Повышение эффективности работы оборудования в технологии сульфирования линейных алкилбензолов

В работе выполнен анализ производственных данных за период с октября 2016 г. по февраль 2017 г., представлены результаты расчетов термодинамических параметров побочных реакций, протекающих на стадиях дегидрирования, гидрирования и алкилирования и вносящих существенный вклад в характеристики сырья сульфирования, определены энергии Гиббса, энтальпии для побочных реакций, разработана математическая модель процесса сульфирования, создана компьютерная программа для моделирования процесса сульфирования. Научно-исследовательская работа направлена на установление и изучение закономерностей, которые послужат основой для разработки рекомендаций по изменению технологических параметров процесса сульфирования ЛАБ серным ангидридом для повышения его эффективности в части качества алкилбензолсульфокислот

Реферат ……………………………………………………………………………………………………….. 10

Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки …………………….. 14

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 15

1 Обзор литературы …………………………………………………………………………………….. 16

1.1 Физико-химические основы действия моющих ПАВ ……………………………. 17

1.2 Классификация моющих поверхностно-активных веществ …………………… 20

1.3 Промышленное производство СМС на основе анионных ПАВ …………….. 22

1.3.1 Главные критерии выбора и особенности сульфирующих агентов ….. 23

1.3.2 Наиболее распространённые виды реакторов сульфирования …………. 25

1.3.2.1 Реактор смешения ……………………………………………………………………. 26

1.3.2.2 Реактор с вращающимся уплотненным слоем (RBM) ……………….. 27

1.3.2.3 Пленочный реактор цилиндрического типа ………………………………. 29

1.3.2.4 Многотрубчатый реактор пленочного типа ………………………………. 30

1.3.2.5 ТО-реактор ………………………………………………………………………………. 33

1.4 Применение математических моделей для оптимизации процесса
сульфирования …………………………………………………………………………………………. 35

2 Объект и методы исследования …………………………………………………………………. 41

2.1 Технологическая схема установки сульфирования линейных
алкилбензолов серным ангидридом ………………………………………………………….. 41

2.2 Химизм процесса сульфирования ……………………………………………………….. 42

2.3 Механизм реакции сульфирования ……………………………………………………… 43

3 Влияние технологических параметров и состава сырья на качество
получаемой линейной алкилбензолсульфокислоты …………………………………… 46

3.1 Обработка и анализ технологических данных с установок …………………… 48
3.2 Разработка математической модели процесса сульфирования ……………… 50

3.3 Выявление закономерностей, используя программное обеспечение, и
выработка на их основе рекомендаций по оптимизации процесса
сульфирования …………………………………………………………………………………………. 55

3.3.1 Оценка адекватности математической модели ………………………………. 56

3.3.2 Установление связи между накоплением высоковязкого компонента и
ростом давления на входе в реактор ……………………………………………………… 56

3.3.3 Влияние нежелательных ароматических соединений на выход ЛАБСК
…………………………………………………………………………………………………………….. 63

3.3.4 Изменение периода межпромывочных циклов из-за разного
количества ароматики в сырье………………………………………………………………. 65

3.3.5 Оптимальное мольное соотношение SO3/ЛАБ ………………………………. 66

3.3.6 Оптимальная подача серы на сжигание в зависимости от
концентрации ароматических соединений …………………………………………….. 69

4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 46

4.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………….. 72

4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………….. 72

4.1.2 Диаграмма Иcикавы ……………………………………………………………………… 73

4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации………………………….. 73

4.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………………………… 75

4.2 Инициация проекта …………………………………………………………………………….. 76

4.3 Планирование управления научно-техническим проектом…………………… 79

4.3.1 Иерархическая структура работ проекта ……………………………………….. 79

4.3.2 Контрольные события проекта ……………………………………………………… 79

4.3.3. План проекта……………………………………………………………………………….. 80
4.3.4 Бюджет научного исследования ……………………………………………………. 81

4.3.5 Организационная структура проекта …………………………………………….. 85

4.3.6 Матрица ответственности …………………………………………………………….. 86

4.3.7 Реестр рисков проекта ………………………………………………………………….. 86

4.3.8 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………. 87

5 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 91

5.1 Производственная безопасность …………………………………………………………. 91

5.1.1 Анализ вредных факторов при адаптации математической модели на
производстве ………………………………………………………………………………………… 91

5.1.2 Анализ опасных факторов на рабочем месте …………………………………. 95

5.2 Экологическая безопасность……………………………………………………………… 100

5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………… 101

5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 103

Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 105

Список публикаций ……………………………………………………………………………………. 106

Список используемых источников ……………………………………………………………… 109

Приложение А …………………………………………………………………………………………… 114

Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 115

Приложение В……………………………………………………………………………………………. 116

Приложение Г ……………………………………………………………………………………………. 119

Приложение Д……………………………………………………………………………………………. 120

Приложение Е ……………………………………………………………………………………………. 121

Приложение Ж …………………………………………………………………………………………… 122
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки

Определения

В данной работе применимы следующие термины с соответствующими
определениями:
Линейный алкилбензол (ЛАБ): Органическое соединение,
углеводород ароматического ряда; бесцветная жидкость.
Линейный алкилбензолсульфокислота (ЛАБСК): смесь изомеров
алкилбензолсульфокислот.

Сокращения
ЛАБСК – линейная алкилбензолсульфокислота;
СМС – синтетические моющие средства;
ПАВ – поверхностно-активные вещества;
ВК – высоковязкий компонент.

