Установка алкилирования бензола пропиленом



Алкилирование бензола пропиленом

Теоретический анализ, химизм и механизм процесса получения изопропилбензола методом алкилирования бензола пропиленом в присутствии безводного хлористого алюминия. Кинетика и термодинамика процесса, технические и технологические приемы управления ним.

Рубрика Химия
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 18.05.2019
Размер файла 121,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Темой курсового проекта является получение изопропилбензола методом алкилирования бензола пропиленом в присутствии безводного хлористого алюминия.

Изопропилбензол (кумол) — ароматическое органическое соединение, промежуточный продукт при получении фенола, ацетона, пластиков и лекарств. изопропилбензол алюминий пропилен

Химическая формула — C6H5CH/CH3/2. Представляет собой бесцветную жидкость, практически не растворимую в воде. Температура кипения — 152,4 °С. Легко воспламеняется.

Применяется в качестве высокооктановой добавки к бензину и авиационному топливу, а также разбавителя для эфироцеллюлозных красок и лаков. Впервые вещество было синтезировано в конце 1930-х г. в Северо-Западном университете (NorthwesternUniversity, Чикаго, США) химиком русского происхождения Владимиром Ипатьевым. Промышленное производство началось в 1940-х гг. В настоящее время производство изопропилбензола в мире — 8 млн т в год, в России — около 600 тыс. т [1].Ежегодныйприрост производства фенола составляет 10 % [2],что, в свою очередь, увеличивает спрос на ИПБ,так как 90 % фенола получают кумольным методом [3]. Это стало причиной необходимости наращивания мощностей производства ИПБ и интенсификации процесса алкилирования.

Так как изопропилбензол (ИПБ) один из главных источников сырья [4], то перед производителями ИПБ стоит задача не только увеличения производительности промышленных установок алкилирования бензола пропиленом, но и повышения качества товарного продукта, соответствующего требованиям, предъявляемым к ИПБ высшего сорта.К настоящему времени имеется большой опыт по совершенствованию процессов алкилирования бензола низшими олефинами. Исследования в данном направлении связаны с разработкой новых каталитических систем на основе цеолитов, модернизацией реакторного узла процесса алкилирования и применением совмещенных реакционноректификационных технологий, а также оптимизацией режимов работы каталитического реактора и аппаратов блока разделения продуктов алкилирования.Применение хлорида алюминия приводит к коррозии оборудования, вредному воздействию на окружающую среду.

Изопропилбензол является ядовитым веществом, влияющим на нервную систему. Максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК) в атмосферном воздухе населенных мест — 0,014 мг на 1 куб. м (4-й класс опасности). Для сравнения, ПДК аммиака — 0,2 мг/куб. м, хлора — 0,1 мг/куб. м, сероводорода — 0,008 мг/куб. м.

При вдыхании изопропилбензол вызывает кашель, головокружение, сонливость, боль в горле, головную боль, потерю сознание, сухость кожи, покраснение глаз. Может вызывать изменения в системе кровообращения (анемии, увеличение количества лейкоцитов), поражает органы дыхания, почки. При длительном контакте с кожей может вызывать дерматит. Первая помощь при отравлении — перенос пострадавшего на свежий воздух, обеспечение покоя. При попадании на кожу необходимо промыть ее водой с мылом, при попадании в глаза — промыть их большим количеством воды. В результате опытов было выявлено, что вдыхание паров изопропилбензол вызывает рак[5].

1. Теоретический анализ процесса

Алкилирование — введение алкильного заместителя в молекулу органического соединения. Типичными алкилирующими агентами являются алкилгалогениды, алкены, эпоксисоединения, спирты, реже альдегиды, кетоны, эфиры, сульфиды, диазоалканы. Катализаторами алкилирования являются минеральные кислоты, кислоты Льюиса а также цеолиты. Алкилирование широко применяется в химической инефтехимической промышленности[5].

Технология характеризуется одностадийностью и непрерывностью. Бензол и олефины или олефин — парафиновая фракция являются дешевым и доступным сырьем. Технология обладает высокой эффективностью и при конверсии олефина до 99% дифференциальная селективность по моноалкилбензолу достигает 91%. Конверсия бензола за один проход — 30-40%. Образующиеся в ходе процесса побочные продукты диалкилбензолы используются для получения целевого продукта за счет совмещения реакции алкuлирования с реакцией переалкилирования. Для обеспечения полного использования бензола используется принцип рециркуляции. Характерной особенностью данной технологии является наличие нескольких рециркуляционных циклов, охватывающих реакторную и разделительные подсистемы. В данном случае они направлены на полное использование исходного сырья — рецикл по бензолу, на использование побочных продуктов для получения целевого моноалкилбензола (принцип полноты использования отходов) — рецикл по диалкилбензолу, на повышение эффективности процесса — рецикл по бензолу, ди- и полиалкилбензолам, обеспечивающий оптимальную структуру каталитического комплекса. Организация этих рециркуляционных потоков становится возможной за счет реализации принципа полноты выделения всех продуктов из реакционной смеси. Технология обладает не высоким энергопотреблением за счет использования тепла реакции, хотя необходимо отметить, что эта энергия используется недостаточно из-за низкого ее потенциала. Существенным недостатком технологии жидкофазного алкилирования на катализаторах на основе хлорида алюминия является большое потребление воды, которая идет для приготовления щелочных растворов и промывки в скрубберах и превращается в кислотные, щелочные или солевые стоки. В данной технологии необходима предварительная очистка сырья от примесей и его гетероазеотропная осушка до содержания воды 0,002-0,005 %. Наличие такого количества остаточной влаги в сырье позволяет протекать частичному гидролизу хлорида алюминия с целью образования небольшого количества хлористого водорода, необходимого для достижения требуемой активности катализатора и образования активированного комплекса. Этот процесс является жидкофазным и протекает с выделением значительного количества энергии.

