Реферат/Курсовая Химизм окисления изопропилбензола

Окисление изопропилбензола

Работа добавлена на сайт samzan.net: 2022-03-13

Министерство образования Российской федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

;font-family:’Times New Roman'»>Кафедра общего органического и нефтехимического синтеза

;font-family:’Times New Roman'»>Курсовой проект на тему:

;font-family:’Times New Roman'»>«Окисление изопропилбензола»

        Выполнил студент

        5 курса 2 группы

        (специальность 240401)

Артюнина Е.С.

        _________________________

       Научный руководитель

       Дружинина Ю. А.

       ____________________

        Работа защищена

             апреля 2022г.

        Оценка___________________

САМАРА 2022

СОДЕРЖАНИЕ

;font-family:’Times New Roman'»>Введение

;font-family:’Times New Roman'»>Фенол и ацетон являются важнейшими крупнотоннажными продуктами промышленности органического и нефтехимического синтеза. Совместное их получение гораздо более экономичнее всех ранее реализованных методов, вследствие чего оно нашло широкое применение во всех промышленно развитых странах мира.

;font-family:’Times New Roman'»>Широкое распространение получил кумольный метод синтеза фенола совместно с ацетоном, основанный на окислении изопропилбензола в гидроперекись и последующем разложении гидроперекиси на фенол и ацетон. При этом образуется также небольшое количество побочных продуктов.

;font-family:’Times New Roman'»>Первое крупное производство фенола и ацетона кумольным методом было реализовано в 1949 году в Советском Союзе. В основу этого производства были положены исследования П.П Сергеева, Б.Д. Кружалова и Р.Ю. Удриса по окислению изопропил бензола в гидроперекись с последующим её разложением на фенол и ацетон[2].

;font-family:’Times New Roman'»>Процесс производства фенола и ацетона кумольным методом складывается из следующих стадий:

;font-family:’Times New Roman'»>1. Алкилирование бензола пропиленом.

;font-family:’Times New Roman'»>2. Окисление изопропилбензола в гидроперекись.

;font-family:’Times New Roman'»>3. Выделение гидроперекиси изопропилбензола.

;font-family:’Times New Roman'»>4. Разложение технической гидроперекиси изопропилбензола серной кислотой.

;font-family:’Times New Roman'»>5. Нейтрализация реакционной массы после разложения.

;font-family:’Times New Roman'»>6. Ректификация реакционной массы после разложения и выделение товарных фенола и ацетона.

;font-family:’Times New Roman'»>Наиболее важной стадией кумольной технологии фенола является окисление кумола до его гидропероксида (ГПК), так как именно на этой стадии образуются основные и побочные продукты производства. Побочные продукты в дальнейших  стадиях участвуют в разнообразных реакциях, тем самым усложняют производство.

;font-family:’Times New Roman'»>Промышленные методы получения изопропилбензола

;font-family:’Times New Roman'»>Изопропилбензол, или кумол, С;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>6;font-family:’Times New Roman'»>Н;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>

5;font-family:’Times New Roman'»>СН (СН;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>3;font-family:’Times New Roman'»>);font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2 ;font-family:’Times New Roman'»>был впервые получен сухой перегонкой кальциевой соли или бариевой соли куминовой

;font-family:’Times New Roman'»>(;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>n;font-family:’Times New Roman'»>- изопропилбензойной) кислоты. Впоследствии его обнаружили в продуктах сухой перегонки каменного угля.

Строение кумола установили Р.Фиттинг и его ученики, а классический синтез по Вюрцу-Фиттингу взаимодействием йодистого изопропилбензола, бромбензола и натрия провёл О.Якобисен. в 1895 году был осуществлён синтез изопропилбензола из бензола и пропилена при помощи безводного хлористого алюминия в жидкой фазе.

;font-family:’Times New Roman'»>Изопропилбензол в обычных условиях — бесцветная легкоподвижная жидкость с приятным запахом, при большом разведении, напоминающем запах древесины хвойных пород.

;font-family:’Times New Roman'»>Несмотря на то, что химические методы получения изопропилбензола разработаны давно, промышленное производство его впервые было начато лишь во время второй мировой войны в СССР и США. В то время изопропилбензол целиком использовался в качестве высокооктановой добавки к авиационным бензинам.

;font-family:’Times New Roman'»>В промышленности органического синтеза изопропилбензол стал применяться совсем недавно как исходный продукт для получения фенола и ацетона, а также в производстве а-метилстирола.

;font-family:’Times New Roman'»>Известны три метода получения изопропилбензола, имеющие промышленное значение:

;font-family:’Times New Roman'»>1.Алкилирование бензола пропиленом в присутствии безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю-Крафтсу).

;font-family:’Times New Roman'»>2.Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислотного катализатора.

;font-family:’Times New Roman'»>3.Алкилирование бензола пропиленом в жидкой фазе в присутствии серной кислоты как катализатора.

;font-family:’Times New Roman'»>В России изопропилбензол производят главным образом алкилированиемпоФриделю-Крафтсу.

;font-family:’Times New Roman'»>В основе  всех перечисленных методов получения кумола лежит реакция алкилирования бензола пропиленом, которая протекает по схеме:

;font-family:’Times New Roman'»>Физико-химические свойствагидропероксида изопропилбензола

;font-family:’Times New Roman'»>Гидроперекись изопропилбензола С;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>6;font-family:’Times New Roman'»>Н;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>

5;font-family:’Times New Roman'»>(СН;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>3;font-family:’Times New Roman'»>);font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2;font-family:

‘Times New Roman'»>-О-ОН представляет собой бесцветную маслянистую, немного вязкую жидкость с характерным запахом, напоминающим запах озона. При попадании на кожу вызывает ожоги, подобно концентрированным растворам Н;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>

;font-family:’Times New Roman'»>В глубоком вакууме гидроперекись перегоняется без разложения. Перегонка при остаточном давлении выше 5 мм.рт. ст. сопровождается, по-видимому, уже незначительным разложением, о чём можно судить по бледной, зеленовато-жёлтой окраске дистиллята, отбираемого в этих условиях, в отличие от бесцветных дистиллятов, получаемых при большом разложении.

;font-family:’Times New Roman'»>Гидроперкись хорошо растворима в обычных органических растворителях (спирте, эфире, бензоле, ацетоне и др.) и сравнительно плохо — в воде.

;font-family:’Times New Roman'»>В обычных условиях гидроперекись является вполне стойким соединением; так, при хранении в течение длительного времени в стеклянной посуде на рассеянном свету(комнатная температура) она не разлагается. Опыты, проведённые П.Г.

;font-family:’Times New Roman'»>Гидроперекись как «детонатор» часто добавляют к дизельному топливу для повышения его цетанового числа.

;font-family:’Times New Roman'»>Гидроперкись не даёт окрашенных растворов  с хромовой и титановой кислотами. Поэтому  с помощью данных реактивов можно обнаружить присутствие перекиси водорода при наличии гидроперекиси изопропилбензола. При кипячении с водой гидроперекись частично перегоняется с водяным паром без изменения, остальное количество её распадается с образованием перекиси водорода и диметилфенилкарбинола.

;font-family:’Times New Roman'»>Гидроперекись изопропилбензола медленно реагирует при комнатной температуре с раствором 2,4-динитрофенилгидразина в соляной кислоте, причём выпадает коричневый осадок, состав которого не исследован. Это обстоятельство следует учитывать при попытках идентификации кетонов и альдегидов в виде гидразонов в присутствии гидроперекиси.[2]

;font-family:’Times New Roman'»>Гидроперекись является активным инициатором полимризации в водных эмульсиях таких соединений, как дивинил, стирол, а-метилстирол и т.п.

;font-family:’Times New Roman'»>Получение гидропероксида изопропилбензола

;font-family:’Times New Roman'»>Гидропероксиды – это первичные молекулярные продукты окисления углеводородов. Они относятся к числу довольно нестабильных соединений, превращающихся при  окислении в другие продукты. Поэтому их концентрация в реакционной массе, особенно при каталитическом окислении или при повышенных температурах, невелика.

;font-family:’Times New Roman'»>В основе современной теории окисления углеводородов лежат представления, высказанные более 60 лет назад А. Н. Бахом и, независимо от него, К. Энглером, согласно которымокисление углеводородов протекает через образование перекисных соединений, являющихся первыми стабильными продуктами реакции.

В настоящее время работами многих исследователей на примере углеводородов самого различного строения показано, что на начальных стадиях окисления гидроперекисиявляются практически единственными продуктами. Однакоперекисная теория Баха—Энглера, соответствующая уровнюзнаний конца XIX—начала XX столетия, естественно, не моглаобъяснить целый ряд особенностей процессов окисления.

;font-family:’Times New Roman'»>Наиболее полно механизм процессов окисления углеводородов удалось раскрыть лишь благодаря появлению теориирадикально-цепных реакций, значительную роль в создании которой сыграли работы Н. А. Шилова и особенно Н. Н.

