Технология производства циклогексанона дегидрированием циклогексанола

Министерство Образования и Науки РФ

Казанский Государственный Технологический Университет

Кафедра Общей Химической Технологии

Реферат

по предмету: Технология химических производств

на тему:

Технология производства циклогексанона дегидрированием циклогексанола

Казань 2008

Содержание

Технологическая схема процесса получения циклогексанона дегидрированием циклогексанола

Материальный баланс процесса

Технологические и технико-экономические показатели процесса

Реклама

Список литературы

Технологическая схема процесса получения циклогексанона дегидрированием циклогексанола

Циклогексанон получают из циклогексанола окислением кислородом воздуха (окислительное дегидрирование) пли каталитическим дегидрированием. Кроме дигидрирования при этом протекают дегидратация циклогексанола в циклогексен, а также расщепление циклогексанола с выделением углерода, водорода и воды.

Технологическая схема процесса получения циклогексанона дегидрированием циклогексанола приведена па рисунке 1.

Циклогексанол-ректификат (99,9% -ный) под давлением азота 0,01-0,015 МПа нагнетается через фильтр 3 в подогреватель 4 типа "труба в трубе", где нагревается до 100-110°С. Далее в испарительно-подогревательпой системе, состоящей из трубчатых аппаратов 5, 6 и 7, происходит испарение циклогексанола и перегрев его паров до 430-450°С. Перегретые пары поступают в трубы контактного аппарата 8, заполненные цинк-железным катализатором. Содержание в катализаторе 8-11% железа позволяет достичь максимальную степень конверсии цпклогексакола, равную 82-93%. Процесс протекает при 410 - 420 °С и объемной скорости подачи спирта 0,5 ч^-1.

По выходе из контактного аппарата продукты реакции поступают в конденсатор 11 и далее в сепаратор 12, где конденсат (циклогексанон-сырец) отделяется от водорода. Примерный состав цпклогексанона-сырца (в%):

Циклогексанол 80-81

Продукты уплотнения 1 - 1,1

Циклогексанол 17--18

Циклогексен 0,5-0,6Вода 0,2-0,3

Рисунок 1. Технологическая схема процесса получения циклогексанона дегидрированием циклогексанола:

1 - ротационная газодувка;

2 - насос;

3 - фильтр;

4 - подогреватель;

5, 6 - испарители;

7 - перегреватель;

8 - контактный аппарат;

9 - тонка;

10 - воздуходувка;

11 - конденсатор;

12 - сепаратор.

Циклогексанол-сырец подвергают ректификации, а водород после очистки используют для гидрирования фенола в циклогексанол.

Для обогрева контактной системы в нижней части топки 9 сжигают топливный газ (метан). Для поддержания температуры топочного газа, равной 500-550 °С, его смешивают с возвратным топочным газом из борова. Газ, имеющий такую температуру, проходит в межтрубном пространстве контактного аппарата прямотоком к парам циклогексанола, движущимся по трубкам с катализатором. Топочные газы, выходящие из контактного аппарата при 430-480 °С, используются для обогрева испарительно-перегревательной системы (аппараты 5, 6 и 7). Далее часть топочных газов, имеющих температуру 340-300 °С, выпускают в атмосферу, а остальной газ с помощью ротационной газодувки 1 подают на смешение с продуктами сгорания топливного газа в верхнюю часть топки 9.

Условия задачи:

Составить материальный баланс процесса.

Рассчитать технологические и технико-экономические показатели.

В основу расчета принимаем следующие реакции:

C₆H₁₁OH→C₆H_1OО+H₂

C₆H₁₁OH→C₆H_1O+H₂O

 

Исходные данные:

Производительность по циклогексанону, т/сут	400
Состав безводной реакционной смеси: циклогексанон циклогексанол цеклогексен	85 10 5
Потери циклогексанола (% масс) от производительности	2.0
Потери циклогексанона (% масс) от полученного количества	1.0

Материальный баланс процесса

Схема потоков:

С₆Н₁₁ОН С₆Н₁₁ОН; С₆Н₁₀О; С₆Н₁₀; Н₂О; Н₂

	Приход		Расход
	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч
C6H11ОН C6H10О C6H10 Н2О Н2	20591,84 0 0 0 0	210,12 0 0 0 0	2001 + 411,84 16666,67+168,35 820 180 343,58	20,01 171,79 10 10 171,79
	Σ1=20591,84		Σ2 = 20591,44

Молярные массы веществ:

Mr (C₆H₁₁ОН) =12*6+1*11+16*1+1=100 кг/кмоль

Mr (C₆H₁₀О) =12*6=1*10+16*1=98 кг/кмоль

Mr (C₆H₁₀) =12*6+1*10=82кг/кмоль

Mr (Н₂О) =1*2+16=18кг/кмоль

Mr (Н₂) =1*2 = 2кг/кмоль

1. Производительность реактора по циклогексанону:

400т/сут=400*1000/24=16666,67

2. Состав безводной реакционной смеси циклогексанон:

m_получ (C₆H₁₀О) = 16666,67 кг/ч;

W_получ (C₆H₁₀О) = m/Мr=16666,66/98=170,07 кмоль/час;

циклогексанол:

W_получ (C₆H₁₀О) - 85%

W_непр (C₆H₁₁ОН) - 10%

W_непр (C₆H₁₁ОН) =170,07*10/85=20,01кмоль/час

m_непр (C₆H₁₁ОН) = W_непр * Мr =20,01*100=2001кг/час

циклогексен:

W_получ (C₆H₁₀О) - 85%

W (C₆H₁₀) - 5%

W (C₆H₁₀) =170,07*5/85=10кмол/ч

m (C₆H₁₀) = W * Мr =10*82=820кг/час

3. Масса циклогексанона, учитывая потери 1% масс:

m _получ (C₆H₁₀О) - 99%

m_потери (C₆H₁₀О) - 1%

m_потери (C₆H₁₀О) =16666,67*1/99=168,35кг/час

m_всего (C₆H₁₀О) =16666,67+168,35=16835,02кг/час

W_всего (C₆H₁₀О) = m_всего/ Мr=16835,02/98=171,79кмоль/час

4. Количество циклогексанола, прошедшего на образование циклогексанона (целевая реакция).

W₁ (C₆H₁₁ОН) = W (C₆H₁₀О) =171,79кмоль/час

5. Количество циклогексанола, пошедшего на образование циклогексена (побочная реакция).

W₂ (C₆H₁₁ОН) = W (C₆H₁₀) =10кмоль/час

6. Количество циклогексанола, пошедшего на реакцию, учитывая непрореагировавший:

W₀ (C₆H₁₁ОН) = W_непр (C₆H₁₁ОН) + W₁ (C₆H₁₁ОН) + W₂ (C₆H₁₁ОН) =

=20,01+171,79+10=201,8

m_общ (C₆H₁₁ОН) = W_общ* Мr=201,8*100=20180кг/час

7. Масса циклогексанола, пошедшего на реакции, учитывая потери 2% масс.

m_п (C₆H₁₁ОН) - 2%, m_общ (C₆H₁₁ОН) - 98%

m_п (C₆H₁₁ОН) =20180*2/98=411,84кг/ч

m_всего (C₆H₁₁ОН) =20180+411,84=20591,84кг/ч

W_всего (C₆H₁₁ОН) =20591,84/98=210,12кмоль/ч

8. Количество полученной воды.

W (H₂О) = W (C₆H₁₀) =10кмоль/час, m (H₂О) =10*18=180кг/час

9. Количество и масса полученного водорода:

W (H₂) = W (C₆H₁₀О) =171,79кмоль/час, m (H₂) =171,79*2=343,58кг/час

Технологические и технико-экономические показатели процесса

Пропускная способность установки::

m_всего (C₆H₁₁ОН) = 20591,84кг/ч

Конверсия или степень превращения циклогексанола: отношение превращенного сырья к количеству поданного.

α_C6H11ОН= m_под (C₆H₁₁ОН) - m_ост (C₆H₁₁ОН) / m_под (C₆H₁₁ОН) *100%=

= (20591,84 - 2412,84) /20591,84*100%=88,28%

Теоретические расходные коэффициенты:

по C₆H₁₁ОН:

s^т_C6H11ОН = Mr (C₆H₁₁ОН) / Mr (C₆H₁₀О) = 100/98 = 1,02 кг/кг;

Фактические расходные коэффициенты:

по C₆H₁₁ОН:

s^ф_C6H11ОН = m (C₆H₁₁ОН) / m (C₆H₁₀О) = 20591,84/16666,67+168,35 =

=1,22 кг/кг;

Выход готового продукта рассчитывается на исходное и превращенное сырье.

Фактический выход C₆H_1OО - выход продукта, количество полученного целевого продукта:

Q_Ф = m (C₆H_1OО) = 16666,67+168,35=16835,02 кг;

Теоретический выход C₆H_1OО:

C₆H₁₁OH→C₆H_1OО+H₂

Mr (C₆H₁₁ОН) *стех-е. коэф-ты ¾ Mr (C₆H_1OО) * стех-е. коэф-ты,

m (C₆H₁₁ОН) ¾ Q_Т;

20591,84 ¾ Q_Т;

100 ¾ 98,Q_Т = (20591,84 * 98) / 100 = 20180 кг;

Выход C₆H_1OО по циклогексанолу:

b_С2Н2 = Q_Ф / Q_Т * 100%= 16835,02 кг / 20180 кг * 100% = 82,42%

Список литературы

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд.2-е, пер.М., "Химия", 2005, 736 с.

2. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. М.: "Химия", 2008, 846 с.

3. Общая химическая технология / Под ред. А.Г. Амелина. М.: "Химия", 2007, 400 с.

4. Расчеты химико-технологических процессов / Под ред. И.П. Мухленова. Л.: Химия, 2008, 300 с.

5. Капкин В.Д., Савинецкая Т. А, Чапурин В.И. Технология органического синтеза. М.: Химия, 2007, 400с.