Дипломная работа: Разработка процесса производства изопропилбензола на ОАО "Омский каучук"

Дипломная работа: Разработка процесса производства изопропилбензола на ОАО "Омский каучук"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Омский государственный технический университет

НЕФТЕХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ»

Допускается к защите Зав. кафедрой ________________Корнеев С.В. «____»________________2009 г.

ВЫПУСКНАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

Разработка процесса производства изопропилбензола на ОАО "Омский каучук"

Шифр проекта: БР-2068998-49-19

Направление: 240100.62 «Химическая технология и биотехнология»

Руководитель проекта:

Ломова О.С.

 (подпись, дата)

Разработал студент:

 (подпись, дата)

Омск 2009 г.

Омский государственный технический университет

НХИ

Кафедра: Химическая технология органических веществ

Утверждаю

Зав. кафедрой

_______Корнеев С.В.

 «___»  июня 2009 г.

Задание

на бакалаврскую работу

Студент:

Тема проекта: Разработка процесса производства изопропилбензола на ОАО «Омский каучук». Алкилирование

Исходные данные к проекту:

Годовая производительность по ИПБ, тонн:124000

Время непрерывной работы в году, час: 8520

Содержание расчётно-пояснительной записки:

В соответствии с учебным пособием «Дипломное проектирование»

Перечень графического материала:

3.1. Предлагаемая технологическая схема производства;

3.2. Чертёж общего вида алкилатора.

Дата выдачи задания: __________________10 марта 2009г.

Срок сдачи законченного проекта на утверждение:

Руководитель __________________     

(подпись)                                                              (дата)

Задание принял к исполнению

Студент ____________________

(подпись)                                                              (дата)

Техническое задание

1. Годовая производительность по товарному продукту, тонн 124000;

2. Число часов непрерывной работы в году 8520;

3. Состав реакционной массы алкилирования на выходе из реактора

Таблица 1.

4. Удельный расход сырья и материалов на технологию: бензол – 780 кг/т ИПБ; пропилен – 234 кг/т ИПБ.

5. Исходные данные к материальному балансу.

Согласно данным действующих заводов принято:

1. Расход бензола на 1 т товарного ИПБ 0,78 т.

2. Молярное соотношение поступающего на алкилирование пропилена к бензолу 0,3:1.

3. Конверсия бензола за один проход 29,5 % массовых.

4. Расход пропилена:

5. Потери ИПБ = 3% массовых от ИПБ, полученного при алкилирование.

6. Этилен и бутилены, содержащиеся в исходном газе, переходят соответственно в этилбензолы и бутилбензолы полностью.

7. Расход катализатора (AlCl3) – 6,5 кг на 1 т товарного ИПБ.

8. Расход 10 % раствора щелочи – 5 кг на 1 т ИПБ.

РЕФЕРАТ

Выпускная работа бакалавра содержит: 43 с. пояснительной записки, 6 таблиц, библиографии 11 наименований, 2 приложения, 2 рисунка, 2 листа чертежей формата А1.

Ключевые слова: ИЗОПРОПИЛБЕНЗОЛ (КУМОЛ), БЕНЗОЛ, ПРОПИЛЕН, ХЛОРИД АЛЮМИНИЯ, РЕАКЦИОННАЯ МАССА АЛКИЛИРОВАНИЯ, ПОЛИАЛКИЛБЕНЗОЛЫ, АЛКИЛИРОВАНИЕ.

В бакалаврской работе исследовано производство изопропилбензола алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлористого алюминия на ОАО «Омский каучук». Выявлены особенности данного производства.

