ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Игровые автоматы с быстрым выводом

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Вещество – триэтилалюминий

Курсовая работа

по дисциплине: «Надежность технических систем и техногенный риск» на тему: «Анализ техногенного риска и обеспечение безопасности технологического процесса производства полиэтилена»

Выполнил:

студент гр. ПБ – 311

Матияш А.Н.

Зачетная книжка № 12282

Проверила:

Доц. Трушкова Е. А.

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные…………………………………………………………..3

1. Краткое описание технологического процесса

производства полиэтилена…………………………………………………….......4

2. Анализ пожаорвзрывоопасных свойств веществ обращающихся в производстве……………………………………………………………………....8

3. Оценка пожаровзрывоопасности при нормальной работе аппаратов….11

4. Основные показатели надёжности и техногенного риска. Понятия о надёжности работы человека при взаимодействии техническими схемами……………………………………………….……….............................16

5. Определение вероятности безаварийной работы по узлам технологической схемы при последовательном и параллельном соединении аппаратов………………………………………………………………………...24

6. Анализ возможных причин повреждения аппаратов и появление характерных технологических источников зажигания…………..……….…..26

7. Метод построения дерева отказов…………………………………….....29

8. Метод построения деревьев событий……………………………………34

9. Определение риска промышленных аварий при производстве полиэтилена…………………………………………………………………….45

10. Вывод по работе…………………………………….……………………47

11. Приложение ( план-схема цеха 0,000 ,технологическая схема производства полиэтилена, разрез 1-1;;)

12. Литература……………………………………………………………...…50

Исходные данные

Таблица 1

Таблица 2

Сценарий развития аварийной ситуации – 3:Выход из строя насоса с суспензионной подачи. Срабатывание сигнализации, эвакуация людей из помещения. Взрыв мерника растворителя суспензии. Взрыв в помещении

1 .Краткое описание технологического процесса производства

по­лиэтилена

Производство полиэтилена методом низкого давления.

Полиэтилен и полипропилен получают путем полимеризации соответственно этилена и пропилена методом низкого давления с использованием в качестве катализатора слабого раствора триэтилалюминия в бензине и циклогексане. В результате полимеризации получается механическая смесь (суспензия) мелких частичек полимера с растворителем, так как полиэтилен и полипропилен в бензине и циклогексане не растворяются. Полученные полимеры в дальнейшем освобождаются от растворителя путем фильтрации, промываются метиловым спиртом и высушиваются. Готовая продукция в виде мелкого порошка насыпается в мешки или предварительно формуется в гранулы, а затем насыпается в мешки. В данной работе рассматривается только процесс полимеризации. Процессы дальнейшей обработки получаемой суспензии не рассматриваются. Технологические процессы полимеризации, как этилена, так и пропилена принципиально не отличаются. Поэтому ниже приведена схема и дано описание технологического регламента, общего для полимеризации этилена и полипропилена.

Сырьем для получения полиэтилена методом низкого давления служит очищенный этилен и смешанный металлоорганический катализатор— триэтилалюминий и четыреххлористый титан. Вместо триэтилалюминия могут применяться также диэтилалюминийхлорид, этилалюминийдихлорид или триизобутилалюминий.

Триэтилалюминий получают в две стадии. При взаимодействии алюминия с хлористым или бромистым этилом получают промежуточный продукт — сесквигалоид. Действием металлического натрия на сесквигалоид получают триэтилалюминий. Процесс получения может быть периодическим или непрерывным. Триэтилалюминий — бесцветная прозрачная жидкость плотностью 840 кг/м³, температурой кипения 194°С. На воздухе самовоспламеняется. При взаимодействии с водой, спиртами и другими веществами взрывается. Ядовитое вещество, вызывает отравление и ожоги.

Четыреххлористый титан — жидкость с резким запахом, плотностью 1730 кг/м³, температурой плавления —23 °С и кипения 136°С. Вещество -бензин А - 76; формула – С₇H₂₀; tвсп- 35° С; tcaмовоспл - 375° С; ТПВ: tH-17 °С; tB -35 °С; склонность к горючести – легко воспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ).

