот

Загрязненныйтолуол

Шлам на сжигание

Рис. VI.7. Принципиальная технологическая схема отделения шлама от триизобутилалюминия методом отстоя:

/ — отстойник; 2, 3 — каплеотбойники; 4, 5 — масляные затворы.

температуры в помещении отстойников до O0C отстой ТИБА от шлама резко ухудшался даже несмотря на увеличение времени отстоя до 5—8 суток. При применении метода отстоя ТИБА от шлама в производственных условиях установлено, что опти­

мальный съем шлама составляет около 30% (1,3 вес. % до отстоя

шлама и 0,9 вес.% после отстоя).

Периодически, не реже чем 1 раз в полгода, производится ос­

вобождение отстойника от шлама. Для этого отстойник запол­ няется веретенным маслом в количестве 4—5 м3. После перемеши­

вания суспензия шлама в масле передавливается азотом под дав­

лением 2,5 кгс/см2 в печь для сжигания. Указанную операцию повторяют 2—3 раза, затем аппарат промывают толуолом, после чего он может быть подключен в работу. В том случае, если от­

стойник находился в работе более указанного выше срока, опера­

ция освобождения отстойника от шлама значительно усложняет­

ся. Шлам спекается в монолитную массу и для того, чтобы он

326

стал подвижным, отстойник заполняют веретенным маслом и ос­

тавляют на 2—3 дня до того момента, пока не появляется воз­ можность включения в работу мешалки. Операция замасливания

шлама при этом повторяется чаще, чем при нормальных условиях освобождения отстойника от шлама.

Принципиальная технологическая схема осветления триизобу-

тилалюминия методом центрифугирования показана на рис. VI.8.

'Линии дыхательного азота

На сжигание

Рис. VI.8. Принципиальная технологическая схема осветления триизобутилалюминия методом центрифугирования:

/ — центрифуга; 2 — емкость осветленного продукта; 3 — емкость для исходного продукта; 4 — мерник для исходного продукта; 5 — емкость для промывной суспензии; 6 — емкость для

в том же порядке до тех пор, пока не сработает автомат, вклю­ чающий операцию «среза» осадка. Осветленный триизобутилалю-

миний собирается в емкость 2, откуда следует на стадию приго­ товления раствора. Во время проведения операции «среза» осад­

ка из емкости 7 на промывку центрифуги подается растворитель.

Промывная суспензия собирается в емкости 5, откуда далее мо­ жет быть направлена либо на сжигание, либо на повторное цен­

трифугирование с целью извлечения ТИБА.

327

В работе постоянно находятся две центрифуги, третья нахо­ дится в резерве. Центрифуга ВР-АОГ-800У периодического дейст­

вия, автоматическая, горизонтальная, отстойная с ножевым сре­

Электродвигатель привода центрифуги — встроенный экрани­ рованный с масляным заполнением полости статора, техническая

характеристика которого приведена ниже:

фильтре 2. Для намыва фильтрующего слоя используется суспен­

подается на намыв фильтрующего слоя в фильтр 2. Кизельгур,

оседая на металлической сетке фильтра, создает фильтрующий слой, а осветленный растворитель возвращается в аппарат 1, где

он повторно используется для приготовления суспензии. По окон­

чании намыва фильтрующего слоя производится его уплотнение путем подачи чистого растворителя. После достижения опреде­ ленной плотности фильтрующего слоя в фильтр 2 подается фугат

328

(раствор концентрированного триизобутилалюминия после цен­ трифугирования или отстоя). Фильтрат триизобутилалюминия по­

ступает в сборник 5.

По окончании фильтрации производится вытеснение шлама из

фильтра 2 подачей из аппарата 1 растворителя, а затем реге­ нерация фильтра обратным током чистого растворителя из емко­

сти 6.

РастВоритем _

кой; 8 — конденсатор.

Промывная фракция растворителя при перемешивании пере­ давливается из фильтра 2 в аппарат 7, оборудованный рубашкой,

часть растворителя отгоняется из аппарата, и пары его конден­

сируются в конденсаторе 8. Получающийся при этом конденсат

стекает в емкость 6 для повторного использования.

Остаток разжиженного шлама из аппарата выдавливается в

промежуточный сборник (на рисунке не показан) на сжигание.

Описанный способ фильтрации обеспечивает высокую степень

очистки триизобутилалюминия от шлама и относительно безопас­

ные условия эксплуатации.

К недостаткам этого способа следует отнести громоздкость

технологической схемы. В схеме три фильтра: в одном фильтре

проводится фильтрация, в другом — намыв фильтрующего слоя, третий является резервным.