Необходимо отметить, что технология алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлорида алюминия аналогична технологии получения этилбензола. В качестве алкилирующего агента, кроме пропилена, может использоваться пропан-пропиленовая фракция, которая предварительно тщательно очищается от влаги, диоксида углерода и других примесей[6].

1.1 Химизм и механизм процесса

Изопропилбензол получают методом алкилирования бензола пропиленом в присутствии катализатора АLCL3 при температуре не выше 130 о С и давлении до 2,9 кгс/см 2 . При этих условиях конверсия бензола составляет 28-29,5 %. Алкилирование проводится в жидкой фазе.

Основная реакция — алкилирование бензола пропиленом протекает по схеме:

НС СН АLCL3 НС С

бензол пропилен изопропилбензол

При этом, наряду с изопропилбензолом, могут получаться полиизопропилбензолы:

Источник

Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю – Крафтсу)

1. Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю – Крафтсу).

2. Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора.

3.Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах.

Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия. Технология характеризуется одностадийностью и непрерывностью. Бензол и олефины или олефин — парафиновая фракция являются дешевым и доступным сырьем. Технология обладает высокой эффективностью и при конверсии олефина до 99% дифференциальная селективность по моноалкилбензолу достигает 91%. Конверсия бензола за один проход – 30-40%. Образующиеся в ходе процесса побочные продукты диалкилбензолы используются для получения целевого продукта за счет совмещения реакции алкuлирования с реакцией переалкилирования. Для обеспечения полного использования бензола используется принцип рециркуляции. Характерной особенностью данной технологии является наличие нескольких рециркуляционных циклов, охватывающих реакторную и разделительные подсистемы. В данном случае они направлены на полное использование исходного сырья — рецикл по бензолу, на использование побочных продуктов для получения целевого моноалкилбензола (принцип полноты использования отходов) — рецикл по диалкилбензолу, на повышение эффективности процесса — рецикл по бензолу, ди- и полиалкилбензолам, обеспечивающий оптимальную структуру каталитического комплекса. Организация этих рециркуляционных потоков становится возможной за счет реализации принципа полноты выделения всех продуктов из реакционной смеси.

Технология обладает невысоким энергопотреблением за счет использования тепла реакции, хотя необходимо отметить, что эта энергия используется недостаточно из-за низкого ее потенциала. Существенным недостатком технологии жидкофазного алкилирования на катализаторах на основе хлорида алюминия является большое потребление воды, которая идет для приготовления щелочных растворов и промывки в скрубберах и превращается в кислотные, щелочные или солевые стоки В данной технологии необходима предварительная очистка сырья от примесей и его гетероазеотропная осушка до содержания воды 0,002–0,005 %. Наличие такого количества остаточной влаги в сырье позволяет протекать частичному гидролизу хлорида алюминия с целью образования небольшого количества хлористого водорода, необходимого для достижения требуемой активности катализатора и образования активированного комплекса. Этот процесс является жидкофазным и протекает с выделением значительного количества энергии.

С целью улучшения экологической чистоты рассматриваемого производства целесообразно организовать взаимную нейтрализацию кислых и щелочных вод. Для этого необходимо создать такие условия, чтобы соблюдалось определенное соотношение кислоты и щелочи. В этом случае рассмотренная технология будет более приемлемой. Следует отметить, что раствор хлорида алюминия (отработанный катализатор) может быть использован как коагулянт для очистки сточных вод в нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Смола, получаемая в процессе, в настоящее время используется как топливо. Однако это не лучший способ ее применения, она может быть использована более эффективно в строительстве. Основным недостатком этой технологии является отсутствие регенерации теплоты реакции, которая отводится водой в конденсаторе.

Технология жидкофазного алкилирования, разработанная фирмой «Monsanto» (США), позволяет ликвидировать недостатки рассмотренного выше процесса. Предложено использовать небольшое количество АlСlз (около 2 г на 1 кг алкилата) без его регенерации. Давление при жидкофазном алкилировании зависит от температуры процесса, так как реакционная смесь должна находиться в жидком состоянии. Несмотря на повышенные температуры (160-200 0 С при соответствующем давлении), вследствие небольшого количества катализатора степень смолообразования низкая, что очень важно для создания малоотходных производств. Однако в этом случае при условиях процесса алкилирования не протекает переалкилирование полиалкилбензолов, поэтому в технологии предусмотрен дополнительный реактор. Если полиалкилбензолы используются как целевые продукты, то необходимость в этой стадии отпадает.

