Дипломная работа: Производство сульфаминовой кислоты марки А мощностью 500 тонн

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Ивановский государственный химико-технологический университет

Кафедра технологии тонкого органического синтеза

Выпускная квалификационная работа бакалавра

Тема:

Производство сульфаминовой кислоты марки А мощностью 500 тонн 100% продукта с периодом наработки 3 месяца

Автор: Немирова М.А.

Руководитель: Березина Г.Р.

Иваново, 2022 г.

Задание на выпускную квалификационную работу

Обучающейся Немировой Маргарите Александровне (Ф.И.О. полностью)

1. Тема Производство сульфаминовой кислоты марки А мощностью 500 тонн 100% продукта с периодом наработки 3 месяца

2. Исходные данные Технологический регламент производства

3. Содержание проекта (работы) Литературный обзор, описание технологической схемы, материальные, технологические и теплотехнические расчеты, стандартизация, автоматизация, охрана труда и окружающей среды, экономика, список используемой литературы

4. Вопросы для специальной разработки Технологическая схема производства, чертеж аппарата, поэтажный план производства

5. Руководитель работы доцент Березина Г.Р.

6. Консультанты:

6. Дата выдачи задания 31.01.2022 г.

7. Дата предоставления законченной работы 01.06.2022 г.

Руководитель. Березина Г.Р.

Обучающаяся Немирова М.А.

Аннотация

Работа посвящена изучению промышленного получения сульфаминовой кислоты марки А мощностью производства 500 тонн 100% продукта с периодом наработки 3 месяца.

Вещество широко применяется в производстве красителей, пигментов и при окрашивании кожи. Кроме того, кислота используется в химической промышленности в качестве полуфабриката при изготовлении химических соединений.

Разработана принципиальная технологическая схема производства, выполнена компоновка оборудования и чертеж основного аппарата -сульфуратора, объёмом 6,3 м³.

Приведено описание охраны труда и окружающей среды. По результатам анализа взрывопожароопасности веществ и материалов было выявлено, что технологическая среда в производстве препарата не является пожаровзрывоопасной. Были предложены мероприятия по предотвращению и предупреждению возникновения пожароопасных ситуаций. Произведен расчет естественного освещения, по результатам которого определено, что освещение осуществляется 14 окнами, общая площадь которых составляет 371 м². Источниками искусственного освещения являются люминесцентные лампы ЛБ-40х2 в количестве 176 штук. Произведен экономический расчет. Чистая прибыль при 100%-м выполнении годовой производственной программы составляет 1658002 рублей. Срок окупаемости составил 0,72 года, следовательно, капиталовложения в данный проект экономически целесообразны.

Работа изложена на 120 страницах, содержит 36 таблиц, 4 приложения, 26 наименований литературных источников.

Ключевые слова: сульфирование, фильтрация, сульфаминовая кислота.

Оглавление

• Введение
• 1. Аналитический обзор литературы и выбор способа производства
• 1.1 Сульфаминовая кислота
• 1.1.1 Сульфаминовая кислота как чистящее средство
• 1.1.2 Сульфаминовая кислота в нефтедобывающей промышленности
• 1.1.3 Сульфаминовая кислота в органическом синтезе
• 1.2 Способы получения сульфаминовой кислоты
• 1.2.1 Получение сульфаминовой кислоты с помощью ангидро-N-сульфокислоты пиридиния
• 1.2.2 Получение сульфаминовой кислоты с помощью ароматических сульфониламидов
• 1.3 Получение сульфаминовой кислоты путем сульфирования мочевины олеумом
• 2. Обоснование места строительства
• 3. Технологическая часть
• 3.1 Технологические стадии
• 3.2 Описание технологической схемы
• 3.2.1 Сульфирование карбамида (мочевины)
• 3.2.2 Выделение сульфаминовой кислоты марки А
• 3.2.3 Фильтрование и промывка сульфаминовой кислоты марки А
• 3.2.4 Сушка сульфаминовой кислоты марки А
• 3.3 Материальные расчеты
• 3.4 Нормы технологического режима
• 3.5 Технологические расчеты
• 3.6 Теплотехнические расчеты
• 3.7 Спецификация оборудования
• 3.8 Стандартизация
• 3.8.1 Технические условия на исходное сырье
• 3.8.2 Технические условия на готовый продукт
• 3.8.3 Аналитический контроль технологического процесса
• 4. Автоматизация и механизация производственных процессов
• 5. Охрана труда и окружающей среды
• 5.1 Анализ степени опасности технологического процесса
• 5.2 Оценка степени токсичности веществ, обращающихся в производстве. Мероприятия по обеспечению безопасной работы с токсичными веществами
• 5.3 Оценка взрывопожарной и пожарной опасности. Пожарная профилактика
• 5.4 Микроклиматические условия
• 5.5 Проектирование системы вентиляции
• 5.6 Обеспечение безопасного обслуживания оборудования - источника физического фактора воздействия
• 5.7 Санитарно-гигиенические требования к выбору систем освещения рабочих мест
• 6. Экономическая часть
• 6.1 SWOT-анализ предприятия
• 6.2 Расчет стоимости производственных зданий и амортизационных отчислений
• 6.3 Расчет стоимости оборудования, инструмента, инвентаря и амортизационных отчислений
• 6.4 Расчет инвестиционных издержек
• 6.5 Расчет эксплуатационных затрат
• 6.6 Оценка эффективности разработанного проекта
• Заключение
• Список использованных источников
• Введение
• Производство сульфаминовой кислоты играет огромную роль для органического синтеза. В химической промышленности кислота используется в качестве полуфабриката при изготовлении химических соединений. Основные преимущества сульфаминовой кислоты - это ее эффективность, экономичность и простота в применении.
• Сульфаминовая кислота обладает солюбилизирующей способностью, что делает ее идеальной для удаления накипи с котлов, градирен, теплообменников, конденсаторов и широкого спектра систем отопления и охлаждения, что повышает эффективность установки и оборудования. Аминосульфоновая кислота используется в качестве кислотного чистящего средства, обычно для металлов и керамики. Это замена соляной кислоте для удаления ржавчины. В домашних хозяйствах ее часто используют в качестве средства для удаления накипи.
• Сульфаминовая кислота используется в производстве красителей, пигментов и при окрашивании кожи. Кроме того, она удаляет избыток нитридов, используемых в реакциях диазотирования при производстве красителей и пигментов. Нитриды, если они присутствуют в технической воде сточных вод, также могут быть удалены с помощью сульфаминовой кислоты.
• 1. Аналитический обзор литературы и выбор способа производства