;font-family:’Times New Roman'»>Свободный радикал (в противоположность валентнонасыщенной молекуле) является весьма активной частицей. Длявзаимодействия между свободными радикалами необходимасравнительно небольшая энергия активации (обычно не выше41 900;font-family:

‘Times New Roman'»> кдж/кмоль=;font-family:’Times New Roman'»> 10;font-family:’Times New Roman'»> ккал/моль),;font-family:’Times New Roman'»> в то время как для реакциймежду валентнонасыщенными молекулами эта величина составляет 167 500—418 700;font-family:

‘Times New Roman'»> кдж/кмоль=40;font-family:’Times New Roman'»>—100;font-family:’Times New Roman'»> ккал/моль;font-family:’Times New Roman'»> и более.Реакции свободных радикалов с молекулами также требуютменьшей энергии активации, чем реакции между самими молекулами.

;font-family:’Times New Roman'»>При взаимодействии свободных радикалов с молекуламисвободная валентность не исчезает. Среди продуктов такоговзаимодействия неизбежно будет находиться новый свободныйрадикал.

;font-family:’Times New Roman'»>Из этих двух положений следует, что если в какой-либореакционной системе появился свободный радикал, то он, легковзаимодействуя с одной из молекул окружающей его среды, образует новый радикал, который опять вступает в реакцию собразованием радикала, и т. д.

;font-family:’Times New Roman'»>Большой экспериментальный материал по окислению углеводородов, накопленный к настоящему времени, убедительнопоказывает, что начальная стадия процесса окисления — образование гидроперекиси — является радикально-цепной реакцией.

Одно из доказательств этого ;font-family:’Times New Roman’;color:#bda78f»>— ;font-family:’Times New Roman'»>наличие индукционногопериода и ускоряющее действие на процесс, особенно в начальный период, веществ, способных в условиях окисления разлагаться с образованием свободных радикалов (различные перекиси и гидроперекиси,азосоединения и др.).

Ускоряющеевлияние перекисей на окисление углеводородов было показаноцелым рядом исследований. Цепной характер окисленияуглеводородов доказывается также тем, что небольшие примеси некоторых веществ (например, фенолов) способны резко замедлять процесс.

;font-family:’Times New Roman'»>Процесс окисления углеводородов, как и всякий цепной процесс, включает в себя по крайней мере три реакции: зарождение (инициирование), рост и обрыв цепи.[1]

;font-family:’Times New Roman'»>Реакция зарождения цепи;font-family:’Times New Roman'»> связана с разрывом С—Н-связи в валентнонасыщенной молекуле окисляемого углеводорода ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>RH;font-family:’Times New Roman'»>:

;font-family:’Times New Roman'»>Однако энергия разрыва связи С—Н обычно составляет 335000—418 700;font-family:’Times New Roman'»> кдж/кмоль;font-family:’Times New Roman'»> (80—100;font-family:’Times New Roman'»> ккал/моль);font-family:

‘Times New Roman'»> и, следовательно, в условиях жидкофазного окисления такой разрыв самопроизвольно не происходит. Он может наблюдаться при столкновении молекулы ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>RH;font-family:’Times New Roman'»> с какой-либо активной частицей А:

;font-family:’Times New Roman'»>или при поглощении кванта световой энергии в случае фотохимического окисления:

;font-family:’Times New Roman'»>В настоящее время принято, что реакция зарождения цепи при окислении углеводородов кислородом протекает по схеме:

;font-family:’Times New Roman'»>которая является наиболее энергетически выгодной так как требует затраты энергии на 196 900;font-family:’Times New Roman'»> кдж/кмоль;font-family:’Times New Roman'»> (47;font-family:

‘Times New Roman'»> ккал/моль) ;font-family:’Times New Roman'»>меньше, чем процесс образования радикалов ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>Re;font-family:’Times New Roman'»> путем распада молекулы по связи С—Н;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>32;font-family:’Times New Roman'»>.

;font-family:’Times New Roman'»>Рост цепи;font-family:’Times New Roman'»> при наличии в системе радикалов происходит таким образом:

;font-family:’Times New Roman'»>Возникает более или менее длинная реакционная цепь, в результате чего значительная часть молекул исходного углеводорода может превратиться в гидроперекись.

;font-family:’Times New Roman'»>Обрыв цепи;font-family:’Times New Roman'»> происходит вследствие различных причин, основные из которых следующие: рекомбинация свободных радикалов, обрыв цепи на стенках реактора и взаимодействие свободных радикалов с примесями, являющимися ингибиторами.

;font-family:’Times New Roman'»>Рекомбинация может заключаться в следующих элементарных актах:

;font-family:’Times New Roman'»>В некоторых условиях процесс рекомбинации можетпротекать в заметном объеме. Так, описано получение с выходомдо 38% соответствующих «димеров» (;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>

R;font-family:’Times New Roman'»>—;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>R;font-family:’Times New Roman'»>) изопропилбензола,п-цимола и хлоризопропилбензола путем жидкофазного окисления этих углеводородов кислородом воздуха.

Значительнораньше (в 1944 г.) П. Г. Сергеевым, Б. Д. Кружаловым иР. 10. Удрисом при изучении состава продуктов, образующихсяв результате окисления изопропилбензола, был выделен иидентифицирован 2,4-диметил-2,4;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>:;font-family:

‘Times New Roman'»>дифенилбутан, появление которого можно объяснить лишь димеризацией радикала ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>R;font-family:’Times New Roman'»>*.Однако следует отметить, что на первых стадиях процесса,когда концентрация свободных радикалов в системе незначительна, вероятность такого бимолекулярного столкновениярадикалов мала и рекомбинация не является главной причинойобрыва цепи.

То же самое относится и к обрыву цепи за счетстолкновения свободных радикалов со стенками реактора. В отличие от процессов, протекающих в газовой фазе, где роль стенки реактора гораздо больше, при жидкофазном процессе вероятность такого столкновения мала, ввиду значительно меньшейскорости диффузии свободных радикалов к стенке через жидкость, чем через газ.

Кроме того, любой свободный радикал,диффундируя через слой жидкости к стенке, неизбежно встретит на своем пути громадное количество молекул и радикалов,способных реагировать с ним. Сказанное, разумеется, не относится к реакторам, имеющим развитую поверхность в виде насадки, или к реакторам пленочного типа.

;font-family:’Times New Roman'»>Главная роль в обрыве цепи при жидкофазном окисленииуглеводородов, по-видимому, принадлежит ингибиторам ;font-family:’Times New Roman’;color:#bda78f»>— ;font-family:’Times New Roman'»>веществам, способным тормозить цепные реакции.

Механизм действия ингибиторов и, в частности, антиокислителей (антиоксидантов), т. е. ингибиторов процессов окисления, в ряде случаевостается неясным. Тормозящее действие некоторых ингибиторов совершенно не связано с реакцией обрыва цепи, а может,например, заключаться в уменьшении скорости реакции зарождения цепи.

  1.  ;font-family:’Times New Roman'»>Отрыв атома водорода от молекулы ингибитора ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>InH;font-family:’Times New Roman'»>:
  1.  ;font-family:’Times New Roman'»>Присоединение свободного радикала к молекуле ингибитора:

;font-family:’Times New Roman'»>Если вновь образованные свободные радикалы ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>In;font-family:’Times New Roman'»>* или ;font-family:’Times New Roman'» xml:

lang=»en-US» lang=»en-US»>RInH;font-family:’Times New Roman'»>* и и;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>R;font-family:’Times New Roman'»>0;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>

2;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>lnH;font-family:’Times New Roman'»>* будут менее активны, чем исходные радикалы ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>

R;font-family:’Times New Roman'»>* и;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>R;font-family:’Times New Roman'»>0;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>*, то произойдет ингибирование— торможение цепного процесса окисления.

;font-family:’Times New Roman'»>Совершенно очевидно, что ингибиторы первого типа должныиметь более слабую связь ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>In;font-family:’Times New Roman'»>—Н, чем связь С—Н у окисляемого углеводорода.

К этой категории ингибиторов следует отнести, например, фенолы и нафтолы. Ко второму типу ингибиторов, по-видимому, относятся амины (главным образомароматические), способные присоединять радикалы ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>

R;font-family:’Times New Roman'»>0;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>*, и хиноны, способные к захвату радикалов ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>R;font-family:’Times New Roman'»>*.

;font-family:’Times New Roman'»>Окисление углеводородов относится к числу;font-family:’Times New Roman'»> автокаталитических;font-family:’Times New Roman'»> процессов, в связи с чем часто применяют термин «автоокислеиие» (аутооксидация).