Читайте также:  Установка колец для водопровода

Необходимо отметить, что технология алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлорида алюминия аналогична технологии получения этилбензола. В качестве алкилирующего агента, кроме пропилена, может использоваться пропан-пропиленовая фракция, которая предварительно тщательно очищается от влаги, диоксида углерода и других примесей.

Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора. В настоящее время известны следующие гетерогенные катализаторы алкилирования бензола пропиленом: фосфорнокислотный, катализаторы на основе оксидов и солей металлов, оксиды, модифицированные BP3, аморфные алюмосиликаты, цеолиты и катиониты. Применение твердых катализаторов намного упрощает технологическую схему, позволяет автоматизировать процесс, исключает проблему коррозии аппаратуры, облегчает отделение продуктов реакции, не требующих дополнительной очистки, которая в гомогенном катализе приводит к образованию стойких эмульсий и больших объемов сточных вод. Эти катализаторы можно регенерировать и использовать многократно.

Ионообменники в качестве катализаторов алкилирования в промышленности пока не используются. Однако этот вариант может быть как экономически, так и экологически наиболее выгодным, поскольку он может быть реализован как совмещенный реакционно-ректификационный процесс, повышающий селективность и снижающий затраты на разделение, так как в реакторе может быть достигнута конверсия бензола до 100 %.

Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах. В последние годы за рубежом получил распространение процесс фирмы «Моbil — Вadgеr» (США), в котором используется катализатор на основе цеолитов. Эта технология применена на нескольких действующих крупных установках получения этилбензола с единичной мощностью 335-465 тыс. т этилбензола в год. Процесс производится при температуре 370-500 0 С и давлении 1,4-2,8 МПа. По этой технологии образующиеся в процессе полиалкилбензолы возвращаются в узел алкилирования. Конверсия этилена составляет 100%, а выход этилбензола в расчете на этилен достигает ≈ 98 %.

Технология алкилирования бензола на цеолитном катализаторе имеет ряд преимуществ в сравнении с известной схемой с использованием AlCl3. Главное достоинство касается экологических аспектов. Отсутствие в схеме кислотного фактора резко снижает образование кислых сточных вод. Другие достоинства – это меньшие расход катализатора (на два порядка), металлоемкость, площадь установки, количество персонала.

1.3. Принципы алкилирования бензола олефинами в химической
технологии

Для оценки различных катализаторов в процессе алкилирования рассмотрим некоторые показатели производства изопропилбензола (ИПБ), представленные в таблице 2

Показатели процесса алкилирования бензола пропиленом на различных катализаторах

0,003 45 2,915 52 14,45 145,80 Очистка отходящих газов алкилирования

Из таблицы 2видно, что самая низкая себестоимость изопропилбензола соответствует процессу, в котором в качестве катализатора используется фосфорная кислота на кизельгуре, чуть более высокая — процессу с цеолитсодержащими катализаторами. Однако в первом случае наблюдается значительный унос фосфорной кислоты и требуется очистка от нее продуктов, а во втором — нет необходимости в очистке, кроме того, не образуются сточные воды.

Несмотря на то, что в мировой практике известны технологии алкилирования с применением гетерогенных катализаторов, в России единственным катализатором алкилирования до сих пор является хлорид алюминия, в т. ч. и на установке алкилирования бензола пропиленом на ОАО «Омский каучук». Именно рассмотрению этой установки и посвящен данный проект.

Источник

Алкилирование бензола пропиленом. Глава 6

Верико Кочивари «Как же часто, сталкиваясь с разного рода обстоятельствами, мы относим это к серии необъяснимых случайностей. А так ли это на самом деле?
Взять, хотя бы, встречу с таким человеком, как Петрович. Случайна ли она, или это результат, неподвластной нашему сознанию, серии закономерностей?», — подумал Аркадий Ильич. Он устало прикрыл глаза, расслабился, и память тут же, услужливо выдала картинку из далёкого прошлого.
Аркадий Наумов мечтал стать врачом. После школы он сдал вступительные экзамены в медицинский институт, но не прошёл по конкурсу. В то время мед институт считался престижным учебным заведением. Конкурс – 6 человек на место. Наумов «недобрал» нужное количество баллов. Четвёрка по химии оказала решающее значение. Чтобы не терять время зря, он сдал без труда вступительные экзамены в Химико – механический техником. Вполне здраво рассудив, что несколько лет жизни не имеют решающего значения, заодно получит дополнительные знания по химии, что было на тот момент самым важным.
Базовая основа – это фундамент, на котором впоследствии, кирпичик за кирпичиком, будет строиться вся дальнейшая карьера, в области медицины, или, может, биологии. Впрочем, окончательно, на тот момент он, так и не определился.
Но прежде нужно было разобраться, как следует с химией. Данное учебное заведение давало возможность детально освоить пять направлений в этой области: неорганическая, органическая, физколлоидная, аналитическая, а так же курс химической технологии.
Наумов старался. Много времени проводил в лабораториях, практически закрепляя полученные знания. Экспериментировал. Радовался, когда что – то из намеренного удавалось, и не особо огорчался если что – то не получалось. Знал наверняка, что главное всё впереди. Чтобы царствовать в волшебном мире атомов и молекул, нужно какое – то время побыть в роли подданного.
Как это обычно и бывает, не все студенты были столь упёртыми как Наумов. Его считали на курсе одним из лучших, но были и такие, для которых учёба была сродни обязательной трудовой повинности.
Лекции по аналитической химии читал профессор, Яков Аронович Розеншталь. Каким ветром его занесло в данное заведение, было загадкой для всех. Получить «зачёт» по теме у этого преподавателя считалось «высшим пилотажем». Яков Аронович имел обыкновение задавать дополнительные вопросы. И даже если студент был подготовлен на «отлично», преподаватель неизменно загонял его в угол своим интеллектом.
— Менделеев знал химию на 3 балла, я – на 2 с минусом, а вы едва ли дотягиваете до единички, милейший. И только из уважения к вашей зачётной книжке. Запомните, только из уважения к вашей зачётной книжке. — вкрадчивым голосом, медленно и чётко произнося каждое слово, расписывался в зачётке. Всем своим видом давая понять, что оказывает великое одолжение

