Процесс алкилирования на примере получения этилбензола в присутствии катализатора хлорида алюминия

После конденсации и расслаивания во флорентийском сосуде 2 верхний слой (обводненный бензол) поступает в ректификационную колонну 1, а нижний слой

Процесс алкилирования на примере получения этилбензола в присутствии катализатора хлорида алюминия

Курсовой проект

Химия

Другие курсовые по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией
атализаторным раствором. Реагенты подают в нижнюю часть колонны. Газообразный олефин, барботируя через колонну, интенсивно перемешивает реакционную массу. Конверсия реагентов зависит от высоты катализаторного слоя. Частично тепло отводится через «рубашку», разделенную на секции, а основная часть тепла - за счет нагрева реагентов и испарения избыточного количества бензола. Пары бензола вместе с другими газами, содержащимися в олефине, поступают в конденсатор, в котором конденсируется главным образом бензол. Конденсат возвращают в реактор, а несконденсированные вещества выводят из системы для утилизации. В этом случае можно установить автотермический режим, варьируя давление и количество отходящих газов. Катализаторный раствор вместе с продуктами алкилирования и не прореагировавшим бензолом выводят из верхней части колонны и направляют в сепаратор. Нижний слой возвращают в колонну, а верхний слой направляют на разделение.

Технология жидкофазного алкнлирования имеет следующие подсистемы:

гетероазеотропная осушка бензола;

реакторный узел;

очистка газов от НС1;

очистка продуктов алкилирования от НС1;

разделение продуктов алкилирования.

Рециклы по бензолу и полиалкилбензолам объединяют эти подсистемы и систему. В систему входят потоки: А1Сl3, этилхлорид. бензол, этан-этиленовая фракция, водный раствор щелочи. Выходят из системы следующие потоки: алкилбензолы, абгазы, водный раствор щелочи, водный раствор хлороводородной кислоты, катализаторный раствор. Следовательно, наряду с продуктами выводятся потоки, которые требуют утилизации, нейтрализации и очистки. От этих процессов в значительной степени зависит как экономическая, так и экологическая эффективность предлагаемой технологии.

 

Рисунок 1 - трубчатый реактор;

 

рисунок 2 - каскад реакторов; рисунок 3 - реактор колонного типа.

 

2.2 Технологическая схема процесса

 

Технологическая схема рассматриваемой технологии представлена на рисунке 4.

, 15, 16, 17 - ректификационные колонны; 2 - флорентийский сосуд; 3 - отгонная колонна; 4 - аппарат для приготовления катализаторного комплекса; 5 - реактор алкилирования; 6 - конденсатор; 7 - отстойник; 8 - скруббер поглощения бензола; 9 - скруббер водной промывки отходящих газов; 10, 12 - насосы; 11 - скруббер щелочной промывки; 13 - скруббер водной промывки алкилата; 14 - подогреватель; 18 - вакуум-приемник; 19 - холодильник полиалкилбензола.

На колонном агрегате, состоящем из ректификационной колонны 1, отгонной колонны 3 и флорентийского сосуда 2 происходит гетероазеотропная осушка исходного бензола. Из куба колонны 1 выводится обезвоженный бензол, часть которого поступает в аппарат 4 приготовления катализаторного раствора, остальная часть - в реактор 5. В колонну 1 поступает как свежий, так и возвратный бензол. Верхние паровые потоки колонн 1 и 3 представляют собой гетероазеотропные смеси бензола и воды.

После конденсации и расслаивания во флорентийском сосуде 2 верхний слой (обводненный бензол) поступает в ректификационную колонну 1, а нижний слой (вода), содержащий бензол, направляется в отгонную колонну 3. Каталитический комплекс готовится в аппарате 4 с мешалкой и «рубашкой», куда подается бензол, а также хлорид алюминия, этилхлорид и полиалкилбензолы. Максимальной активностью обладают комплексы, получаемые на шихте, в которой мольное соотношение бензол: алкилбензолы составляет (3-5): 1. Мольное соотношение хлорид алюминия ароматические углеводороды составляет 1: (2,5 - 3). Катализаторным раствором заполняется реактор, а затем в ходе процесса для подпитки подают катализаторный раствор, так как он частично выводится из реактора при регенерации. Реактором служит колонный аппарат, отвод теплоты в котором осуществляется за счет подачи охлажденного сырья и испаряющегося бензола. Катализаторный раствор, осушенный бензол и этан - этиленовую фракцию подают в нижнюю часть реактора 5. После барботажа из реактора выводят не прореагировавшую парогазовую смесь и направляют ее в конденсатор 6, где прежде всего конденсируется бензол, испарившийся в реакторе. Конденсат возвращается в реактор, а несконденсированные газы, содержащие значительное количество бензола, особенно при использовании разбавления олефина, и НСl поступают в нижнюю часть скруббера поглощения бензола 8, орошаемого полиалкилбензолами для улавливания бензола. Раствор полиалкилбензола направляется в реактор, а не сконденсированные газы поступают в скруббер 9, орошаемый водой для улавливания НСl. Водный раствор НС1 направляется на нейтрализацию, а газы - на утилизацию теплоты. Катализаторный раствор вместе с продуктами поступают в отстойник 7, нижний слой которого возвращается в реактор, а верхний слой с помощью насоса 10 направляется в нижнюю часть скруббера 11. Скрубберы 11 и 13 предназначены для отмывки НС1 и А1Сl3, растворенных в алкилате. Скруббер 11 орошается раствором щелочи, который перекачивается насосом 12. Для потпитки в ре-циркуляционный поток щелочи подают свежую щелочь в том количестве, которое расходуется на нейтрализацию НС1. Далее алкилат поступает в нижнюю часть скруббера 13, орошаемого водой, которая вымывает щелочь из алкилата. Водный раствор щелочи направляется на нейтрализацию, а алкилат через подогреватель 14 на ректификационную колонну 15. В колонне 15 выделяется в виде дистиллята бензол вместе с растворенной водой. Выделившийся бензол направляется в ректификационную колонну 1 для обезвоживания, а кубовый остаток - на дальнейшее разделение. Кубовый продукт из колонны 15 направляется в ректификационную колонну 16 для выделения в качестве дистиллята продуктов этилбензола. Кубовый продукт колонны 16 направляется в ректификационную колонну 17 для разделения полиалкилбензолов на две фракции. Колонна 17 работает под вакуумом 5,3 кПа. Верхний продукт направляется в аппарат 4 и реактор 5, а нижний продукт (смолы) выводится из системы. Основным недостатком этой технологии является отсутствие регенерации теплоты реакции, которая отводится с водой в конденсаторе 6.