Процессы автокатализа являютсяцепными реакциями с;font-family:’Times New Roman'»> вырожденным разветвлением,;font-family:’Times New Roman'»> теория которых подробно разработана Н. Н. Семеновым. Самоускорение, или автокатализ, процессов окисления заключается в том,что первичный продукт окисления — гидроперекись обладаетспособностью в условиях окисления подвергаться частичномураспаду на свободные радикалы (вырожденное разветвление).

Уже при небольших концентрациях гидроперекиси;font-family:’Times New Roman'»>(10;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>-4;font-family:’Times New Roman'»> моль/л);font-family:

;font-family:’Times New Roman'»>Механизм окисления изопропилбензола

;font-family:’Times New Roman'»>1.

;font-family:’Times New Roman'»>Влияние различных факторов на процесс окисления изопропилбензола

;font-family:’Times New Roman'»>Процесс окисления изопропилбензола чрезвычайно чувствителен по отношению к целому ряду факторов. Особенно большое значение имеет чистота изопропилбензола. Присутствие вокисляемом изопропилбензоле даже следов некоторых веществможет существенно изменить скорость процесса.

В качествепримера можно привести влияние тиофена и его производных,а также фенола на процесс окисления. Наличие этих продуктовв чистом изопропилбензоле вполне возможно: тиофен содержится в бензоле, идущем на приготовление изопропилбензола,а следы фенола (появляются в изопропилбензоле при его получении. Оба продукта в большой степени тормозят окислениеизопропилбензола.[2]

;font-family:’Times New Roman'»>Этот и многие другие факторы, как правило, не учитываютсяв равной степени в опытах одних и тех же авторов, а тем болеев работах, выполненных различными исследователями. В литературе опубликованы результаты опытов по окислению изопропилбензола при разнообразных скоростях накопления гидроперекиси и использовании сырья различного качества.

;font-family:’Times New Roman'»>Однако при тщательном анализе всех имеющихся в настоящее время экспериментальных данных удается обнаружить общие закономерности, свойственные процессу окисления чистогоизопропилбензола. Сюда относится влияние температуры, глубины окисления, количества катализаторов, примесей некоторых веществ и других факторов (на выход и скорость накопления гидроперекиси.

;font-family:’Times New Roman'»>На рис. 1 показан характерный вид зависимости скорости накопления гидроперекиси от времени. Кривая имеет ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>s;font-family:

‘Times New Roman'»>-образную форму, свойственную цепным процессам. Вначале протекает процесс зарождения цепи (индукционный период), затем скорость реакции резко возрастает и остается постоянной в течение некоторого промежутка времени, после чего происходит уменьшение скорости, вызванное увеличивающимся распадом гидроперекиси и торможением (процесса окисления продуктами ее распада.

;font-family:’Times New Roman'»>Общий характер влияния температуры на скорость окисления изопропилбензола в пределах 90—120 °С показан на рис. 2. Повышение температуры приводит к увеличению скорости накопления гидроперекиси, но одновременно увеличивается и ее термический распад.

;font-family:’Times New Roman'»>Было показано, что средняя скорость накопления гидроперекиси с повышением температуры последовательно от 90 до100 °С, от 100 до 110°С и от 110 до 120 °С возрастает неодинаково (соответственно в 2,3, 1,8 и 1,1 раза).

;font-family:’Times New Roman'»>Установлено также, что при 120° С продукты распада в количестве более 1% можно обнаружить в реакционной массе через 1;font-family:’Times New Roman'»> ч;font-family:’Times New Roman'»> после начала окисления;

;font-family:’Times New Roman'»>Существенное значение для получения оптимальных выходовгидроперекиси имеет степень конверсии изопропилбензола вгидроперекись и продолжительность протекания процесса.В качестве примера приведем данные (рис. 3), полученные приокислении одного из образцов изопропилбензола при 110°С.

Эти данные показывают, что для достижения высокого выход гидроперекиси при минимальном распаде необходимо ограничить глубину окисления изопропилбензола до содержания гидроперекиси 20—25%. Для других образцов изопропилбензолаэта величина составляет 20—30%.

;font-family:’Times New Roman'»>Поскольку целью процесса окисления изопропилбензолаявляется получение гидроперекиси, то при выборе оптимальныхусловий процесса необходимо учитывать факторы, способствующие распаду гидроперекиси. С этой точки зрения следует подходить к выбору материалов

;font-family:’Times New Roman'»>для изготовления оборудования,применяющегося в производстве гидроперекиси, и к оценке схемтехнологического и аппаратурного оформления процесса. Так,многочисленные эксперименты показали, что

Рис 3. Влияние глубины окисления на

скорость накопления гидроперекиси

и её распад.

;font-family:’Times New Roman'»>лучшие результаты достигаются при окислении изопропилбензола в аппаратах, изготовленных из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т. В этомслучае процесс протекает так же эффективно, как в стеклянномили эмалированном оборудовании.

Как уже подчеркивалось, основным фактором, влияющимна процесс получения гидроперекиси с высоким выходом,является чистота изопропилбензола, подвергаемого окислению.Вредные примеси различных веществ, ингибирующих процессокисления, могут попадать в реакционную зону из следующихисточников: со свежим изопропилбензблом; с возвратным изопропилбензолом после отгонки его от гидроперекиси из реакционной смеси; в результате побочных реакций, протекающихв самом процессе окисления изопропилбензола; с воздухом, трипомощи которого производится окисление изопропилбензола.Рассмотрим каждый из этих источников в отдельности.

;font-family:’Times New Roman'»>Примеси в свежем изопропилбензоле;font-family:’Times New Roman'»>. Как показал опыт эксплуатации действующих предприятий по совместному получению фенола и ацетона, а также лабораторныеисследования, в свежем изопропилбензоле возможно наличиеследующих вредных примесей, способных в значительной степени тормозить или полностью ингибировать процесс окисления:сернистые соединения, непредельные углеводороды, алкилбензолы, ближайшие гомологи изопропилбензола, фенол.

;font-family:’Times New Roman'»>Из сернистых соединений наибольшую опасность представляет тиофен, который содержится в бензоле, поступающем наприготовление изопропилбензола. Тиофен одновременно с бензолом может подвергаться алкилированию пропиленом, а образовавшийся при этом изопропилтиофен практически невозможноотделить от изопропилбензола путем ректификации.

;font-family:’Times New Roman'»>Непредельные углеводороды образуются в процессе алкилирования бензола за счет полимеризации пропилена на катализаторе, применяемом при алкилировании. Отдельные фракциитримеров пропилена имеют темлературы кипения, близкие ктемпературе кипения изопропилбензола, и трудно отделимы отнего.

;font-family:’Times New Roman'»>Алкилбензолы (этилбензол и бутилбензолы) появляютсяв процессе алкилирования за счет примесей этилена и бутиле-нов, содержащихся в пропилене, идущем на получение изопропилбензола. Этилбензол и бутилбензолы довольно простоотделить от изопропилбензола ректификацией.

;font-family:’Times New Roman'»>Фенол неоднократно удавалось обнаруживать в чистом товарном изопропилбензоле с помощью чувствительных колориметрических методов.

;font-family:’Times New Roman'»>Примеси в возвратном изопропилбензоле.;font-family:’Times New Roman'»>Ввиду рассмотренных выше особенностей автокаталитическогопроцесса окисления, для достижения высоких выходов гидроперекиси окисление изопропилбензола проводят с конверсией, обычно не превышающей 30% за один проход.

Поэтому ;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>2;font-family:’Times New Roman'»>/з изопропилбензола после отгонки от гидроперекиси возвращают снова на окисление. Такой изопропилбензол неизбежно бывает загрязнен фенолом, образовавшимся в результате распада гидроперекиси на стадии окисления.

;font-family:’Times New Roman'»>Примеси, образующиеся в самом процессе окисления.;font-family:’Times New Roman'»> В ходе процесса окисления изопропилбензола за счет термического распада гидроперекиси появляются различные продукты, способные ингибировать реакцию окисления.

;font-family:’Times New Roman'»>Примеси в воздухе, применяемом в процессе окисления изопропилбензола.;font-family:’Times New Roman'»> В воздух, поступающий на окисление изопропилбензола, вредные примеси могут попадать двумя путями.

Во-первых, как показал опыт работы промышленных установок по окислению изопропилбензола в гидроперекись, весьма существенно правильно определить место забора свежего воздуха. Если в данном месте воздух загрязнен топочными или другими газами, особенно сернистым ангидридом или сероводородом, то это обстоятельство отрицательно влияет на скорость процесса окисления.

;font-family:’Times New Roman'»>Технологическое оформление процесса окисления изопропилбензола

;font-family:’Times New Roman'»>Экспериментальное изучение двух основных задач, связанных с процессом окисления изопропилбензола, — ускорения этого процесса и уменьшения распада гидроперекиси — привело к разработке двух технологически совершенно различных методов окисления.