Студенты, что называется, сторицей платили Якову Ароновичу за пренебрежение к себе. Приклеили ему кличку Кудрявый», вероятно за обилие гениальных мыслей, круживших в его совершенно лысой голове.
Что же из себя представлял Профессор. В общих чертах – ничего особенного: невысокого роста, среднего телосложения, эдакий, гриб – боровичок. Но достаточно было встретиться с взглядом этого человека – общее впечатление сразу менялось. Встречаются в природе такие люди, которых смело можно охарактеризовать «человек – глаза». Яков Аронович был одним из таких.
Профессор строго придерживался правил здорового образа жизни. Никогда не пользовался общественным транспортом. До места работы, весной и осенью добирался на велосипеде, зимой – строго на лыжах. Независимо от погодных условий. И ему было абсолютно наплевать, что о нём скажут и подумают.
Имелось и разумное, всеобщее объяснение такому пристрастию. Жена Якова Ароновича моложе на 28 лет.
Как и у всех, без исключения, имелся у Профессора и маленький изъян. Он совершенно не разбирался в лицах людей. Особенно это касалось лиц женского пола. Прежде чем приступить к занятиям, Яков Аронович окидывал своим взглядом – рентгеном аудиторию, найдя нужный «объект» женского рода, коротко приказывал:

— Вы, вы и вы – немедленно умываться!

«Неугодные» студентки уходили на водные процедуры. Яков Аронович приступал к своим обязанностям. Через некоторое время раздавался стук в дверь:

— Яков Аронович! Можно войти? – просовывалась в дверь опоздавшая студентка.
Профессор с трудом переселялся из мира химических формул в мир реальной действительности, в течении секунды ситуация анализировалась, преподаватель довольно улыбался и констатировал:

— Ну, вот видите! Совсем другая девушка! Я всегда говорю Ольге Эдуардовне » Не надо никого вводить в заблуждение. Химии в нашей жизни и так предостаточно..»

Никто никогда не видел Ольгу Эдуардовну, но все без исключения, мысленно, её жалели и проявляли сочувствие. Особенно студентки. Если он и в жизни такой дотошный, то легче повеситься, чем жить с таким человеком. Одним словом – человек, примилейший, без всякого сомнения.

Однажды внутреннее «Я» Наумова взбунтовалось:

— Яков Аронович! У вас ко мне личная неприязнь, или имеется что – то ещё, о чём я не догадываюсь? – прямо спросил Наумов.

Преподаватель расписался в зачётке, снял очки, отложив их в сторону и устало взглянул Наумову в глаза:

— Уверяю вас, молодой человек, я понятия не имею, что вы хотите знать?

— Ну как же! – воскликнул Наумов. – Почему вы всё время меня терзаете вопросами, порой совсем не относящимися к теме, и неизменно добиваетесь поставленной цели. Вам доставляет удовольствие сам процесс, или ещё есть какие – то тайные мотивы, о которых мне неизвестно?

— Я выполняю свою работу так, как считаю нужным. И главная моя цель этой «нужности» — пробудить у вас склонность к анализу. Это первое. И ещё. Я вижу ваше стремление, и оно похвально. Меня интересует, другое. Когда же вы, наконец, зададите мне самый главный вопрос, который просто обязан задать человек, пытающийся разобраться в основах любой науки, и в частности, такой как химия.

— Какой вопрос? – удивился Наумов.

— Видите ли, юноша. Расшифровать любую химическую формулу, или создать формулу любого химического процесса – это частная задача. Настоящая задача – понять, что такое Жизнь, какова её роль во Вселенной, и какова роль химии в этом процессе, непосредственно. От вас, на данный момент, такого вопроса пока я так и не услышал.

Читайте также:  The bat установка сертификата

Наумов, ничего не понимая, пожал плечами. «Профессору пора на пенсию. Видимо, начинаются необратимые процессы со здоровьем», — про себя подумал, выходя из аудитории.
Прошло 2 года, прежде чем Аркадий начал осознавать, что имел в виду Яков Аронович.
Два последующих года дали возможность окончательно сформулировать внутренние противоречия в виде ясной и чёткой мысли.