Особенности производства заключаются в том, что технология обладает высокой эффективностью и при конверсии олефина до 99% дифференциальная селективность по моноалкилбензолу достигает 91%. Конверсия бензола за один проход составляет – 30-40 %. Образующиеся в ходе процесса побочные продукты диалкилбензолы используются для получения целевого продукта за счет совмещения реакции алкuлирования с реакцией переалкилирования. Для обеспечения полного использования бензола используется принцип рециркуляции. Характерной особенностью данной технологии является наличие нескольких рециркуляционных циклов, охватывающих реакторную и разделительные подсистемы. В данном случае они направлены на полное использование исходного сырья - рецикл по бензолу, на использование побочных продуктов для получения целевого изопропилбензола. Технология обладает невысоким энергопотреблением за счет использования тепла реакции. Существенным недостатком технологии является большое потребление воды, которая идет для приготовления щелочных растворов и промывки в скрубберах и превращается в кислотные, щелочные или солевые стоки.

Полученные результаты могут быть использованы как рекомендации предприятиям по производству изопропилбензола.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Теоретические основы процесса алкилирования

1.2.Характеристика промышленных способов алкилирования бензола пропиленом

1.3. Принципы алкилирования бензола олефинами в химической технологии

1.4. Проблемы проектирования технологических установок алкилирования бензола

2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Описание технологии процесса алкилирования бензола

2.2. Разработка структурной схемы процесса производства ИПБ

2.3. Технологическая схема производства алкилирования бензола пропиленом

2.4. Расчёт материального баланса процесса алкилирования бензола

2.5. Технологический расчёт узла алкилирования

3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОИЗВОДСТВА АЛКИЛИРОВАНИЯ

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ:

1. Принципиальная технологическая схема

2. Чертёж реактора

ВВЕДЕНИЕ

Проблема эффективной химической переработки невозобновляемого природного сырья (нефть, уголь, сланцы, торф, углеводородные газы и другие) и возобновляемого сырья растительного и животного происхождения имеет первостепенное значение в химической технологии нашего времени. При этом химический процесс является важнейшим этапом переработки сырья в целевые продукты.

К настоящему времени в мире синтезировано огромное количество органических соединений, отнесенных к продуктам основного органического и нефтехимического синтеза и обладающих ценными химическими и физико-химическими свойствами. Многие из них являются целевыми продуктами, а других полупродуктами при производстве полимеров, лекарственных и других веществ. Потребность в каждом из них, как и в мире, так и в России исчисляется десятками и сотнями тысяч тонн в год.

Главная цель отрасли основного органического и нефтехимического синтеза заключается в получении большого ассортимента мономеров, растворителей, исходных продуктов для синтеза лекарственных препаратов, средств защиты растений и других продуктов наиболее простыми, дешевыми способами их доступного сырья. Кром того, в связи с многотоннажностью производств технологии должны быть экологически безопасными.

Таким образом, отрасль основного органического и нефтехимического синтеза является ведущей и определяет прогресс химической промышленности.

Алкилароматические соединения широко используются в химии и химической технологии для получения полимерных материалов, поверхностно-активных веществ, высокооктановых добавок к топливу и в качестве полупродуктов. Наибольшее значение имеют этилбензол и изопропилбензол как исходные вещества при получении таких мономеров, как стирол и α-метилстирол. Изопропилбензол также является полупродуктом при производстве фенола и ацетона «кумольным» методом. Этим методом получают более 95% всего производимого в мире фенола.

Во время Великой Отечественной войны изопропилбензол широко применялся в качестве высокооктановой добавки к топливу. И в настоящее время он является одним из важных продуктов органического синтеза.

В России изопропилбензол получают алкилированием бензола пропиленом в присутствии хлористого алюминия. За рубежом основное количество изопропилбензола производят этим же способом на гетерогенном фосфорнокислом катализаторе. В настоящее время только для получения фенола и ацетона производится свыше 7 млн. тонн в год изопропилбензола.

Задачей выпускной работы является разработка и изучение процесса производства изопропилбензола на ОАО «Омский каучук».

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1.  Теоретические основы процесса алкилирования

Алкилирование – это широкий класс реакций, в результате которых в молекулу М вводят группу атомов R при условии, что при этом образуется связь какого-либо из атомов М с атомом С группы R. Эти реакции подразделяются на многие частные случаи: метилирование, этилирование, арилирование, бензилирование, хлорметилирование, винилирование и др.

