161

Методические рекомендации по выполнению расчета

При составлении структурной блок–схемы потоков ста-

дию очистки бензола от сернистых соединений следует исклю-

чить. Структурная блок–схема может быть сведена к четырём блокам: смешение, гидрирование, конденсация и сепарация, .

ректификация. Непрореагировавший водород (после конден-

сации и сепарации) возвращают на стадию гидрирования.

По блоку – смешение – составляют уравнение по водоро-

ду

По блоку – гидрирование – составляют два уравнения:

уравнение, учитывающее заданное соотношение между посту-

пившими в реактор водородом и бензолом, и уравнение, опре-

деляющее количество прореагировавшего водорода.

По блоку – ректификация – составляют три уравнения –

«базисное» по циклогексану, по метилциклопентану и непро-

реагировавшему бензолу.

Рекомендуемая литература

Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с. Черный И.Р. Производство мономеров и сырья для нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1973. – 264 с.

63

www.mitht.ru/e-library

Задание 19. Производство изопропилбензола.

Изопропилбензол (кумол) является сырьем для получения фенола, ацетона и мономеров, используемых в производстве синтетического каучука. В промышленности изопропилбензол

(С6Н5–СН(СН3)2) получают методом алкилирования бензола.

Основная реакция получения изопропилбензола описывается

уравнением:
С6Н6 + СН3–СН=СН2 = С6Н5СН(СН3)2.	(1)

Одновременно с основной реакцией (1) протекает ряд по-

бочных реакций последовательного алкилирования, приводя-

щих к образованию полиалкилбензолов (ПАБ):

С6Н5СН(СН3)2 + СН3–СН=СН2 = С6Н4[СН(СН3)2]2, (2)

С6Н4[СН(СН3)2]2 + СН3–СН=СН2 = С6Н3[СН(СН3)2]3. (3)

Кроме указанных выше реакций имеют место процессы образования этилбензола и бутилбензолов. Это возможно за счёт присутсвующих в пропан-пропиленовой фракции этилена и бутиленов. Реакция алкилирования бензола (1) обратима. Из термодинамических соображений её целесообразно проводить при низкой температуре, повышенном давлении и избытке пропилена.

Процесс проводят в присутствии катализатора – ком-

плексного соединения AlCl3 и HCl с ароматическими углево-

дородами. Катализаторный комплекс содержит, %: AlCl3 – 11,

64

www.mitht.ru/e-library

C6H6 – 55, C3H7Cl – 7, ПАБ – 27 и находится в жидкой фазе.

Процесс алкилирования на данном катализаторе характеризу-

ется высокой селективностью и интенсивностью, а также срав-

нительно простым технологическим оформлением. Кроме того,

присутствие хлорида алюминия позволяет катализировать как реакции алкилирования, так и реакции переалкилирования, в

результате которых из полиалкилбензолов и бензола образуют-

ся низшие алкилбензолы.

Технологический процесс производства изопропилбензо-

ла состоит из следующих стадий: 1- подготовка исходного сы-

рья (смешение свежего и циркулирующего бензола, осушка и очистка от примесей); 2- приготовление катализаторного ком-

плекса; 3- алкилирование бензола пропиленом; 4- подготовка алкилата к ректификации (отмывка от катализаторного ком-

плекса; 5- ректификация алкилата и получение целевого про-

дукта.

Процесс проводят при следующих условиях: давление –

0,1–0,5 МПа; температура процесса 70–90оС.

Для подавления реакций последовательного алкилирова-

ния и полимеризации пропилена берут избыток бензола: мо-

лярное отношение бензола к пропилену 2,5:1.

В этих условиях основная реакция (1) необратима. Сте-

пень превращения бензола – 40%. Конверсия пропилена – 98%.

На образование целевого продукта расходуется до 80% конвер-

тированного бензола.