;font-family:’Times New Roman'»>По одному из этих методов, разработанному фирмой «;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>DistillersCompanyLimited;font-family:’Times New Roman'»>» на основании исследования Армстронга с сотр., окисление изопропилбензола проводится в водно-щелочной эмульсии при температуре около 90°С.

;font-family:’Times New Roman'»>Существенное значение имеет также соотношение водной иуглеводородной фаз: скорость реакции возрастает с увеличением разбавления изопропилбензола, но одновременно с этимотношение объем—время—конверсия в реакторе должно бытьвозможно больше.

Для соотношения объем—время—выходоптимальная пропорция обеих фаз составляет —3:1. Дляобеспечения оптимальных условий реакции наряду с применением эмульгатора процесс проводят при интенсивном перемешивании. Важную роль играет выбор эмульгатора; установлено,что высокоэффективным эмульгатором является стеараг натрия.

;font-family:’Times New Roman'»>По другому методу, разработанному фирмами «;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>DistillersCompanyLimited;font-family:’Times New Roman'»>» ,и «;font-family:

‘Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>HerculesPowderCompany;font-family:’Times New Roman'»>», окислениеизопропилбензола осуществляют в практически гомогенной фазепри 100—130°С. В патентах фирмы «;font-family:

‘Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>DistillersCompanyLimited;font-family:’Times New Roman'»>»указывается, что пределы взрываемости смеси кислород—изопропилбензол находятся в интервале 1—54% содержания изопропилбензола.

;font-family:’Times New Roman'»>Окисление в гомогенной фазе часто проводят в несколькоступеней при различных температурах, например на первойступени при 120°С до получения в реакционной массе около10% гидроперекиси, на второй — при 117°С до содержаниягидроперекиси 15%, на третьей — при 115°С примерно до20%-пого содержания гидроперекиси и на четвертой — при10°С до содержания гидроперекиси 27%.

При таком способеокисления уменьшается распад гидроперекиси и образованиепобочных продуктов (диметилфенилкарбинола и ацетофенона),содержание которых возрастает с увеличением концентрациигидроперекиси в реакционной массе. В качестве окислителяприменяют воздух или очищенный кислород.

При использовании кислорода из реактора уносится меньше изопропилбензолаи достигается более высокая пропускная способность на единицу объема реактора. Преимущество применения воздуха заключается в его более низкой стоимости и меньшей опасностиобразования взрывчатой смеси.

Для уменьшения уноса изопропилбензола окисление его воздухом проводят в большинствеслучаев при повышенных избыточных давлениях (около4—6 ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>or;font-family:’Times New Roman'»>).

;font-family:’Times New Roman'»>В сообщении о пуске первого завода по производству фенола и ацетона фирмы «;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>British;font-family:’Times New Roman'»>—;font-family:

‘Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>AmericanShowingan;font-family:’Times New Roman'»>» в г. Монреале (Канада) указывается, что окислительная установка состоит из четырех вертикальных колонн диаметром 1,2;font-family:

‘Times New Roman'»> м;font-family:’Times New Roman'»> и высотой 9;font-family:’Times New Roman'»> м,;font-family:’Times New Roman'»> размещенных каскадно. Сжатый воздух поступает внижнюю часть каждой колонны, изопропилбензол также подается в нижнюю часть первой колонны, проходит до верха колонны, перетекает в нижнюю часть второй колонны и т. д.

;font-family:’Times New Roman'»>Скорость образования гидроперекиси, или скорость конверсииувеличивается при использовании в качестве сырья тщательно очищенногоизопропилбензола составляет в среднем от 3 до 13% в час.Максимальная из известных в литературе скоростей конверсииравна 11 —13% гидроперекиси изопропилбензола в час, получаемой путем окисления изопропилбензола при 120°С в присутствии металлической меди, предварительно обработаннойазотной кислотой;font-family:

‘Times New Roman’;vertical-align:super»>52;font-family:’Times New Roman'»>. Несмотря на высокую скорость образованиягидроперекиси, о промышленном применении этого метода ничего неизвестно. Как сообщают, это объясняется частыми нарушениями нормального хода процесса, вызываемого чувствительностью реакции к состоянию поверхности меди;font-family:

;font-family:’Times New Roman'»>Как уже указывалось, в начале реакции выход гидроперекиси почти количественный. Однако в процессе дальнейшейконверсии изопропилбензола происходит разложение гидроперекиси и протекают другие побочные реакции, которые снижают эффективность ее образования.

Это снижение в значительной степени вызывается разложением гидроперекиси, которое катализируется карбоновыми кислотами (главным образоммуравьиной кислотой), образующимися в небольших количествах в процессе окисления. Во избежание описанного явленияреакцию проводят в присутствии щелочи в количестве, достаточном для нейтрализации кислот по мере их образования.

;font-family:’Times New Roman'»>Для ускорения реакции окисления изоропилбензола былопредложено большое число катализаторов и промоторов. Скорость окисления изопропилбензола, как известно, увеличиваетсяпри применении солей тяжелых металлов (например, нафтенатов и резинатов кобальта, марганца, свинца и других металлов) ; с другой стороны, при этом возрастает также степеньразложения образовавшейся в процессе окисления гидроперекиси.

;font-family:’Times New Roman'»>Сообщают, что оптимальный выход достигается при концентрации на.фтената марганца 0,25—0,5%. Установлено, что содержание катализатора не должно превышать концентрации,при которой разлагается 10% перекиси, содержащейся в смеси,состоящей из 15 вес частей гидроперекиси изопропилбензолаи 85 вес. частей изопропилбензола при 80°С в течение 45;font-family:

‘Times New Roman'»> ч.;font-family:’Times New Roman'»>Такое требование ограничивает допустимую концентрацию растворенного марганца до 0,0012%. Если соединение марганцанерастворимо в изопропилбензоле, то катализатор можно вводить в большей концентрации.

Так, например, предусматривают применение двуокиси марганца в количестве 0,5—1,0% от веса изопропилбензола. Использование щелочного катализатора благоприятно сказывается на скорости и на выходе продуктов реакции. Указывают, что добавление формиата натрия увеличивает выход гидроперекиси с 1,74 до 5,59% в час.

Аналогично действует карбонат натрия. Опубликованы также данныеоб увеличении скорости реакции и повышении выходов гидроперекиси в случае использования в качестве катализаторов при окислении изопропилбензола третичных аминов (например, пиридин) в количестве 0,01—1 вес. %.

;font-family:’Times New Roman'»>По мере протекания реакции окисления усиливаются побочные реакции, снижающие выход гидроперекиси. Поэтому полную конверсию изопропилбензола за один проход осуществитьневозможно. В промышленной практике глубина окисления(степень конверсии изопропилбензола за проход) поддерживается в пределах 25—30%.

Таким образом, реакционная масса, получаемая в результате окисления, содержит около65—70% непревращенного изопропилбензола. Обычно основнуюмассу этого углеводорода удаляют путем перегонкив вакууме;конечная смесь содержит от 75 до 85% гидроперекиси изопропилбензола.

;font-family:’Times New Roman'»>В сообщении о пуске завода по производству фенола и ацетона в Шотландии указывается, что изопропилбензол поступает в окислительную систему, где подвергается окислению подизбыточным давлением в несколько атмосфер при 100 °С.

;font-family:’Times New Roman'»>Поскольку в процессе окисления значительная часть изопропилбензола не вступает в реакцию, необходимо концентрирование гидроперекиси. При этом в глубоком вакууме от высококипящей гидроперекиси отгоняется изопропилбензол.

;font-family:’Times New Roman'»>Концентрат гидроперекиси, содержащий ряд примесей, средикоторых преобладают остаточный изопропилбензол, ацетофенони диметилфенилкарбинол, направляется без дальнейшей очистки для разложения гидроперекиси на фенол и ацетон.

;font-family:’Times New Roman'»>Аппаратурное оформление процесса окисления изопропилбензола в гидроперекись может быть различным. Общим длявсех способов непрерывного окисления изопропилбензолаявляется проведение процесса в несколько ступеней (от 3 до 8).Довольно распространено расположение отдельных ступеней попринципу каскада (рис. 4). [2]

;font-family:’Times New Roman'»>Для гетерогенных процессов окисления, протекающих вводно-щелочной среде, наиболее пригодны аппараты с мешалками или эрлифтами. Эрлифты применимы также для процессов гомогенного окисления.

;font-family:’Times New Roman'»>Ступенчатое окисление изопропилбензола осуществляют водном аппарате, представляющем собой секционную колонну,снабженную по аналогии с тарельчатой ректификационной

;font-family:’Times New Roman'»>колонной отверстиями и переливными стаканами на каждой тарелке (рис. 5).