1.1 Сульфаминовая кислота

Сульфаминовая кислота - это кристаллический продукт от белого до светло-серого цвета. Растворим в формамиде, ацетоне, диэтиловом эфире, умеренно растворим в воде, не растворим в органических растворителях и концентрированной серной кислоте. Основное, сильно диссоциирующее соединение, образующее при комнатной температуре бесцветные гигроскопические кристаллы. В литре воды при 20⁰С растворяется 230 г кислоты. При высоких температурах кислота подвергается гидролизу с образованием бисульфата аммония. Температура плавления 205⁰С. [1,2]

Структурная формула сульфаминовой (амидосульфоновой) кислоты:

Эмпирическая формула: NH₂SO₂OH (также NH₂SO₃H)

Молярная масса: 97,1 кг/моль.

В кристаллическом состоянии сульфаминовая кислота образует цвиттер-ион NH₃⁺SO₃^-. При нагревании до 260 °C разлагается на SO₂, SO₃, N₂ и Н₂О. При комнатной температуре сульфаминовая кислота практически не подвергается гидролизу, при повышенных температурах гидролизуется до NH₄HSO₄ (в кислой среде скорость гидролиза увеличивается). С металлами, их оксидами, гидроксидами и карбонатами сульфаминовая кислота образует соли NH₂SO₃M (сульфаматы), с тионилхлоридом - сульфамоилхлорид NH₂SO₂Cl. При взаимодействии с HNO₂ подвергается окислительному дезаминированию:

NH₂SO₃H + HNO₂ = N₂ + H₂SO₄ + Н₂О.

Последнюю реакцию используют для количественного определения сульфаминовой кислоты и для разложения избытка HNO₂ в производстве азокрасителей. [1]

Сульфаминовая кислота применяется в качестве сырья в синтезе химических веществ (для получения огнестойких материалов; для получения гербицидов) и бытовой химии (использование в рецептурах моющих средств), для промывки оборудования в качестве технического чистящего средства в пищевой и молочной промышленности (от минеральных отложений (солей жесткости, окисных пленок, соединений железа); от молочного и пивного камня), на предприятиях общественного питания и в быту (для обработки столовой и кухонной посуды), в гальванотехнике (для приготовления электролитов; для травления пищевой жести), а также при очистке бумагоделательных машин.[3]

Преимущества применения:

1. Отработанный раствор имеет нейтральную среду и не требует дополнительной утилизации.

2. Сульфаминовая кислота проста в использовании: легко растворяется в теплой воде, раствор кислоты не вызывает ожогов.

3. Быстро растворяет карбонатные отложения, молочный и пивной камень, дезинфицирует оборудование.

4. Оказывает щадящее действие на металл.

5. Сульфаминовая кислота гораздо эффективнее других известных очищающих средств: соляной и азотной кислот, едкого натра, кальцинированной соды. [4]

1.1.1 Сульфаминовая кислота как чистящее средство

В отопительном порядке все элементы должны работать идеально, в чём помогают щёлочи и кислоты в качестве химических реагентов для промывки.