Июль месяц готовился передать эстафету августу. Стояла непривычная, для этого времени года, жара. В аудитории невыносимая духота. Члены комиссии, в основном составе состоящей из научных сотрудников различного ранга, основательно разомлев, сквозь дрёму, лениво слушали будущих молодых специалистов. И это понятно. Темы повторялись из года в год и надо сильно постараться, чтобы завалить подобное мероприятие. Все всё понимали. Вероятно по этой причине, распределение прошло на 2 дня раньше защиты. Наумову предстояло, в качестве технолога прибыть по месту будущей работы на нефтехимический комбинат в город Нижнекамск. Оставалась чистая формальность – получить на руки диплом.
_ — «Алкилирование бензола пропиленом» — бодро начал Наумов, развесив ватманы с чертежами и….процесс защиты начался.

— Достаточно, — через какое – то время взмахнул рукой один из присутствующих. – По поводу реконструкции у меня к вам вопросов нет. Есть вопрос по технике безопасности.

— Разве можно обезопасить то, что обезопасить невозможно? – вырвалось у Наумова.
Он готов был поклясться чем и кем угодно, что не собирался спорить по этому поводу с учёной братией, но, как справедливо замечено – «слово не воробей….»

— Что вы имеете в виду? – удивлённо приподнял брови один из присутствующих.

— Я хочу сказать, что любое химическое производство, в таком виде, в каком оно в настоящий момент представлено, не может отвечать правилам национальной безопасности. Да что там национальной. Обще — человеческой, вообще, — чётко произнёс Наумов.

— Вы хотите сказать, что не верите в дело, которым вам предстоит заниматься?

— Не верю. Это тупик. Рано или поздно, но к такому мнению придут все, кто не верит в это, – уверенно ответил Наумов.

Дремота с лиц членов комиссии мигом улетучилась, и вопросы посыпались, как рассыпавшийся горох из сумки бабы Мани:

— Что конкретно вас не устраивает?

— Отходы производства, очистные сооружения и ещё много чего,- вздохнул Наумов. – И самое главное, ради чего всё это. Только для того, чтобы быстрее добраться из Ленинграда во Владивосток? Ведь вреда от химических производств гораздо больше чем пользы. Неужели никто этого не видит?

— А вы предлагаете вернуться в каменный век? Странно всё это слышать от человека, решившего заниматься наукой. Научно технический прогресс шагает по планете семимильными шагами, и вдруг, такое заявление. Что же прикажите, пустить по улицам городов фаэтоны вместо автомобилей? А отходы, данного вида транспорта, куда прикажете девать?- со смехом проговорил директор Нефтекомбината.
— На поля, — ничуть не смутился Аркадий.

— Чем же вам не угодили очистные сооружения?

— Степенью очистки, разумеется. Загрязняются реки, травятся люди, — теряя терпение, перечислял студент. – И наконец, как следствие – однажды наступит, логически объяснимый, конец. Да, именно конец человеческой цивилизации, и планеты в целом.

— Ответьте, в таком случае, для чего же, например, горят факелы на Нефтеперерабатывающих заводах? Какова их цель и принцип работы?

— Факелы?! «Вечный огонь» по всему человечеству ваши факелы! – почти выкрикнул Наумов.

Он стоял, словно, под перекрёстным огнём. Боковым зрением видел, как в проёме двери стоял руководитель его проекта, крутил пальцем у виска, грозил кулаком, показывая знаками, чтобы Наумов прекратил этот балаган и шёл на выход, но в Наумова, словно бес вселился. Прекрасно понимая, что это полный провал, решил высказаться до конца, коль уж случилось.

— Минуточку, коллеги!_ поднялся председатель комиссии – директор техникума, обмахиваясь носовым платком. – Всё дело в том, что у данного студента, за несколько дней до защиты, пропали чертежи. Да, странным образом исчезли, понимаете ли. Пришлось работать в усиленном режиме, так сказать. Перегрузки, переутомления – нервные и физические , и, как следствие….Думаю, пора ему на воздух… У меня вопросов больше нет. Считаю, что вы можете быть свободны,- обратился он к Наумову.

— У меня есть вопрос к этому студенту, последний, — поглаживая рыжую бороду, произнёс учёный, сидящий напротив Наумова. — Как говорится, критикуя – предлагай. Что вы можете предложить, конкретно, по степени очистки? Есть какие — то соображения?

— Пока ответить не готов, но соображения имеются, — честно признался Аркадий.

Добирался домой Наумов на пределе своих физических возможностей. Не было ни радости от ощущения предстоящей свободы, ни огорчения от прожитых переживаний. Думать ни о чём не хотелось.
«Всё – завтра», — сказал сам себе Аркадий, как только зашёл в троллейбус. Бухнулся на свободное сидение и сразу же уснул.
Каково же было его удивление, когда на следующий день он пришёл в техникум, с полной уверенность, что не видать ему теперь диплома, как собственных ушей, а вместо этого его поздравили с успешной защитой. Мало того, через несколько дней он получил «свободный» диплом. А это было заветной мечтой любого студента того времени.