;font-family:’Times New Roman'»>Сравнивая секционную колонну с каскадной системой,необходимо отметить, что последняя обладает рядом, преимуществ, основные из которых состоят в следующем:

;font-family:’Times New Roman'»>В случае нарушения нормального режима в какой-либоступени (колонне), вызванногоповышением температуры ибыстрым распадом гидроперекиси (приводящим к большомувыделению газов и паров),сработают предохранительнаямембрана или клапан, установленные в верхней части колонны, и образовавшиеся газыбудут направленно выведеныв атмосферу.

;font-family:’Times New Roman'»>В колоннах секционного типа предохранительные клапаны, расположенные наверху, посуществу не играют никакойроли, и указанное нарушениережима может привести к аварии.

;font-family:’Times New Roman'»>Параллельность в потоках воздуха и изопропилбензола благоприятствует окислению, так как легкокипящие продукты распада гидроперекиси (муравьиная кислота и формальдегид) будут удаляться с отходящими газами. Отработанный воздух с последнихступеней окисления, содержащий больше продуктов распада,не попадает на первые ступени, поскольку на каждую ступеньподают свежий воздух.

2. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

«>Окислительная шихта, поступающая от насосов № 6;vertical-align:sub»>1,2″> (отделение 102), проходит подогреватели № 5;vertical-align:super»>а;vertical-align:sub»>1,2″>, работающие параллельно, где подогревается за счет тепла химочищенной воды с решиферов колонн окисления № 2;vertical-align:sub»>

1-6″>. Измеряется и регистрируется температура химочищенной воды «>(поз.30)»>. Измеряется и регистрируется температура окислительной шихты после подогревателей № 5;vertical-align:super»>а;vertical-align:sub»>

1,2″>(поз.7)»>. Нагретая шихта затем поступает в два последовательно работающих теплообменника № 5;vertical-align:super»>б,в»>, где подогревается до температуры реакции (не более 125ºС).

Температура шихты после теплообменника  № 5;vertical-align:super»>б»> регулируется автоматически регулятором «>(поз.4)»>, клапан которого установлен на линии подачи пара давления 5 кгс/см;vertical-align:super»>

2″> в теплообменник № 5;vertical-align:super»>б»>. Температура после подогревателя № 5;vertical-align:super»>в»> регистрируется «>(поз.3)»>.

«>Пар давления 12 кгс/см;vertical-align:super»>2″> принимается в отделение 101 из цеха № 9. Измеряется расход («>поз.35″>) и температура пара давления 12 кгс/см;vertical-align:super»>

2″> («>поз.72″>). Для снижения давления пара производится его дросселирование до давления 5 кгс/см;vertical-align:super»>2″> регулятором давления («>поз.9″>), клапан которого установлен на трубопроводе от коллектора пара давления 12 кгс/см;vertical-align:super»>

2″> в коллектор пара давления 5 кгс/см;vertical-align:super»>2″>. Пар давления 5 кгс/см;vertical-align:super»>2″> подаётся на обогрев теплообменников № 5;vertical-align:super»>б,в»>.

«>Окислительная шихта после теплообменников № 5;vertical-align:super»>б,в»> поступает в верхнюю часть колонны окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″>. Регистрируется расход окислительной шихты в колонны окисления № 2;vertical-align:sub»>

1-6″>(поз.8)»>. Уровень вверху окислительных колонн № 2;vertical-align:sub»>1-6″> регулируется регулятором уровня «>(поз.17)»>, клапан которого установлен на линии подачи окислительной шихты из отделения 102 в колонну № 2;vertical-align:sub»>1-6″>.

«>Воздух в отделение 101 поступает из компрессорного отделения. Регистрируется расход воздуха («>поз.1»>), давление воздуха («>поз.2″>). Воздух с давлением 5-6 кгс/см;vertical-align:super»>

2″> проходит фильтры № 1;vertical-align:sub»>1-4″>, где очищается от механических примесей, масла и частично от влаги, и подается в кубовую часть окислительной колонны № 2;vertical-align:sub»>

1-6″>. Постоянство расхода технологического воздуха на систему окисления регулируется автоматически регулятором расхода «>(поз.13)»>, клапан которого установлен на линии подачи воздуха после фильтра.

«>Для предотвращения попадания реакционной массы в трубопровод подачи воздуха, на этой линии установлен обратный клапан.

«>Окисление в колонне ведется под давлением 3,0  0,2 кгс/см;vertical-align:super»>2″> в верху колонны и регулируется регулятором давления «>(поз.28)»>, клапан которого установлен на линии подачи абгазов в буфер-глушитель № 111.

«>Окисление изопропилбензола кислородом воздуха в гидроперекись протекает с выделением тепла по реакции:

                              СН3СН3

                              СН      О2С−ООН

                              СН3СН3

;font-family:’Times New Roman'»>                    изопропилбензол                                         гидроперекись ИПБ       

«>Реакция окисления изопропилбензола экзотермична: тепловой эффект составляет   «>29,6»> ккал/ г∙моль ГП ИПБ.

«>Наряду с основной реакцией получения ГП ИПБ происходит частичный распад гидроперекиси на диметилфенилкарбинол и ацетофенон:

СН3СН3

                              СООН   CОН      ½ О2

СН3СН3

;font-family:’Times New Roman'»>                            гидроперекись                 диметилфенилкарбинол

;font-family:’Times New Roman'»>                         изопропилбензола                   

«>Реакция экзотермична: тепловой эффект составляет «>42»> ккал/г∙моль ДМФК.          

                              СН3            О

СООН   CСН3      СН3ОН

                              СН3

;font-family:’Times New Roman'»>                            гидроперекись                        ацетофенонметиловый

;font-family:’Times New Roman'»>                         изопропилбензола                                                                 спирт

«>Реакция экзотермична: тепловой эффект составляет «>82,5»> ккал/г∙моль АЦФ.          

«>Выделившийся при этом метиловый спирт в присутствии атомарного кислорода окисляется до муравьиной кислоты, которая, окисляясь, разлагается на двуокись углерода и воду.

«>СН;vertical-align:sub»>3″>ОН     ½ О;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>  «>СН;vertical-align:sub»>2″>О      Н;vertical-align:sub»>2″>О

«>СН;vertical-align:sub»>2″>О        ½ О;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>  «>НСООН 10,8 ккал/г∙моль муравьиной кислоты

«>НСООН     ½ О;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>  «>СО;vertical-align:sub»>2″>         Н;vertical-align:sub»>2″>О

«>Тепло реакции окисления отводится охлаждающей химочищенной водой, циркулирующей в решиферах секций колонны, температура секций окислительной колонны регулируется автоматически регуляторамим температуры «>(поз.16;vertical-align:sub»>

;font-family:’Times New Roman'»> 

«>Окисление ведется при температуре по секциям колонн № 2;vertical-align:sub»>1-6″>:

«>- с 1-ой по 5-ую секции включительно – не выше 125;vertical-align:super»>о»>С

«>- на 6-ой, 7-ой секциях – не выше 122;vertical-align:super»>о»>С

«>- на 8-ой, 9-ой секциях – не выше 120;vertical-align:super»>о»>С.

«> При завышении температуры по секциям колонн окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″> выше регламентной возможен процесс распада гидроперекиси изопропилбензола со взрывом вследствие цепной реакции.

«> В случае завышения температуры в колонне окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″> при следующих значениях:

«>- на 1-5 секциях — 126;vertical-align:super»>о»>С

«>- на 6,7 секциях — 123;vertical-align:super»>о»>С

«>- на 8,9 секциях — 121;vertical-align:super»>о»>С

«>срабатывает блокировка и сигнализация: прекращается подача технологического воздуха на колонну (закрывается отсечной клапан на линии подачи технологического воздуха).

«> Химочищенная вода для охлаждения секций колонн окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″> подается из емкости № 69 насосом № 70;vertical-align:sub»>1,2″> в коллектор химочищенной воды, откуда поступает в решиферы секций.

Регистрируется температура химочищенной воды, подаваемой в решиферы секций колонн окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″>(поз.10)»>. В коллекторе прямой химочищенной воды поддерживается давление не менее 2,5 кг/см;vertical-align:super»>

2″> автоматически регулятором «>(поз.12)»>, клапан которого установлен на линии перепуска химочищенной воды у линии нагнетания насоса № 70;vertical-align:sub»>1,2″> в линию его всаса.

«> После решиферов обратная химочищенная вода собирается в коллектор и проходит подогреватели № 5;vertical-align:super»>а;vertical-align:sub»>1,2″>, где охлаждается за счет отдаваемого тепла для подогрева шихты.

Затем обратная химочищенная вода поступает в холодильник № 72, охлаждаемый промышленной водой. Далее охлажденная в холодильнике № 72 химочищенная вода поступает в холодильник № 73, охлаждаемый захоложенной водой ( 7ºС), после чего химочищенная вода поступает в емкость № 69. Регистрируется уровень в емкости № 69 «>(поз.11)»>.