Высокой популярностью среди владельцев котельного оборудования пользуется техническая услуга по химической промывке загрязненных теплообменников, котлов отопления и их оснастки. Промывка теплообменных узлов - удаление вредных веществ, которые образуются на внутренних поверхностях нагревательных устройств, препятствуют их нормальной работе и даже способны вызвать поломки дорогостоящего оборудования вплоть до его замены. Большинство этих веществ, накапливающихся в газовых котлах и бойлерах косвенного нагрева (газовых нагревателей), прекрасно удаляются кислотами. В состав кислотных промывочных растворов могут входить совершенно разные кислоты, как органические, так и неорганические. Сульфаминовую кислоту трудно отнести к чисто неорганической или чисто органической кислоте. Она является органическим производным серной кислоты. Ее называют и аминосульфоновая, и амидосерная кислота. Как и все остальные кислоты, сульфаминовая кислота прекрасно справляется с растворением вредных отложений внутри котлов и бойлеров.

Однако она имеет ряд преимуществ. В отличие от большинства неорганических кислот, которые чаще всего применяют при промывке, эта кислота твердая. Следовательно, ее проще транспортировать и хранить. Ее проще дозировать для приготовления промывочных жидкостей. Сульфаминовая кислота применяется в виде раствора с достаточно низкой концентрацией, и в таком виде совершенно безвредна для человека. Ко всему прочему, она оказывает более щадящее действие на металлы, из которых изготовлены внутренние компоненты оборудования. Но даже в случае использования сульфаминовой кислоты присутствие в системе ингибиторов обязательно. [5]

Для химической промывки котлов используется 5-15%-ный раствор сульфаминовой кислоты. Для удаления молочного камня в пищевой промышленности, используют ее 2-3%-ный раствор.

Температура воды при промывке оборудования, должна составлять не более 60°С, поскольку при более высокой температуре начинается гидролиз сульфаминовой кислоты с образованием серной кислоты. При температуре менее 40°С скорость реакции падает более чем в 2,5 раза, поэтому оптимальный температурный интервал составляет 50-60°С.

Время проведения химической промывки - от 1 часа и дольше, в зависимости от интенсивности реакции.

Поскольку данный реагент по-разному реагирует с различными видами накипи, то перед началом промывки целесообразно подобрать различные концентрации моющего раствора. Стоит помнить: промывать котлы сульфаминовой кислотой можно только при наличии в ней ингибиторов коррозии, которые защитят поверхность металла, из которого изготовлен котел. [6]

1.1.2 Сульфаминовая кислота в нефтедобывающей промышленности

Одним из перспективных направлений нефтедобычи является замена HCl на менее реакционно-активные кислоты. Применение более слабой кислоты позволяет увеличить срок службы оборудования, повысить совместимость кислотных составов с нефтью, увеличить глубину проникновения кислоты в пласт. Важное место среди подобных реагентов занимает сульфаминовая (аминосульфоновая) кислота NH₂SO₃H. Кроме того, сульфаминовая кислота применяется при обработке призабойной зоны нефтяных скважин.

По сравнению с соляной кислотой сульфаминовая кислота отличается низкой скоростью реакции с карбонатной породой и меньшей коррозионной агрессивностью по отношению к нефтепромысловому оборудованию. Реагент совместим с пластовыми нефтями, образует фильтрующиеся нефтекислотные эмульсии с меньшей вязкостью, снижает вероятность формирования шлама, положительно влияет на межфазную активность синтетических ПАВ, которые добавляются в кислотные составы. Помимо этого, сульфаминовая кислота способна предотвращать процессы вторичного осадкообразования и отмывать асфальтено-смолопарафиновые отложения. В терригенных пластах применяются сухокислотные составы на основе сульфаминовой кислоты и фторида или бифторида аммония.

Наряду с кислотными обработками, применение растворов сульфаминовой кислоты было предложено для разрушения фильтрационной корки после бурения скважин, удаления отложений неорганических солей, разрушения водонефтяных эмульсий.

Для обработок скважин сульфаминовая кислота была предложена в конце 30-х гг. прошлого века, что нашло отражение в патентах США. В них предложено использование растворов сульфаминовой кислоты для удаления известковых отложений, а также для реакции с минералами породы, при проведении работ по вскрытию продуктивного пласта. Позднее было предложено применение 20-----40% масс. растворов сульфаминовой кислоты в смеси с содержащими один или два атома азота алкил-, арилпроизводными сульфаминовой кислоты. Данный способ обработки предусматривал использование растворов, содержащих одновременно HCl и NH₂SO₃H, причем общая концентрация кислот составляла 10-----40% масс., а содержание NH₂SO₃H - не менее 5% масс.