В результате проделанной работы были исследованы и выявлены
термодинамические закономерности побочных реакций с образованием
гомологов 2-фенилалканов и полиароматических соединений (ΔG<0) на стадиях гидрирования-дегидрирования, влияющих на процесс сульфирования линейных алкилбензолов серным ангидридом. Были детально изучены механизмы реакций, проанализированы экспериментальные данные с установки получения алкилбензолсульфокислоты и установлено, что за исследуемый период времени работы технологической линии (октябрь 2016 г. – январь 2017 г.) высокое содержание побочных соединений (легкая ароматика и изопарафины) в сырье напрямую влияло на ухудшение качества ЛАБСК. Разработана математическая модель процесса сульфирования, с помощью компьютерной программы проведены расчеты по изменению основных технологических параметров процесса сульфирования. Данная работа в совокупности с производственными данными позволила выработать рекомендации для повышения эффективности технологии получения алкилбензолсульфокислоты путем оптимизации основных технологических параметров процесса сульфирования – мольного соотношения SO3/ЛАБ, которое в зависимости от содержание нежелательных ароматических соединений в сырье предлагается варьировать в диапазоне от 0,99 до 1,02. Также в зависимости от концентрации ароматики в сырье были рассчитаны оптимальные расходы серы на сжигание. Выявленные закономерность, что с ростом ароматики уменьшается длительность межпромывочных периодов, позволили создать адекватный прогнозирующий инструмент – математическую модель, внедрение которой на производство позволит технологам предотвратить ухудшение качества алкилбензолсульфокислоты путем профилактической промывки в сокращенные сроки и уменьшить риск выпуска некондиционных партий АБСК. Список публикаций 1 A.A. Krutei, I.O. Dolganova, I.M. Dolganov Optimization of technology's linear alkyl benzene sulfonic acid with using mathematical modeling methods // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XIX Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л.П.Кулева, Томск, 21-24 Мая 2018. – Томск: ТПУ, 2018 – C. 511- 512 2 Долганова (Шнидорова) И. О., Долганов И. М., Шандыбина А., Ивашкина (Михайлова) Е. Н., Крутей А. А. Прогнозирование длительности межпромывочного цикла реактора сульфирования линейных алкилбензолов с использованием компьютерной моделирующей системы // Проблемы геологии и освоения недр: труды XXI Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 130-летию со дня рождения профессора М.И. Кучина, Томск, 3-7 Апреля 2017. – Томск: ТПУ, 2017 – Т. 2 – C. 308-309 3 Крутей А. А., Долганова (Шнидорова) И. О., Долганов И. М., Ивашкина (Михайлова) Е. Н. Расчет оптимального расхода серы на сжигание с использованием математической модели процесса сульфирования линейных алкилбензолов для повышения ресурсоэффективности процесса // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XVIII Международной научно- практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л.П. Кулёва, Томск, 29 Мая-1 Июня 2017. – Томск: Изд-во ТПУ, 2017 – C. 312- 313 4 Крутей А. А., Долганова (Шнидорова) И. О., Иванчина Э. Д., Ивашкина (Михайлова) Е. Н. Моделирование процесса сульфирования линейного алкилбензола в реакторе пленочного типа // Переработка углеводородного сырья. Комплексные решения (Левинтерские чтения): материалы Всероссийской научной конференции, Самара, 3-5 Ноября 2016. – Самара: СамГТУ, 2016 – C. 149-150 5 Ivanchina E. D., Ivashkina E. N., Dolganova I. O., Dolganov I. M., Krutey A. A. Application of Mathematical Modeling for Optimization of Linear Alkylbenzenes Sulphonation Modes in Film Reactor // Procedia Engineering. – 2016 – Vol. 152. – p. 73-80 6 Крутей А. А., Долганова (Шнидорова) И. О., Ивашкина (Михайлова) Е. Н., Иванчина Э. Д. Оптимизация технологии поверхностно-активных веществ на основе алкилбензолсульфокислоты // V Международная конференция-школа по химической технологии ХТ'16: сборник тезисов докладов сателлитной конференции XX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Волгоград, 16-20 Мая 2016. - Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2016 – Т. 2 – C. 31-33 7 Krutey A. A., Dolganova I. O. The optimization of surfactants technology on the basis of alkyl benzene sulphonic acid // Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XVII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л.П.Кулева, посвященной 120- летию Томского политехнического университета, Томск, 17-20 Мая 2016. – Томск: ТПУ, 2016 – C. 511-512 8 Крутей А. А., Долганова (Шнидорова) И. О. Оптимизация технологии поверхностно-активных веществ на основе алкилбензолсульфокислоты // Проблемы геологии и освоения недр: труды XX Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 120- летию со дня основания Томского политехнического университета, Томск, 4-8 Апреля 2016. – Томск: Изд-во ТПУ, 2016 –Т. 2 – C. 511-513 9 Крутей А. А., Платонов В. В., Долганова (Шнидорова) И. О. Оптимизация технологии поверхностно-активных веществ на основе алкилбензолсульфокислоты // Актуальные проблемы науки и техники: материалы VIII Международной научно-практической конференции молодых учёных: в 3 т., Уфа, 16-18 Ноября 2015. – Уфа: УГНТУ, 2015 – Т. 1 – C. 277-279 10 Иванчина Э. Д., Ивашкина (Михайлова) Е. Н., Платонов В. В., Долганова (Шнидорова) И. О., Глик П. А., Крутей А. А. Создание и применение компьютерной моделирующей системы для оптимизации работы нефтехимического производства, использующего токсичный HF-катализатор // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. – 2015 – №. 9. – C. 36-48