«>Технологической схемой предусмотрена возможность исключения из схемы одного из холодильников № 72 или № 73. Технологической схемой предусмотрена возможность закрытого дренирования парогазовых пробок из межтрубного пространства холодильников № 72, 73 в сборник № 35.

«>Технологической схемой предусмотрена возможность сброса части химочищенной воды из емкости № 69 по переливной линии в емкость № 10 или в химсточную канализацию.

«>Технологической схемой предусмотрена возможность подпитки уровня в емкости № 69 конденсатом от насосов № 50;vertical-align:sub»>1,2″>.

;font-family:’Times New Roman'»> «>В случае снижения давления химочищенной воды ниже 2,5 кгс/см;vertical-align:super»>2″> из-за останова насоса № 70;vertical-align:sub»>1,2″>, либо по причине срабатывания блокировки, в линию нагнетания насоса № 70;vertical-align:sub»>1,2″> и в секции колонн окисления автоматически подается промышленная вода.

«> Открываются отсечные клапаны:

«>1. На линии подачи промышленной воды «>(поз.12;vertical-align:super»>в»>)»>.

«>2. На линии обратной воды «>(поз.12;vertical-align:super»>г»>)»>.

«> Закрываются отсечные клапаны:

«>1. На линии химочищенной воды после решиферов в холодильник № 72 «>(поз.12;vertical-align:super»>б»>)»>.

«>2. На линии подачи промышленной воды в холодильник № 72 «>(поз.12;vertical-align:super»>а»>)»>.

«> В колонне окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″> реакционная масса по мере своего движения по тарелкам сверху вниз колонны постепенно обогащается гидроперекисью ИПБ, не более чем до 30,5% весовых на выходе из колонны.

Из кубовой части колонны № 2;vertical-align:sub»>1-6″> реакционная масса поступает в напорную емкость № 12. Отбор реакционной массы окисления регулируется автоматически регулятором «>(поз.19)»>, клапан которого установлен на линии подачи реакционной массы в емкость № 12.

«> Технологической схемой предусмотрена возможность опорожнения колонны окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″> в подземную емкость № 10 в случае возникновения аварийной ситуации вручную арматурой. Кроме того, на линии освобождения колонны окисления № 2;vertical-align:sub»>

1-6″> в емкость № 10 установлены электрозадвижки. Слив реакционной массы с РУКЦ колонн окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″> также производится в емкость № 10. Уровень в емкости № 10 регистрируется «>(поз.20)»>.

«>В случае аварийного выброса реакционной массы с верха колонны окисления   № 2;vertical-align:sub»>1-6″> технологической схемой предусмотрена работа сепаратора № 67, предназначенного для отделения жидкости от газов. Отделившаяся от газов реакционная масса сливается в подземную емкость № 10, а газ сбрасывается через воздушку.

;font-family:’Times New Roman'»> «>Уходящий сверху колонны окисления № 2;vertical-align:sub»>1-6″> обедненный кислородом воздух (абгазы) вместе с парами ИПБ поступает для охлаждения и конденсации паров ИПБ в конденсатор № 6;vertical-align:sub»>

1-6″>, охлаждаемый промышленной водой. Сконденсированные пары ИПБ через расширитель сливаются в сборник № 8. Несконденсированные пары ИПБ поступают в конденсатор № 7;vertical-align:sub»>1-6″>, охлаждаемый захоложенной водой ( 7ºС).

Сконденсированные пары ИПБ через расширитель сливаются в сборник № 8. Освобожденные от ИПБ абгазы поступают в сепаратор № 109 на узел очистки абгазов, либо помимо этого узла в буфер-глушитель № 111. Регистрируется температура абгазов после холодильников № 7;vertical-align:sub»>1-6″>(поз.29)

;font-family:’Times New Roman'»> «>Сконденсированный в конденсаторах № 6;vertical-align:sub»>1-6″> и 7;vertical-align:sub»>1-6″> ИПБ самотеком поступает в сборник № 8, откуда дросселируется в емкость № 21.

«> Технологической схемой предусмотрена возможность подачи обратного ИПБ из сборника № 8 в разделительные колонны № 36;vertical-align:sub»>1,2″>, 37;vertical-align:sub»>1,2″>, 38;vertical-align:sub»>1,2″> на узел осушки.

3.ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГО СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ, ОБРАЩАЮЩИХСЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ

Таблица 1   

«>№ п/п

«> Наименование сырья, материалов,  реагентов, катализаторов, полуфабрикатов,

«>готовой продукции

«>Номер государственного или отраслевого стандарта, технических условий, стандарта предприятия.

«>Показатели качества, подлежащие проверке

«>Норма по нормативному документу

«>1

«>2

«>3

«>4

«>5

«>1.

«>Изопропилбензол технический. Отбор проб производится в цехе

«>№ 7

«>ТУ 38.402-62-140-92

«> 1 сорт

«>1. Внешний вид

«>Бесцветная прозрачная жидкость.

«>2.Массовая доля изопропилбензола, %, не менее

«>99,7

«>3. Массовая доля органических примесей, %,

«> не более

«>- неароматических соединений,

«>- этилбензола,

«>- н-пропилбензола,

«>- бутилбензолов и высших углеводородов;

«>не нормируется

«>0,15

«>0,20

«>0,10

«>4. Массовая доля непредельных соединений, г брома на 100 г продукта, не более

«>0,02

«>5.Массовая доля фенола, %,

«> не более

«>0,0015

«>2.

«>Воздух сжатый

«>СТП 002-2004

«>Технологический воздух

«>1.Содержание масла (в жидком состоянии)

«>2. Содержание влаги (точка росы),  ;vertical-align:super»>о«>С

«>Отсутствие

«>Не нормируется

«> 3.

«>Азот  газообразный

«>СТП 001-2003

  1.  «>Объемная доля кислорода, %, не более
  2.  «>Точка росы, ºС, не выше

«>2

«>– 40

«>10.

«>Сжатый воздух

«>ГОСТ 17433-80

«>ГОСТ 24484-80

«>1.Размер твердой частицы МКМ, не более

«>2.Содержание посторонних примесей, мг/м;vertical-align:super»>3«>,

«>- твердые частицы, не более

«>3.Вода и масло (в жидком состоянии)

«>4.Температура точки росы должна быть ниже *минимальной рабочей температуры, не менее чем на

«>*Минимальная рабочая температура — наименьшая из температур: минимальной температуры сжатого воздуха или минимальной температуры окружающей среды при эксплуатации пневматических устройств и трубопроводов

«>5.Содержание кислот и щелочей

«>5

«>1

«>не допускаются

«>10 ºК (10 ºС)

«>допускаются только следы

«>5.

«>Изопропилбензола гидропероксид технический (гипериз)

«>ТУ 38.402-62-121-90

«>1.Внешний вид

«>2.Показатель преломления

«>(рефракции), не менее

«>3.Массовая доля гидропероксида, %, не более

«>Прозрачная маслянистая жидкость желтого цвета

«>1,5230

«>87,0

;font-family:’Times New Roman'»>4.Материальный баланс установки окисления ИПБ в гидроперекись изопропилбензола

«>Составить материальный баланс установки окисления изопропилбензола мощностью 70000 тонн в год по фенолу.

;font-family:’Times New Roman’;text-decoration:underline»>Исходные данные для расчёта:

;font-family:’Times New Roman'»>Окислитель-кислород воздуха

;font-family:’Times New Roman'»>Время работы установки-8280 ч/год

;font-family:’Times New Roman'»>Расходный  коэффициент по гидроперекиси изопропилбензола-1/8 т/т фенола

;font-family:’Times New Roman'»>Коэффициент расхода воздуха-0,17 кг/кг изопропилбензола

;font-family:’Times New Roman'»>Степень использования кислорода воздуха-0,85.

;font-family:’Times New Roman’;text-decoration:underline»>Характеристика сырья:

;font-family:’Times New Roman'»>ИПБ из цеха алкилирования:

;font-family:’Times New Roman'»>ИПБ-99,7% масс; этилбензол-0,1% масс; н- пропилбензол-0,2% масс.

;font-family:’Times New Roman’;text-decoration:underline»>Воздух технологический:

;font-family:’Times New Roman'»>Кислород-21% об; азот-79% об.

;font-family:’Times New Roman'»>Производительность по фенолу=70000тонн/год

;font-family:’Times New Roman'»>Производительность по фенолу:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Требуемое количество ГП ИПБ

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″ xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>G;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>(ГПИПБ)=8454,11;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″> 1,8=15217,39 кг/ч;

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>молярная масса ГП ИПБ-152 кг/кмоль, отсюда количество ГП ИПБ

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>15907/152=100,11кмоль/ч.

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Скорость накопления продуктов принята следующей:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>ГП ИПБ-13% масс/ч;

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>ДМФК-0,5 масс/ч;

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>АЦФ-0,12% масс/ч.