До чернобыльских событий оставалось всего 4 года.

Заветной мечте Наумова так и не удалось осуществиться. Учёным он так и не стал. Этому способствовало множество причин. Однако, в жизни есть немало других профессий, не менее важных и нужных, в чём он и убедился на собственном опыте. Но, как говорила одна бабка «Коль родился с лысиной – с нею и помрёшь». Наумов бы чуть перефразировал данное изречение «…. с нею будешь жить вечно».

© Copyright: Верико Кочивари, 2016
Свидетельство о публикации №216110900611 Список читателей / Версия для печати / Разместить анонс / Заявить о нарушении Другие произведения автора Верико Кочивари Согласен с предыдущими выступающими — браво! Вот ведь, как здорово написано: понимаешь, что такой оборот на комиссии маловероятен, а принимаешь, как действительно происшедшее событие.
Спасибо, Верико!

Здравствуйте Альберт Иванович!
Ну что тут сказать.. Жизнь — лучший сценарист. Иной раз и выдумывать ничего не нужно, стоит только внимательнее присмотреться к окружающей действительности.
Спасибо большое,

Источник

Теоретические основы процесса алкилирования

Алкилароматические соединения широко используются в химии и химической технологии для получения полимерных материалов, поверхностно-активных веществ, высокооктановых добавок к топливу и в качестве полупродуктов. Наибольшее значение имеют этилбензол и изопропилбензол как исходные вещества при получении таких мономеров, как стирол и α-метилстирол. Изопропилбензол также является полупродуктом при производстве фенола и ацетона «кумольным» методом. Этим методом получают более 95% всего производимого в мире фенола.

Содержание

Введение…………………………………………………………….4
1. Теоретические основы процесса алкилирования…………………
2.Характеристика промышленных способов алкилирования бензола пропиленом
3. Принципы алкилирования бензола олефинами в химической технологии
4. Проблемы проектирования технологических установок алкилирования бензола
5. Описание технологии процесса алкилирования бензола
6. Разработка структурной схемы процесса производства ИПБ
7. Технологическая схема производства алкилирования бензола пропиленом
2.4. Расчёт материального баланса процесса алкилирования бензола
2.5. Технологический расчёт узла алкилирования
3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Прикрепленные файлы: 1 файл

Расчет реактора алкилирования.docx

Необходимо отметить, что технология алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлорида алюминия аналогична технологии получения этилбензола. В качестве алкилирующего агента, кроме пропилена, может использоваться пропан-пропиленовая фракция, которая предварительно тщательно очищается от влаги, диоксида углерода и других примесей.

Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора. В настоящее время известны следующие гетерогенные катализаторы алкилирования бензола пропиленом: фосфорнокислотный, катализаторы на основе оксидов и солей металлов, оксиды, модифицированные BP3, аморфные алюмосиликаты, цеолиты и катиониты. Применение твердых катализаторов намного упрощает технологическую схему, позволяет автоматизировать процесс, исключает проблему коррозии аппаратуры, облегчает отделение продуктов реакции, не требующих дополнительной очистки, которая в гомогенном катализе приводит к образованию стойких эмульсий и больших объемов сточных вод. Эти катализаторы можно регенерировать и использовать многократно.

Ионообменники в качестве катализаторов алкилирования в промышленности пока не используются. Однако этот вариант может быть как экономически, так и экологически наиболее выгодным, поскольку он может быть реализован как совмещенный реакционно-ректификационный процесс, повышающий селективность и снижающий затраты на разделение, так как в реакторе может быть достигнута конверсия бензола до 100 %.

Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах. В последние годы за рубежом получил распространение процесс фирмы «Моbil — Вadgеr» (США), в котором используется катализатор на основе цеолитов. Эта технология применена на нескольких действующих крупных установках получения этилбензола с единичной мощностью 335-465 тыс. т этилбензола в год. Процесс производится при температуре 370-5000С и давлении 1,4-2,8 МПа. По этой технологии образующиеся в процессе полиалкилбензолы возвращаются в узел алкилирования. Конверсия этилена составляет 100%, а выход этилбензола в расчете на этилен достигает ≈ 98 %.

Технология алкилирования бензола на цеолитном катализаторе имеет ряд преимуществ в сравнении с известной схемой с использованием AlCl3. Главное достоинство касается экологических аспектов. Отсутствие в схеме кислотного фактора резко снижает образование кислых сточных вод. Другие достоинства – это меньшие расход катализатора (на два порядка), металлоемкость, площадь установки, количество персонала.

Читайте также:  Как отключить установку драйверов вин 10

1.3. Принципы алкилирования бензола олефинами в химической
технологии

Для оценки различных катализаторов в процессе алкилирования рассмотрим некоторые показатели производства изопропилбензола (ИПБ), представленные в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Показатели процесса алкилирования бензола пропиленом на различных катализаторах

Расход катализатора, % от изопропилбензола

Обще число аппаратов, шт.

Капитальные вложения, усл.ед.