Механизм полимеризации

Полимеризация этилена при низком давлении происходит по анионному механизму по следующей схеме:

1) активация катализатора (образование катализаторного комплекса):

2А1 (С₂H₅)₃ + 2TiCl₄ = 2А1 (С₂H₅)₂CL + 2TiCl₃ + С₂H₄ + С₂H₆

2) рост цепи — выпавший из раствора порошок треххлористого не
адсорбирует на поверхности хлорэтилалюмнний, создавая ТНТ активации;
мономерные звенья присоединяются к катализаторному комплексу, образуя
растущую цепь путем внедрения этилена между атомом алюминия и
алкилом:

(TiCl₃)Al- С₂H₅+CH₂= CH₂-(TiCl₃)AL- С₂H₅+CH₂=CH₂ - - (TiCl₃)AL - С₂H₅

I I

CI CI

3) обрыв цепи происходит за счет регенерации активного центра,
вследствие передачи цепи на мономер или на растворитель. Происходит
образование соединения типа:

(C₂H₄)m — С₂H₅ (TiCl₃)Al-(C₂H₄)n- С₂H₅Cl которое, распадаясь, дает смесь полиэтилена, гидрата алюминия и четыреххлористого титана:

СН₂= СН - (- СН₂ – СН₂ - VI- С₂H₅

+ AlH₃+TiCl₄

СН₂ = СН — (-СН₂- СН₂—)п-1 - С₂H₅

Технологическая схема полимеризации этилена (приложение 2)

Из цеха катализаторов в мерники 4 и 5 подаются 5%-ные растворы триэтилалюминия (или диэтилалюминийхлорида) и четыреххлористого титана. Отмеренные количества катализаторов самотеком поступают в емкость 2, где они перемешиваются и разбавляются бензином и циклогексаном до 0,2 %-ной концентрации. Емкость имеет водяную рубашку для нагрева раствора до 50°С. Сформированный катализаторный комплекс насосом 1 закачивается в реактор 6 и поддерживается в нем на постоянном уровне. Реактор представляет автоклав колонного типа емкостью около 10м³. Этилен подается в нижнюю часть реактора по трубам 20. Поступая в реактор через систему эрлифта, этилен обеспечивает перемешивание реакционной массы, отводит тепло полимеризации и частично полимеризуется в полиэтилен. Полимеризация производится при t =50—60 °С, и эта подаваемого этилена. Не вступивший в реакцию этилен, нагретый и насыщенный парами растворителя, отводится из верхней части полимеризатора на циркуляцию, которая осуществляется следующим обра­зом. Этилен с парами растворителей (t=80°C) последовательно проходит ци­клонные отделители $, в которых улавливаются брызги растворителя и час­тички полиэтилена; конденсатор-холодильник 10, где происходит охлаждение до 40^оС и частичная конденсация паров растворителя, поступает на разделение в аппарат 11. Очищенный этилен подается по линии 7 снова в реактор, смешиваясь по пути со свежим этиленом. Растворитель, содержащий полиэтилен, из отделителей 8 и 11 с помощью насосов 9 и 12 возвращается в полимеризатор вместе с циркулирующим этиленом. Кроме того, осуществляется непрерывная циркуляция смеси в самих отделителях. Образующийся полимер в виде суспензии полиэтилена в растворителе отводится из полимеризатора по линии 18 в сборник 19, где происходит выделение растворенного этилена за счет снижения давления до 0,01 МПа и температуры до 70°С. Выделившийся этилен для улавливания паров растворителя проходит холодильник 16, сепаратор 13 и поступает на очистку. Суспензия полиэтилена из сборника 19 насосом 17 подается в сборник 15, а из него насосом 14 — в цех отмывки. Процесс полимеризации этилена при низком давлении сопровождается загрязнением полученного полимера остатками катализатора, которые ухуд­шают химические свойства полимера и изменяют его цвет до коричневого

Поэтому возникает необходимость удаления катализатора из полимера, что достигается разложением катализатора с последующим растворением полученных продуктов и отфильтровыванием их от полиэтилена.

Экспликация к технологической схеме производства полиэтилена

Таблица 3

2. Анализ пожаорвзрывоопасных свойств веществ обращающихся в производстве.