65

www.mitht.ru/e-library

Исходные данные для расчета

		Вариант
Показатель
	1	2	3	4
Состав пропиленовой фракции, % (по
оъёму):
– пропилен	100	100	85	80
– этилен	0	0	15	20
Конверсия бензола, %	–	–	40	42
Селективность по целевому продукту на
пропилен, %	–	–	80	76
Состав алкилата, % (по массе):
– изопропилбензол	36	36	–	–
– бензол	58	58	–	–
– тетраизопропилбензол	6	6	–	–
Базис расчета, кг изопропилбензола	1000	1500	800	1200

Методические рекомендации по выполнению расчета

Структурную блок–схему рекомендуется представить в виде трёх блоков: 1– смешение свежего и циркулирующего бен-

зола; 2– алкилирование; 3– ректификация (разделение продук-

тов синтеза с выделением целевого продукта). При расчете ма-

териального баланса не учитывать: поток катализаторного комплекса и воду, поступающую на промывку алкилата.

Принять конверсию пропилена и этилена – 100%.

Балансовые уравнения составляются по каждому блоку.

66

www.mitht.ru/e-library

По блоку смешения – составляют уравнение по бензолу; по блоку алкилирования – по бензолу и пропилену; по блоку рек-

тификации – «базисное» уравнение по изопропилбензолу,

циркулирующему бензолу и тетраизопропилбензолу.

При расчете вариантов 3 или 4 уравнения по этилбензолу и тетраизопропилбензолу составляют, используя данные о ко-

личестве киломолей пропилена и этилена, поступающих на ал-

килирование.

Рекомендуемая литература.

Основы технологии нефтехимического синтеза. / Под ред. Динцеса А.И. и Потоловского Л.А. – М.: Гостоптехиздат, 1960. – 852 с. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с. Новые процессы органического синтеза. / Под ред. Черных С.П. – М.: Химия, 1989. – 400 с. Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Высш. шк., 2003. – 536 с.

Соколов Р.С. Химическая технология: Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гуманит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.

67

www.mitht.ru/e-library

Задание. 20. Производство этилена

Этилен один из наиболее крупнотоннажных химических продуктов. В промышленности основного органического и нефтехимического синтеза с использованием этилена реализу-

ют процессы получения полиэтилена, этилового спирта, оксида этилена, стирола (через этилбензол), дихлорэтана и ряда дру-

гих хлорпроизводных.

Основным промышленным методом получения этилена является пиролиз (высокотемпературное разложение) углево-

дородного сырья в трубчатых печах в присутствии водяного пара. Наиболее широко в качестве сырья используют низкоок-

тановые бензиновые фракции, получаемые при первичной пе-

реработке нефти и выкипающие в широком интервале темпе-

ратур (40–170 С).

В качестве товарных продуктов, кроме этилена, при пи-

ролизе выделяют пропилен, фракцию углеводородов С4, арены,

а также ряд других побочных продуктов, газообразных и жид-

ких фракций, используемых как вторичное сырье. Одной из та-

ких фракций является этановая фракция, содержащая 94–95% (объемн.) основного продукта, которая используется в пироли-

зе для получения этилена.

Условия пиролиза бензиновой и этановой фракций раз-

личны, поэтому превращение этих двух видов сырья осущест-

вляют порознь (в двух печах).

68

www.mitht.ru/e-library

Условия проведения процесса пиролиза бензиновой и этановой фракций приведены в таблице (см. ниже).

После охлаждения (закалки в закалочно-испарительных аппаратах) продукты пиролиза бензина и этановой фракции объединяются в один поток.

					Таблица
Сырье		Условия процесса пиролиза
	Т, оС		, с		Н2Опар, %
Бензиновая
фракция	815–840		0,5–0,6		50–60
Этановая
фракция	840–860		0,45–0,55		30–35

Процесс получения этилена включает следующие после-

довательные стадии: пиролиз, подготовка полученных продук-

тов (охлаждение до 40 С, удаление тяжелой смолы – выкипает выше 190–200 С и водного конденсата), компримирование и осушка, разделение продуктов.