Численность обслуживающего персонала

Эксплуатационные расходы, усл.ед. на т

Себестоимость изопропилбензола усл.ед на т

Основные мероприятия по охране природы

Очистка сточных вод

Фосфорная кислота на кизельгуре

Трифторид бора на Al2O3

Очистка отходящих газов алкилирования

Из таблицы 1.1 видно, что самая низкая себестоимость изопропилбензола соответствует процессу, в котором в качестве катализатора используется фосфорная кислота на кизельгуре, чуть более высокая — процессу с цеолитсодержащими катализаторами. Однако в первом случае наблюдается значительный унос фосфорной кислоты и требуется очистка от нее продуктов, а во втором — нет необходимости в очистке, кроме того, не образуются сточные воды.

Несмотря на то, что в мировой практике известны технологии алкилирования с применением гетерогенных катализаторов, в нашей стране единственным катализатором алкилирования до сих пор является хлорид алюминия, в т. ч. и на установке алкилирования бензола пропиленом. Именно рассмотрению такой установки и посвящен данный проект.

1.4. Проблемы проектирования технологических установок алкилирования бензола

Технология жидкофазного алкилирования бензола олефинами на катализаторах на основе хлорида алюминия характеризуется одностадийностью и непрерывностью. Бензол и олефины или олефин — парафиновая фракция являются дешевым и доступным сырьем. Технология обладает высокой эффективностью и при конверсии олефина до 99% дифференциальная селективность по моноалкилбензолу достигает 91%. Конверсия бензола за один проход – 30-40%. Образующиеся в ходе процесса побочные продукты диалкилбензолы используются для получения целевого продукта за счет совмещения реакции алкuлирования с реакцией переалкилирования. Для обеспечения полного использования бензола используется принцип рециркуляции. Характерной особенностью данной технологии является наличие нескольких рециркуляционных циклов, охватывающих реакторную и разделительные подсистемы. В данном случае они направлены на полное использование исходного сырья — рецикл по бензолу, на использование побочных продуктов для получения целевого моноалкилбензола (принцип полноты использования отходов) — рецикл по диалкилбензолу, на повышение эффективности процесса — рецикл по бензолу, ди- и полиалкилбензолам, обеспечивающий оптимальную структуру каталитического комплекса. Организация этих рециркуляционных потоков становится возможной за счет реализации принципа полноты выделения всех продуктов из реакционной смеси.

Технология обладает невысоким энергопотреблением за счет использования тепла реакции, хотя необходимо отметить, что эта энергия используется недостаточно из-за низкого ее потенциала. Существенным недостатком технологии жидкофазного алкилирования на катализаторах на основе хлорида алюминия является большое потребление воды, которая идет для приготовления щелочных растворов и промывки в скрубберах и превращается в кислотные, щелочные или солевые стоки.

Таким образом, жидкофазное алкилирование ароматических углеводородов позволило решить многие технологические задачи и получить ряд ароматических углеводородов в промышленности. Вместе с тем данная технология имеет ряд недостатков: промышленные катализаторы являются недостаточно стабильными и активными; такие промышленные катализаторы, как АlСlз, HCl и другие, вызывают коррозию аппаратуры и плохо регенерируются; протекание вторичных реакций снижает селективность основной реакции, а также требует затрат на очистку основных алкилбензолов и регенерацию вторичных продуктов; образуется большое количество сточных вод, в том числе и кислых, что требует затрат на их очистку.

В связи с этим необходимо искать другие технологические решения. Следует отметить, что ряд недостатков можно избежать, если использовать в качестве катализаторов цеолиты и ионообменники.

Описание технологии базового процесса алкилирования бензола

Производство изопропилбензолана включает в себя следующие стадии: алкилирование бензола пропиленом; разложение катализаторного комплекса и нейтрализация реакционной массы; нейтрализация абгазов; последовательное выделение готовых и побочных продуктов производится путем ректификации реакционной массы алкилирования (РМА).

Алкилирование бензола пропиленом производится в присутствии катализатора хлористого алюминия (AlCl3) — при мольном соотношении бензола к пропилену в пределах 1:0,3-0,33 или при весовом соотношении 6:1.

Первой стадией процесса является присоединение олефина к хлористому алюминию в присутствии хлористого водорода:

2AlCl3 + HCl + C3H6 → Al2Cl6 × C3H7Cl

Затем присоединяется бензол и образуется тройной комплекс:

Al2Cl6 × C3H7Cl + C6H6 → Al2Cl6 × C6H5 × C3H7 × HCl

После образования тройного комплекса реакция протекает по следующей схеме:

а) присоединяется олефин к комплексу:

Al2Cl6 × C6H5 × C3H7 × HCl + C3H6 → Al2Cl6 × C6H4(C3H7)2 × HCl

б) реакция обмена между комплексом и исходным углеводородом (бензолом) c образованием алкилбензола:

Al2Cl6 × C6H4(C3H7)2 × HCl + C6H6 → Al2Cl6 × C6H5 × C3H7 × HCl + C6H5C3H7.

Все эти комплексы находятся в состоянии подвижного равновесия, т.е. алкильные радикалы непрерывно переходят из одного комплексного соединения в другое.