Пользуясь справочными материалами устанавливаем пожаровзрывоопасные свойства вещества:

- для жидкости - химический состав, температура кипения, плотность жидкости и ее паров, температуру вспышки, температурные и концентрационные пределы распространения пламени, температуру самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, способность к электризации, теплоту сгорания, токсичность, тушащие средства;

- для газов – химический состав, плотность, концентрационные пределы распространения пламени, температуру самовоспламенения, теплоту сгорания, скорость горения, токсичность, тушащие средства;

- для твердых веществ – химический состав, температуру самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, теплоту сгорания, скорость горения, токсичность продуктов термического разложения и горения, способность к плавлению при нагревании и горении, огнетушащие средства (для пыли указать величину нижнего концентрационного предела распространения пламени).

В технологическом процессе производства полиэтилена обращаются такие вещества, как бензин Б-70, циклогексан, тетрахлортитан, триэтилалюминий, этилен, полимер.

Вещество – циклогексан:

формула – С₆Н₁₂; tплавл ( tкип ) – 6,5 ^оС ( 80,7 ^оС); tсамовоспл – 259 ^оС, tвсп – 17 ^оС; р – 773 кг/м³; ТПВ: tн – 17 ^оС; tв – 20 ^оС; КПВ: φн – 1,3 %; φв – 7,8 %; Mr – 84,16; склонность к горючести – ЛВЖ ; коэф. диффузии пара в воздухе – 0,0646 см²/с; теплота образования – 123,13 кДж/моль; теплота сгорания – 3689 кДж/моль; растворимость – в воде не растворим; миним. энергия зажигания – 0,22 МДж; макс. Рвзрыва – 858 кПа; норм. скорость распространения пламени – 0,436 м/с. средства тушения – табл. 1, гр.1 [8].

Вещество – четырехлористый титан:

формула – TiCl₄; tкип – 76,6 ^оС; tсамовоспл – 635 ^оС; р – 1600 кг/м³; теплота образования – 195 кДж/моль.

Вещество – триэтилалюминий

формула – (С₂Н₅)₃Al; tкип – 89,3 ^оС; tсамовоспл – 310 ^оС; tвсп – 12 ^оС; р – 726 кг/м³; ТПВ: tн – 12 ^оС; tв – 14 ^оС; КПВ: φн – 1,2 %; φв – 8 %; Mr – 101,19; склонность к горючести – ЛВЖ ; коэф. диффузии пара в воздухе – 0,0588 см²/с; теплота образования – 98,7 кДж/моль; теплота сгорания – 3703 кДж/моль; растворимость – в воде; миним. флегм.конц.: N2 – 44,8; миним. энергия зажигания – 0,75 МДж; макс. Рвзрыва – 870 кПа; макс. скор. нарастания давления – 31 МПа/с; норм. скорость распространения пламени – 0,388 м/с; миним. взрывоопасное содержание О2 – 11,4 %. средства тушения – табл. 1, гр. 2 [8]..

Вещество – этилен:

формула – С₂Н₄; tкип – 103,3 ^оС; tсамовоспл – 435 ^оС; р – 0,974 кг/м³; КПВ: φн – 2,7 %; φв – 34 %; Mr –28,05; склонность к горючести – горючий газ; коэф. диффузии пара в воздухе – 0,13 см²/с; теплота сгорания – 1318 кДж/моль; растворимость – в воде плохая; миним. флегм. конц.: СО2 – 42 %; N2 – 52 %; миним. энергия зажигания – 0,12 МДж; макс. Рвзрыва – 830 кПа; макс. скор. нарастания давления – 37,7 МПа/с; миним. взрывоопасное содержание О2, при разбавлении СО2 – 10,5 %; N2 – 10%, средства тушения – табл. 1, гр.7 [8].

Вещество – бензин А-76:

формула – С₇Н₂₀,; tвсп, - 35 ^оС; tсамрвоспл, - 375 ^оС; ТПВ: tн - - 35 ^оС; tв - 17 ^оС; склонность к горючести - ЛВЖ; средства тушения – табл. 1, гр. 2 [8]..

Вывод: в данной технологической схеме есть аппараты, в которых рабочая температура превышает верхний предел распространения пламени (ап.№2, №6), так же имеются аппараты, в которых присутствуют вещества, рабочая температура которых находится между нижним и верхним температурным пределом распространения пламени (ап. №10).

3. Оценка пожаровзрывоопастности среды при нормальной работе аппаратов

В технологических схемах присутствуют:

- аппараты с горючими жидкостями, причем уровень жидкости может изменяться при наполнении или расходе продукта;

- аппараты, полностью заполненные жидкостью (например, насосы, трубопроводы);

- аппараты с горючими газами;

- аппараты, внутри которых находятся одновременно горючая жидкость и газ.