Из блока разделения выводят следующие материальные потоки: пироконденсат (выкипает ниже 190–200 С), тяжёлую смолу, фракцию углеводородов С4, пропан, пропилен, этан

(превращается не полностью и возвращается на пиролиз), эти-

лен и водород-метановую фракцию.

69

www.mitht.ru/e-library

Исходные данные для расчета

			Вариант
	Показатель
		1	2	3	4
Выход продуктов при пиролизе бензино-
вой фракции, % (по массе):
-	газообразные	71,0	70,0	74,0	75,0
-	пироконденсат	22,5	23,0	20,0	19,0
-	тяжелая смола	6,5	7,0	6,0	6,0
Содержание в газообразных продуктах
пиролиза бензиновой фракции, % (по
массе):
-	этилена	28,4	28,0	28,5	29,0
-	этана	8,8	9,0	8,0	7,5
Содержание этилена в продуктах пироли-
за этановой фракции, % (по массе)		50,0	48,0	45,0	47,5
Базис расчета, тонн:
-	исходной бензиновой фракции	1200	–	–	–
-	товарного этилена	–	450	–	–
-	этилена, получаемого при пиролизе
	бензиновой фракции	–	–	370	–
- этана, получаемого при пиролизе бен-
	зиновой фракции	–	–	–	60

Методические рекомендации по выполнению расчета

При составлении структурной блок-схемы рекомендуется принять к рассмотрению следующие три блока: 1- пиролиз бензиновой фракции, 2- пиролиз этановой фракции, 3- выделе-

ние товарных продуктов.

Считать, что этановая фракция, направляемая на пиролиз,

полностью состоит из этана. В третий блок поступают продук-

70

www.mitht.ru/e-library

ты пиролиза бензиновой и этановой фракций. Все газообраз-

ные продукты, кроме этилена и этана, образующиеся при пи-

ролизе как бензиновой, так и этановой фракций следует объе-

динить в один материальный поток (остаточный газ). Количе-

ство выводимого из системы этилена складывается из полу-

ченного при пиролизе бензиновой и этановой фракций.

Рекомендуемая литература

Химия нефти и газа. / Авт.: Богомолов А.И., Гайле А.А., Громова В.В. и др. – СПб.: Химия, 1995. – 448 с. Пиролиз углеводородного сырья. / Авт.: Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Ба-

баш С.Е. и др. – М.: Химия, 1987. – 240 с. Торховский В.Н.,

Лихтерова Н.М., Песин О.Ю. Пиролиз жидкого углеводородного сырья. – М.: ИПЦ МИТХТ, 2000. – 32 с. Смидович Е.В. Технология переработки нефти и газа. – М.: Химия, 1968. – 376 с. Магарил Р.З. Механизм и кинетика гомогенных термических превращений углеводородов. – М.: Химия, 1970. – 224 с.

71

www.mitht.ru/e-library

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ……………………………………3

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА………………6

Задание 1. Производство серной кислоты из серы……6

Задание 2. Производство аммиака……………………...9

Задание 3. Производство аммиачной селитры………..12

Задание 4. Производство азотной кислоты..............….15

Задание 5. Производство метилового спирта............…18

Задание 6. Производство этилового спирта.............…..21

Задание 7. Производство этилбензола..................……..25

Задание 8. Производство уксусной кислоты окислением ацетальдегида........................…28

Задание 9. Производство ацетальдегида из этилена..…32

Задание 10. Производство стирола.....................……….35

Задание 11. Производство винилацетата из этилена и уксусной кислоты

парофазным методом......………………….38

Задание 12. Производство винилацетата из ацетилена и уксусной кислоты

парофазным методом......………………….41

Задание 13. Производство монохлорбензола хлорированием бензола............................…44

Задание 14. Производство 1,2-дихлорэтана (ДХЭ).....…46

Задание 15. Производство дивинила (бутадиена-1,3).…50

Задание 16. Производство оксида этилена..............….…52

Задание 17. Производство метилформиата каталитическим дегидрированием

72

www.mitht.ru/e-library