Алкилирующими агентами могут выступать органические соединения различных классов: углеводороды (алкены, алкадиены и алкины), галоген-замещенные углеводороды, спирты, эфиры и т. д.

Среди многообразия реакций алкилирования наибольшие промышленные масштабы принадлежат процессам алкилирования изобутана алкенами в производстве моторных топлив и алкилирования бензола низшими алкенами.

Алкилароматические углеводороды широко используются в химии и химической технологии для получения полимеров, поверхностно-активных веществ, высокооктановых добавок к моторным топливам и в качестве полупродуктов в органическом синтезе.

Наибольшее значение имеют этилбензол и изопропилбензол (кумол) как исходные вещества для получения стирола и -метилстирола – мономеров в производстве каучуков. Изопропилбензол является также исходным сырьем в совместном производстве фенола и ацетона «кумольным» методом.

Непрерывный рост производства алкилароматических соединений обусловлен высокой потребностью в продуктах, получаемых на их основе. В качестве алкилирующих агентов могут применяться непредельные углеводороды, а также спирты и алкилгалогениды. Ведущее место среди подобных процессов занимает каталитическое алкилирование бензола олефинами. Около 80 % всего производимого в мире бензола потребляется для получения алкилбензолов. В промышленно развитых странах примерно 50 % бензола идет в производство этилбензола и 20 % – в производство изопропилбензола. 

Алкилирование ароматических углеводородов представляет собой сложный многостадийный процесс, включающий взаимосвязанные реакции алкилирования, изомеризации, диспропорционирования, переалкилирования, полимеризации, деалкилирования и др.

Катализаторами в технологии алкилирования могут быть протонные и апротонные кислоты. При алкилировании бензола олефинами и спиртами используют протонные кислоты, причем их активность падает в ряду HF > H2SO4 > H3PO4. Кислоты Льюиса как катализаторы по своей активности располагаются в следующем порядке:

AlBr3 > AlCl3 > FeCl3 > ZrCl4 > TaCl5 > BF3 > UСl4 > TiCl3 > WCl6 > CdCl5 > ZnCl2 > SnCl4 > TiCl4 > BeCl2 > SbCl5 > HgCl2 > BiCl5 > AsF3.

При этом активность, селективность и стабильность катализаторов зависят от температуры, давления, химической природы алкилирующего агента.

Катализаторы алкилирования могут применяться в твердом и жидком состоянии. Использование твердых гетерогенных катализаторов предпочтительнее, т. к. в этом случае является более легким разделение продуктов реакции и каталитической композиции. Это позволяет существенно сократить затраты на очистку реакционной массы от катализатора, очистку и нейтрализацию сточных вод. Следует также обратить внимание на снижение коррозии оборудования при применении твердых катализаторов.

Особенно преимущество твердых катализаторов наблюдается при проведении технологического процесса в паровой фазе. Для этого случая пригодны катализаторы, обладающие не только высокой активностью и селективностью, но и способностью осуществлять реакции переалкилирования полиалкилбензолов в моноалкилбензолы.

В этом плане наиболее перспективными катализаторами алкилирования бензола олефинами и спиртами следует считать синтетические цеолиты. Известны также исследования по применению для этой цели катионнобменных смол, представляющих собой гетерополикислоты, состоящие из высокомолекулярной матрицы и катионогенных групп. Из них наиболее перспективны SO3H+, COOH+, PO3H2+, AsO3H2+. Могут также применяться металлооганические катализаторы, которые обычно используют в комплексе с солями тяжелых металлов, например, TiCl3  или TiCl4. Очень активным является Al(C2H5)3, но его активность под действием воды или воздуха стремительно падает.

В промышленности в качестве алкилирующих агентов наиболее распространены чистые олефины или их фракции, например этан-этиленовая и пропан-пропиленовая. Если используют чистые олефины, то катализаторами являются протонные кислоты и кислоты Льюиса.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9