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Рассчитаем время реакции до накопления 30,55% масс ГП ИПБ в реакционной массе:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>на накопления  13% требуется 60 мин., тогда на накопления 30,55%:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>За время реакции 141 мин. в реакционной массе образуется следующее количество компонентов:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>ГП ИПБ-13;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>141/60=30,55% масс;

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>ДМФК-0,5;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>141/60=1,18% масс;

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>АЦФ-0,12;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>141/60=0,28% масс.

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Рассчитаем массовое и мольное количество образовавшихся продуктов:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>15217,39 кг/ч ГП ИПБ составляет 30,55% реакционной массы, тогда:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>1,18% масс-587,77 кг/ч ДМФК

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>0,28%масс-139,47 кг/ч АЦФ

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Из уравнения:

СН3СН3

                              СООН   CОН      ½ О2

СН3СН3

;font-family:’Times New Roman'»>                            гидроперекись                 диметилфенилкарбинол

;font-family:’Times New Roman'»>                         изопропилбензола                   

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>следует,что на  образование ДМФК расход ГПИПБ составляет:;font-family:’Cambria Math'»>

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Кислорода образуется:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Из уравнения:

                              СН3            О                    

                              СООН   CСН3      СН3ОН

                              СН3

;font-family:’Times New Roman'»>                            гидроперекись                        ацетофенон                   метиловый

;font-family:’Times New Roman'»>                         изопропилбензола                                                                 спирт

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>следует, то на  образование АЦФ расход ГПИПБ составляет:;font-family:’Cambria Math'»>

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Спирта  образуется:

;font-family:’Times New Roman'»>Из уравнения:

;font-family:’Times New Roman'»>СН;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>3;font-family:’Times New Roman'»>ОН     ½ О;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2;font-family:

‘Times New Roman'»>  СН;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>О      Н;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>О

;font-family:’Times New Roman'»>СН;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>О        ½ О;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>2;font-family:’Times New Roman'»>  НСООН

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Кислорода прореагировало:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Кислоты образовалось:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Воды образовалось:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Из уравнения:

                              СН3СН3

                              СН      О2С−ООН

                              СН3СН3

;font-family:’Times New Roman'»>                    изопропилбензол                                         гидроперекись ИПБ       

;font-family:’Times New Roman'»>следует, что на целевую реакцию получения ГПИПБ ИПБ потребовалось:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>На целевую реакцию получения ГПИПБ кислорода пошло:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>На побочную реакцию получения ГПИПБ пошло ИПБ:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>На побочную реакцию получения ГПИПБ пошло кислорода:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Итого на реакцию окисления ИПБ пошло:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Конверсия ИПБ составляет:

;font-family:’Times New Roman’;color:#000000″>Расчёт состава примесей в окислительной шихте

;font-family:’Times New Roman'»>Содержание ЭБ:

;font-family:’Times New Roman'»>содержание н-ПБ:

;font-family:’Times New Roman'»>Рассчитаем молярную массу смеси примесей. Мольный состав примесей приведён в таблице 2.[8]

;font-family:’Times New Roman'»>Таблица 2

Примеси ИПБ

М,кг/кмоль

кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

ЭБ

106

46,20

33,33

0,44

36,14

н-ПБ

120

92,39

66,67

0,77

63,86

итого

138,59

100,00

1,21

100,00

;font-family:’Times New Roman'»>Средняя молярная масса примесей М=106;font-family:’Times New Roman'»>0,3614 120;font-family:’Times New Roman'»>0,6386=114,94кг/кмоль.

;font-family:’Times New Roman'»>Расчёт состава окислительной шихты

;font-family:’Times New Roman'»>Рассчитаем состав окислительной шихты на основе заводских данных.

;font-family:’Times New Roman'»>Таблица 3

ком-т

шихта

кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

ИПБ

44402,60

95,72

370,02

96,35

примеси в ИПБ

138,59

0,29

1,21

0,31

Кислород

Азот

АЦФ

48,12

0,10

0,40

0,10

ДМФК

144,35

0,30

1,06

0,28

ГП ИПБ

1727,37

3,59

11,36

2,96

НСООН

Н2О

Итого

46461,03

100,00

384,05

100,00

;font-family:’Times New Roman'»>Расчёт количества окислителя

;font-family:’Times New Roman'»>Коэффициент использования кислорода 0,85.

;font-family:’Times New Roman'»>Итого пришло кислорода:

;font-family:’Cambria Math'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>

;font-family:’Times New Roman'»>Азота пришло:

;font-family:’Times New Roman'»>Оставшийся кислород:

;font-family:’Times New Roman'»>Расчёт количества продуктов, уносимых с абгазами

;font-family:’Times New Roman'»>Количество компонента, уносимого с абгазами, определяется по формуле:

;font-family:’Times New Roman'»>где:

;font-family:’Times New Roman'»>М-молярная масса компонента;

;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>n;font-family:’Times New Roman'»>-мольная доля компонента;

;font-family:’Times New Roman'»>Р возд-парциальное давление воздуха;

;font-family:’Times New Roman'»>Р-давление насыщенных паров компонента при температуре 125;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>0;font-family:’Times New Roman'»>С.

;font-family:’Times New Roman'»>Таблица 4

Ком-ты

кмоль/ч

мольные доли

ИПБ

264,42

0,68

примеси

1,21

0,003

АЦФ

1,56

0,004

ДМФК

5,38

0,01

ГП ИПБ

111,48

0,29

Н2О

1,16

0,003

НСООН

1,16

0,003

итого

386,38

1,00

;font-family:’Times New Roman'»> кг/ч

;font-family:’Times New Roman'»> кг/ч

;font-family:’Times New Roman'»> кг/ч

;font-family:’Times New Roman'»> кг/ч

;font-family:’Times New Roman'»>Сводная таблица материального баланса представлена в таблице 5.

;font-family:’Times New Roman'»>Таблица 5

ком-т

шихта

воздух

кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

ИПБ

44402,60

95,72

370,02

96,35

примеси в ИПБ

138,59

0,29

1,21

0,31

Кислород

3975,47

21,00

124,23

18,87

Азот

14955,36

79,00

534,12

81,13

АЦФ

48,12

0,10

0,40

0,10

ДМФК

144,35

0,30

1,06

0,28

ГП ИПБ

1727,37

3,59

11,36

2,96

НСООН

Н2О

Итого

46461,03

100,00

384,05

100,00

18930,83

100,00

658,35

100

;font-family:’Times New Roman'»>Таблица5(продолжение)

оксидат

конденсат абгазов

абгазы на воздушку

кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

кг/ч

% масс

кмоль/ч

% мол

28160,10

61,02

234,67

66,25

3570,68

98,93

29,76

97,81

138,59

0,30

1,21

0,34

628,28

4,02

19,63

3,53

14955,36

95,68

534,12

96,15

183,68

0,40

1,53

0,43

3,91

0,11

0,033

0,11

725,34

1,57

5,33

1,51

6,79

0,19

0,045

0,15

16943,50

36,71

111,47

31,47

1,26

0,03

0,008

0,03

26,73

0,74

0,58

1,91

26,73

0,17

0,58

0,10

20,9

0,13

1,16

0,21

46151,21

100,00

354,21

100,00

3609,37

100,00

30,42

100,00

15631,29

100,00

555,50

100,00

;font-family:’Times New Roman'»>5.Тепловой баланс установки окисления ИПБ в гидроперекись изопропилбензола

;font-family:’Times New Roman'»>Тепловой расчёт  выполнен без учёта потерь.

;font-family:’Times New Roman'»>Материальный баланс колонны окисления с учётом уноса компонентов абгазами представлен в таблице 6.