 

.3 Расчет материального баланса процесса производства этилбензола алкилированием в присутствии хлорида алюминия

 

Производительность стадии алкилирования по 100% этилбензолу составляет:

 

или

 

где 10000 - производительность в расчете на 100%-й этилбензол, т/год;

- число рабочих часов; 4 - потери этилбензола на стадиях выделения, %; 106 - молярная масса этилбензола, кг/кмоль.

Расход этилена с учетом селективности процесса составляет:

 

или

 

где 0,8 - селективность по этилбензолу в расчете на этилен;

- молярная масса этилена, кг/кмоль.

Определяем расход этиленовой фракции, учитывая объемную долю этилена:

 

или

 

где 0,55- процентное содержание этилена в этиленовой фракции.

Рассчитываем состав этиленовой фракции:

Метан: или

Ацетилен: или

Этилен : или

Этан: или

Пропилен: или

Водород: или

Азот: или

Кислород: или

Оксид углерода: кмоль/ч или кг/ч

 

Таблица 1

Состав этиленовой фракции

Наименование компонента n τ, кмоль/чXi,%m τ , кг/чМетан СH4 42,2415,5676Ацетилен С2Н2 1,360,535Этилен С2H4 163,5260,04578Этан С2Н6 32,4311,9973Пропилен С3H6 13,635572Водород H26,272,313Азот N2 8,183229Кислород О2 3,271,2105Оксид углерода CO1,640,646Всего: 272,541007227

Молярное отношение бензол-этилен на входе в реактор равно 3:1, следовательно, расходуется бензола:

 

или

Массовая доля воды в бензоле после азеотропной осушки составляет 0,002%, следовательно, с бензолом поступает воды:

 

или

 

Расход хлорида алюминия составит:

 

или

 

где 10 - расход хлорида алюминия на 1 т образующегося этилбензола, кг;

,5 - молярная масса хлорида алюминия.

Рассчитываем массовое количество диэтилбензола, возвращаемое со стадии ректификации:

 

кг/ч кмоль/ч

 

где 200 - масса диэтилбензола, возвращаемого со стадии ректификации на 1 т получаемого этилбензола, кг;

- молярная масса диэтилбензола.

Для определения состава отходящих газов рассчитывают содержание в них хлорида водорода, этилена, бензола, оксида углерода. Метан, этан, водород, азот и кислород, входящие в состав этиленовой фракции, переходят в отходящие газы полностью. Влага в составе бензола взаимодействует с хлоридом алюминия по реакции:

 

AlCl3+3H2O -> Al(OH)3+3HCl,

 

при этом реагирует хлорид алюминия

кмоль/ч или 3кг/ч

 

Образуется;

- гидроксида алюминия 0,013 кмоль/ч или 2кг/ч

хлорида водорода 0,04 кмоль/ч или 2кг/ч.

В отходящие газы переходит:

- 1% подаваемого этилена кмоль/ ч или 42,92 кг /ч

- 90% подаваемого оксида углерода кмоль/ч

или кг/ч

- 0,3 кг бензола на 1 т этилбензола

кг/ч или 0,05кмоль/ч

Для определения состава алкилата рассчитывают изменение состава исходной смеси в процессе алкилирования.

 

Таблица 2

Состав отходящих газов

Наименование компонента n τ ,кмоль/чXi,%m τ ,кг/чМетанCH4 42,2444,05705Этилен С2Н4 1,6351,748Этан C2H6 32,4333,81014Бензол С6H6 6,276,513Водород H2 8,188,5238Азот N2 3,273,4109Кислород O2 1,481,542Оксид углерода COХлорид водорода HCl 0,01*1Всего: 95,891002174

В связи с малыми значениями бензола (0,044%) и хлорида водорода (0,036%) в дальнейших расчетах их не учитывают.

По реакции (1) переалкилирования:

C6H5-(C2H5)2 + C6H6 -> 2C6H5-C2H5 (1)

&nbs

Похожие работы

< 1 2 3 4 > >>