Поэтому вначале следует выяснить, есть ли в заданной технологической схеме аппараты с переменным уровнем горючей жидкости. Это обычно резервуары, вертикальные и горизонтальные емкости, мерники и другие подобные им аппараты. В таких аппаратах над поверхностью жидкости всегда есть паровоздушное пространство, концентрация паров в котором может быть ниже нижнего предела распространения пламени (воспламенения) или в пределах воспламенения (взрыва), или выше верхнего предела распространения пламени (воспламенения) (3).

Чтобы установить, какая концентрация паров будет в паровоздушном объеме аппарата при нормальной рабочей температуре, нужно сравнить эту температуру с температурными пределами распространения пламени и сделать соответствующие выводы. Внутри аппаратов с горючими газами или перегретыми парами горючие (взрывоопасные) концентрации (ВОК) образуются в том случае, если в них попадает воздух или подается окислитель (кислород, воздух, хлор и др.) при выполнении соотношения

, (1)

где φр- действительная (рабочая) концентрация горючего вещества, об.доли; φн и φв - соответственно нижний и верхний концентрацион­ные пределы распространения пламени при рабочей температуре, об.доли.

Если в аппарате в какие-то периоды образуется взрывоопасная концентрация, опасность ее нужно подтвердить расчетом величины давления, которая образуется при взрыве (см.2). Опасность образования взрывоопасной концентрации внутри аппарата подтверждаем расчетом величины

давления, которая образуется при взрыве.

(2)

,

где Р₀ – начальное давление взрывоопасной смеси, МПа (рабочее давление в аппарате);

Т₀ – начальная температура взрывоопасной смеси, К;

Т_взр – определяется нижними и верхними температурными пределами воспламенения, К;

∑n_i – число молей продуктов горения после взрыва (берется из конечной части уравнения горения);

∑n_см - число молей газовой смеси до взрыва (берется из исходной части уравнения горения).

Уравнение горения:

n1 * [горючий газ] + n2 * [кислород] = nсм * [продукты горения]. (3)

Например, реакции горения, используемые в данной курсовой работе:

Четыреххлористый титан TiCl₄ + О₂ = ТiO₂ + 2Cl₂
Триэтилалюминий: 2 Al (С₂Н₅)₃ + 21О₂ = 12СО₂ + 15Н₂О + Al₂O₃;

Циклогексан: С₆Н₁₂ + 9О₂ = 6СО₂ + 6 Н₂О;

Этилен: С₂Н₄ + ЗО₂ =2СО₂ + 2Н₂О;

Бензин: С₇Н₂₀+ 12О₂= 7СО₂ + 10Н₂О.

Таким образом, записываются реакции горения всех веществ, находящихся в аппаратах технологической схемы процесса заданного производства и производятся расчеты давлений взрыва веществ.

Расчетная часть

Расчет давления взрыва в аппарате в зависимости от вещества

Четыреххлористый титан TiCl4 + О2 = ТiO2 + 2Cl2
Триэтилалюминий: 2 Al (С2Н5)3 + 21О2 = 12СО2 + 15Н2О + Al2O3;

Циклогексан: С6Н12 + 9О2 = 6СО2 + 6 Н2О;

Этилен: С2Н4 + ЗО2 =2СО2 + 2Н2О;

Бензин: С7Н20+ 12О2= 7СО2 + 10Н2О.

Аппарат №2

Четыреххлористый титан λ(t)=

Триэтилалюминий λ(t)=

λ(t)=

Циклогексан λ(t)=

λ(t)=

Бензин λ(t)=

λ(t)=

Аппарат №6

Четыреххлористый титан λ(t)=

Триэтилалюминий λ(t)=

λ(t)=

Циклогексан λ(t)=

λ(t)=

Этилен λ(t)=

Бензин λ(t)=

λ(t)=

Аппарат №10

Этилен λ(t)=

График зависимости давления взрыва от интенсивности

Вывод: Был произведён расчёт давления взрыва в аппаратах в зависимости от вещества. По графику зависимости были определены интенсивности взрыва (λ)

4. Основные показатели надежности и техногенного риска.