;font-family:’Times New Roman'»>Таблица 6

Компоненты

Приход

Расход

Унос

кг/ч

доля масс

кг/ч

доля масс

кг/ч

доля масс

ИПБ

44402,60

0,6790

28160,10

0,6102

3570,68

0,1856

примеси в ИПБ

138,59

0,0021

138,59

0,0030

Кислород

3975,47

0,0608

628,28

0,0327

Азот

14955,36

0,2287

14955,36

0,7773

АЦФ

48,12

0,0007

183,68

0,0040

3,91

0,0002

ДМФК

144,35

0,0022

725,34

0,0157

6,79

0,0004

ГП ИПБ

1727,37

0,0264

16943,50

0,3671

1,26

0,0001

НСООН

53,46

0,0028

Н2О

20,92

0,0011

Итого

65391,87

1

46151,21

1

19240,66

1

;font-family:’Times New Roman'»>Температурный режим работы колонны ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>t;font-family:’Times New Roman'»>=125;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>0;font-family:’Times New Roman'»>С

;font-family:’Times New Roman'»>Температура окислительной шихты на входе ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>t;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>ошвх;font-family:

;font-family:’Times New Roman'»>Температура воздуха на входе ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>t;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>возд;font-family:’Times New Roman'»>

;font-family:’Times New Roman'»>Температура реакционной массы на выходе ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>t;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>рмвых;font-family:

;font-family:’Times New Roman'»>Термодинамические свойства компонентов реакционной массы приведены в таблице 7.[6]

;font-family:’Times New Roman'»>Таблица 7

Компоненты

Ср(жид).125,

Дж/моль·К,ж

Ср(жид).120,

Дж/моль·К

Ср(газ).120,

Дж/моль·К,г

ИПБ

259,42

258,31

204,13

Кислород

29,36

30,1

Азот

29,12

29,25

АЦФ

232,50

231,83

167,86

ДМФК

315,26

314,37

220,79

ГП ИПБ

315,26

314,37

220,79

НСООН

92,55

34,27

Н2О

92,55

34,27

;font-family:’Times New Roman'»>Уравнение теплового баланса для колонны выглядит следующим образом:

;font-family:’Times New Roman'»>где :

;font-family:’Times New Roman'»>Σ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>Q;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>вых;font-family:’Times New Roman'»>(РМ)  — суммарное количество тепла, приходящее с компонентами, кДж/ч;

;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>Q;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>реакции;font-family:’Times New Roman'»> — тепло реакции окисления ИПБ в ГПИПБ, кДж/ч;

;font-family:’Times New Roman'»>Σ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>Q;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>вых;font-family:’Times New Roman'»>(РМ) — суммарное количество тепла, уносимое с продуктами реакции,кДж/ч ;

;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>Q;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>отвод;font-family:’Times New Roman'»> — количество тепла, отводимое водой, кДж/ч ;

;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>Q;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>потерь;font-family:’Times New Roman'»>- количество тепла, потерянное в ходе процесса, кДж/ч.

;font-family:’Times New Roman'»>Определим тепло, вносимое окислительной шихтой:

;font-family:’Times New Roman'»>где

;font-family:’Times New Roman'»>Т;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>вх;font-family:’Times New Roman'»>- температура реакционной массы на входе в реактор, К;

;font-family:’Times New Roman'»>С;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>pi;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>398;font-family:’Times New Roman'»> — теплоемкость ;font-family:

;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>N;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>приход,;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>i;font-family:

;font-family:’Times New Roman'»>Определим тепло, вносимое воздухом.

;font-family:’Times New Roman'»>Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ, превышает теплоту остальных превращений.Теплоту реакции рассчитываем по реакции окисления ИПБ в ГПИПБ(см. выше).

;font-family:’Times New Roman'»>Тепловой эффект реакции окисления ИПБ равен:

;font-family:’Times New Roman'»>Δ;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>r;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>H;font-family:’Times New Roman'»>

=Δ;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>f;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>H;font-family:’Times New Roman'»>(ГПИПБ);font-family:

‘Times New Roman’;vertical-align:sub»>393;font-family:’Times New Roman'»>-Δ;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>f;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>

H;font-family:’Times New Roman'»>(кисл);font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>393;font-family:’Times New Roman'»>-Δ;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>f;font-family:

‘Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>H;font-family:’Times New Roman'»>(ИПБ);font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>393;font-family:’Times New Roman'»>=-157105-0 41503=                       =-115606Дж/моль.

;font-family:’Times New Roman'»>Согласно материальному балансу количество ИПБ,пошедшее на образование ГПИПБ в колонне равно:

;font-family:’Times New Roman'»>Теплота,выделившаяся при окислении ИПБ в ГПИПБ, равна:

;font-family:’Times New Roman'»>Т.к. потери тепла в окружающую среду составляют 3 % от общего прихода теплоты, то

;font-family:’Times New Roman'»>Определим теплоту реакционной массы на выходе из аппарата:

;font-family:’Times New Roman'»>Определим теплоту, уносимую с абгазом:

;font-family:’Times New Roman'»>Так как процесс идет с выделением тепла, то необходимо предусмотреть съём тепла.

;font-family:’Times New Roman'»>В качестве теплоносителя для съёма тепла используют воду.

;font-family:’Times New Roman'»>Из теплового баланса окислительной колонны определим количества тепла, снимаемое водой:

;font-family:’Times New Roman'»>Температура воды на входе ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>t;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>вхвода;font-family:’Times New Roman'»>

;font-family:’Times New Roman'»>Температура воды на выходе ;font-family:’Times New Roman'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>t;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:sub»>выхвода;font-family:’Times New Roman'»>

;font-family:’Times New Roman'»>Ср(вода)=4178,24 Дж/(кг·К)

;font-family:’Times New Roman'»>Количество воды,необходимое для съёма тепла равно:

 ;font-family:’Cambria Math'» xml:lang=»en-US» lang=»en-US»>

;font-family:’Times New Roman'»>Определим поверхность теплообмена, обеспечивающую отвод тепла.

 125 120

 35 15

;font-family:’Times New Roman'»>Найдём среднюю разность температур:

;font-family:’Times New Roman'»>Отношение ;font-family:’Times New Roman'»> следовательно, можно принять среднюю арифметическую разность температур ;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>0;font-family:’Times New Roman'»>С

;font-family:’Times New Roman'»>Исходя из условий теплообмена примем ориентировочный коэффициент теплопередачи К=120 Вт/(м;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>2;font-family:’Times New Roman'»>·;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>0;font-family:’Times New Roman'»>С)

;font-family:’Times New Roman'»>Тогда поверхность теплообмена  равна:

«>(3600 число секунд в одном часу для перевода кДж в кВт).

;font-family:’Times New Roman'»>6. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОЛОННЫ

;font-family:’Times New Roman'»>6.1. Расчёт общей высоты колонны.

;font-family:’Times New Roman'»>Согласно заводским данным диаметр колонны равен 2,2 м.

;font-family:’Times New Roman'»>Определим общую высоту колонны по формуле [18]:

;font-family:’Times New Roman'»>Высоту от верхнего днища до первой ситчатой тарелки ;font-family:’Times New Roman'»>принимают конструктивно равной ½ диаметра, т.е. 1,10 м. Высоты определяютисходяизчислатарелок в этой части колонны и расстояния между ними. Согласно технологическому регламенту, расстояние между тарелками равно 0,5 м. Тогда:

;font-family:’Times New Roman'»>Высоту ;font-family:’Times New Roman'»> берём из расчёта расстояния между четырьмя тарелками, следовательно:

;font-family:’Times New Roman'»>Высоту ;font-family:’Times New Roman'»> принимаем равной 2 м. Высоту ;font-family:’Times New Roman'»> определяем исходя из запаса остатка на 10 минут. Объём реакционной массы внизу колонны:

;font-family:’Times New Roman'»>Площадь поперечного сечения колонны:

;font-family:’Times New Roman'»>Отсюда следует, что:

;font-family:’Times New Roman'»>Высоту опоры колонны ;font-family:’Times New Roman'»> принимаем исходя их практических данных равной 4 м.

;font-family:’Times New Roman'»>В результате общая высота колонны составляет:

;font-family:’Times New Roman'»>Согласно выполненным расчётам  принимаем к эксплуатации «>вертикальный цилиндрический аппарат. Количество ситчатых тарелок-4 шт, диаметр – 2200 мм,высота цилиндрической части – 14040 мм

;font-family:’Times New Roman'»>Опираясь на данные технологического регламента и спецификации на оборудование, можно однозначно сказать, что имеющегося на производстве оборудования хватит с запасом для обеспечения заданной производительности.

;font-family:’Times New Roman'»>6.2. Расчёт штуцеров колонны

;font-family:’Times New Roman'»>В общем виде формула для расчёта диаметра штуцерных соединений имеет следующий вид:

;font-family:’Times New Roman'»> – объёмный расход потока, м;font-family:’Times New Roman’;vertical-align:super»>3;font-family:’Times New Roman'»>/с; ;font-family:’Times New Roman'»> —  скорость потока, м/с.

;font-family:’Times New Roman'»>Для расчёта диаметра штуцеров необходимо задаться объёмными скоростями, которые принимают исходя из агрегатного состояния и давления потока в трубопроводах [14].

;font-family:’Times New Roman'»>Тогда диаметр штуцера для ввода шихты сырья составит:

;font-family:’Times New Roman'»>Принимаем по ГОСТ 12830-67  = 125 мм.

;font-family:’Times New Roman'»>Расчётная допустимая скорость потока сырья составит:

;font-family:’Times New Roman'»>Для воздуха:

;font-family:’Times New Roman'»>Принимаем по ГОСТ 12830-67  = 550 мм.

;font-family:’Times New Roman'»>Расчётная допустимая скорость потока воздуха составит:

;font-family:’Times New Roman'»>Для ввода охлаждающей воды:

;font-family:’Times New Roman'»>Принимаем по ГОСТ 12830-67  = 200 мм.

;font-family:’Times New Roman'»>Расчётная допустимая скорость потока воды составит:

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий