Получение циклогексана. Процесс гидрирования бензола

Зависимость степени превращения  бензола от температуры при различной  нагрузке по сырью (пунктирная кривая построена по данным опытов, в которых  температуру гидрирования снижали  с 350°С до 150°С)

1 – V = 5 ч-'; 2 – V = 10 ч-' ; 3 – V = 20 ч-'

Результаты анализа гидрогенизата показывают, что при температурах выше 200°С в продуктах гидрирования появляется ряд примесей, суммарное количество которых с повышением температуры возрастает. Гидрогенизат, получаемый при 350°С и нагрузке около 1,8 ч-', содержит 82% циклогексана и до 10% примесей.

Количество образующихся примесей, являющихся продуктами разложения и изомеризации циклогексана, зависит  также от его концентрации в гидрогенизате. При 350°С содержание циклогексана в продуктах реакции снижается не только в результате частичного его разложения, но и вследствие уменьшения активности катализатора.

 

2.4. Описание технологической схемы

По выбранной для расчета  технологической схеме процесс  ведут в паровой фазе на никельхромовых катализаторах под давлением до 2МПа, при максимально допустимой температуре 240°С, объемной скорости по жидкому бензолу 0,8 – 1,0 ч-№ и молярном отношении Н₂ : N₂: С₆Н₆= (5 – 6): (2 – 3):1. В этих условиях степень конверсии бензола составляет 90 – 95%. Схема потоков процесса получения циклогексана приведена на рис. 2.1. [10].

Схема гидрирования бензола:

Рис. 2.1. 1 – насос; 2 – теплообменник; 3 – подогреватель; 4 – компрессор; 5 – колонна форконтакта; 6 – реактор трубчатый; 7 – сепаратор; 8 – колонный реактор; 9 – холодильник-конденсатор; 10, 12 – сепарационные колонны; 11, 13 – холодильники; 14 – сборник. 

Материальный  баланс стадии синтеза

 

Задание №14

Данные материального  баланса:

основная: C₆H₆ + 3H₂ = C₆H₁₂

                   (A)      (B)    (C)(циклогексан)

побочная: C₆H₆ + 3H₂ = C₆H₁₂

     (бензол)(A₁)   (B₁)   (C₁)(метилциклопентан)

Составим уравнение материального  баланса:

приход = расход + потери

Вещества расходуются  и образуются в мольных единицах:

 

 

G_A + G_B + G_прим. = G_C + G_C1 + G_прим. + G_{не прореаг.} + G_потери

где G_прим. = примеси с исходными реагентами;

G_{не прореаг.} = количество непрореагировавшего сырья;

G_потери = кол-во потерь сырья.

основная реакция: C₆H₆ + 3H₂ = C₆H₁₂

Mr_A = 78                Mr_B = 2               Mr_C = 84

υ_A = 1                    υ_B = 3                  υ_C = 1

Формула для перерасчёта  тонны в мольные потоки:

 

где П – производительность;

n – число дней.

1. Мольный поток циклогексана  в минуту с учётом технологического  выхода:

 

2. Кол-во бензола требуемого  для получения циклогексана:

 

 

 

3. С учётом селективности:

 

4. С учётом степени  превращения:

 

5. Кол-во бензола пошедшего на побочную реакцию:

 

6. Кол-во бензола не прореагировавшего:

 

7. Кол-во бензола в смеси  (с учётом примеси):

 

из них на примесь бензола:

 

8. Кол-во водорода, необходимого для получения циклогексана:

 

9. Кол-во водорода в (пересчёте на 100%) смеси:

 

из них на примесь водорода:

 

10. Кол-во водорода, пошедшего на основную реакцию:

 

11. Кол-во водорода пошедшего на побочную реакцию:

 

12. Кол-во не прореагировавшего водорода:

 

13. Кол-во циклогексана, образующегося после основной реакции:

 

14. Кол-во метилциклопентана, образовавшегося в побочной реакции:

 

15. Кол-во потерь продукта:

 

 

Таблица материального баланса.