Хлористый алюминий может образовывать тройные комплексы не только с одним, но и с двумя, тремя и так далее алкильными радикалами:

Al2Cl6 × C6H4(C3H7)2 × HCl

Al2Cl6 × C6H3(C3H7)3 × HCl

В результате присоединения олефина образуются комплексы с еще большим числом алкильных радикалов, которые при обменной реакции с исходным углеводородом (бензолом) дают полиалкилбензолы:

Al2Cl6 × C6H3(C3H7)3 × HCl + C6H6 → Al2Cl6 × C6H5C3H7 × HCl + C6H4(C3H7)2

Комплексы могут вступать в обменную реакцию не только с бензолом, но и с продуктами реакции, например, с диалкилбензолами, тогда происходит процесс деалкилирования:

Al2Cl6 × C6H5C3H7 × HCl + C6H4(C3H7)2 → Al2Cl6 × C6H4(C3H7)2 × HCl + C6H5C3H7

Чем больше концентрация алкильных радикалов в среде, окружающей комплекс, тем больше алкильных радикалов будет содержаться в комплексных соединениях хлористого алюминия и тем больше будет образовываться полиалкилбензолов. Следовательно, с увеличением отношения поглощенного олефина к бензолу реакция идет в сторону образования полиалкилбензолов.

Таким образом, в результате протекающих реакций образуется ИПБ и вся гамма алкилбензолов и в то же время меняется углеводородная часть комплекса.

Этот процесс продолжается до тех пор, пока не установится совершенно определенный состав продуктов реакции, который обуславливается только отношением алкильных радикалов к бензольным ядрам в реакционной смеси и не зависит от состава исходного сырья.

Реакция алкилирования бензола пропиленом осуществляется в алкилаторе при температуре не более 130 0С и давлении не более 0,4 МПа.

Тепловой эффект реакции алкилирования равен 621 ккал/кг поглощенного пропилена.

Разложение катализаторного комплекса и нейтрализация реакционной массы. Получение алюмохлорида происходит на 1-й системе разложения по следующему уравнению:

AlCl3 + H2O → AlCl3-n(OH)n × nHCl,

Разложение катализаторного комплекса на 2-ой системе разложения производится водой и протекает по уравнению:

Al2Cl6 х C6H5C3H7 х HCl + 6H2O → C6H5C3H7 + 2Al(OH)3 + 7HCl

Нейтрализация реакционной массы производится щелочью и протекает по уравнению:

HCl + NаOH → NаCl + H2O

Отмывка реакционной массы от фенолов производится щелочью и протекает по уравнению:

C6H5OH + NаOH → C6H5ONа + H2O

Нейтрализация абгазов производится щелочной водой и протекает по уравнению:

HCl + NаOH → H2O + NаCl

Последовательное выделение готовых и побочных продуктов производится путем ректификации реакционной массы алкилирования (РМА). Данная стадия происходит в цехе И – 15, где последовательно осуществляется азеотропная осушка бензола и ректификация РМА.

2.2. Структурная схема процесса производства ИПБ

Производство изопропилбензола состоит из трех отделений:

Цех И – 14: приготовление катализаторного комплекса; алкилирование бензола пропиленом; отстой РМА; разложение катализаторного комплекса; нейтрализация РМА и отмывка её от щёлочи; отстой РМА от воды; отчистка абсорбционных газов от бензола и хлорводорода; очистка химстоков от органики;

Цех И – 15: азеотропная осушка бензола; ректификация РМА;

Цех И – 15а: промежуточный склад хранения бензола и продуктов производства.

Структурная схема производства представлена на рисунке 2.1.

Описание производственного процесса. Катализаторный комплекс готовят с использованием безводного хлорида алюминия, бензола и полиалкилбензолов. Для образования хлористого водорода в смесь добавляют ограниченное количество воды (не более 2% от массы хлорида алюминия). Готовую суспензию перекачивают в реактор – алкилатор, в который подают предварительно осушенную (до содержания воды до 0,0005%) жидкую смесь свежего и возвратного бензола, а также предварительно испаренный и подогретый пропилен. Бензол берут в избытке (мольное соотношение пропилена и бензола равно 1:3).

Выделяющиеся в процессе алкилирования тепло используется для испарения избытка бензола, пары которого вместе с инертными газами, поступающие с пропиленом, выводят из реактора и конденсируют в водяном конденсаторе. получающийся конденсат самотеком возвращается в реактор, а газообразные примеси отправляют в производственную сеть. Степень превращения бензола не превышает 50% (т.к. он находится в избытке), в то время как пропилен реагирует на 100%. Продукты реакции в жидком виде вместе с катализаторным комплексом непрерывно отводят в отстойную зону, где отделяют катализаторный комплекс от углеводородов и возвращают в реактор. Углеводороды откачивают на разделение через систему очистки от остатков катализаторного комплекса и нейтрализации соляной кислоты. Н стадии разделения продуктов реакции, называемых реакционной массой (РМ), выделяют непрореагировавший (возвратный) бензол и направляют его на смешение со свежим бензолом. Далее выделяют целевой продукт – изопропилбензол, полиалкилбензолы (ПАБы), возвращаемые в реактор, этилбензольную и бутилбензольную фракции, которые отправляют на склад.

Источник

Adblock
detector