Приход:

Приход в-во
		%		%		%
бензол	0.368	19.44	28.704	85.43	8.2432	19.44
водород	1.472	77.78	2.944	8.76	32.9728	77.78
примесь C6H5CH3	0.0075	0.4	0.69	2.05	0.168	0.4
примесь N2	0.045	2.38	1.26	3.75	1.008	2.38
Итого:	1.8925	100	33.598	100	42.392	100

 

Расход:

Расход в-во
		%		%		%
циклогексан	0.275	31.41	23.1	68.75	6.16	31.41
метилцикло-пентан	0.043	4.91	3.612	10.75	0.9632	4.91
примесь C6H5CH3	0.0075	0.85	0.69	2.05	0.168	0.85
примесь N2	0.045	5.14	1.26	3.75	1.008	5.14
не прореаг. бензол	0.029	3.31	2.262	6.73	0.6496	3.31
не прореаг. водород	0.455	51.97	0.91	2.7	10.192	51.97
потерь продукта	0.021	2.4	1.764	5.25	0.4704	2.4
Итого:	0.8755	100	33.598	100	19.6112	100

 

Вывод: из практического материального баланса видно, что материальный баланс, рассчитанный с учётом технологических критериев, соответствует закону действия масс ( ) и для получения 23,1кг циклогексана, необходимо взять 28,704кг бензола.

 

Заключение

 

В курсовой работе рассмотрена технология производства циклогексана из бензола.

Во введении рассмотрены  свойства циклогексана и его применение.

В литературном обзоре произведен обзор катализаторов и аппаратурное оформление процесса получения циклогексана. Анализ способов производства и выбор оптимального.

Технологическая часть включает в себя описание химизма процесса, характеристику сырья, подробное описание технологической схемы. Также рассмотрено  влияние температуры на процесс  получения циклогексана.

Рассчитан и составлен  материальный баланс получения циклогексана гидрированием бензола. В итоге  выполнения расчетов материального баланса получены следующие результаты:

На входе: бензол 28,704 кг/мин

водород 2,944 кг/мин

примесь C₆H₅CH₃ 0,69 кг/мин

примесьN₂ 1,26 кг/мин

Всего 33,598 кг/мин

На выходе: циклогексан  23,1 кг/мин

метилциклопентан 3,612 кг/мин

примесь C₆H₅CH₃ 0,69 кг/мин

примесь N₂ 1,26 кг/мин

не прореаг. бензол 2,262 кг/мин

не прореаг. водород 0,91 кг/мин

потерь продукта 1,764 кг/мин

Всего 33,598 кг/мин

 

Список использованной литературы

 

1. Бардик Л.Д., Леффлер У.Л. Нефтехимия./ Пер. с англ. – М.:»ЗАО «Олимп - Бизнес», 2003. – 416с.
2. Гутник С.П., Сосонко В.Е., Гутман В.Д. Расчеты по технологии органического синтеза. – М.: Химия, 1988г.
3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. М.: Химия, 1991. 496с.
4. Жиряков В.Г. Органическая химия. 6-е изд., стереотипное. М.: Химия, 1977. – 408с.
5. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1975г.
6. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1981. 605с.
7. Лебедев Н.Н., Монаков М.Н., Швец В.Ф. Теория химических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1984. – 372с.
8. Лекции и практикум по «Общей химической технологии», 2006г.
9. Любарский Г.Д., Снаговский Ю.С., Хим. пром., 1964, №9.
10. Овчинников В.И., Ручинский В.Р. Производство капролактама. М.: Химия, 1977. – 264с.
11. Огородников С.К. Справочник нефтехимика. В 2-х т. – Л.: Химия, 1978г.
12. Патент РФ 2196123 (1996).
13. Попов Ю.В., Красильникова К.Ф., Корчагина Т.К., Бутов Г.М. Инженерная химия. Руководство к практическим занятиям: учеб. пособие ВолгГТУ.- Волгоград, 2005. 184с.
14. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. – М.: Химия, 1980. – 464с.
15. Проскурнин А.М. и др. Хим. пром. 1972г., №9