Получить изопропилбензол всеми способами

Поиск, обзор и навигация

Магазин работ

ПиАХТ

Чертежи

Изопропилбензол

Выбор и обоснования метода производства изопропилбензола

Расчеты по производству изопропилбензола от 1000р

Изопропилбензол можно получит несколькими способами, существует периодическое и непрерывное производство.

Периодический процесс проводят в реакторе с мешалкой и охлаждающей рубашкой , а иногда со змеевиком. В реактор загружают бензол и хлорид алюминия или каталитический комплекс, после чего при перемешивании добавляют жидкий олефин или хлоропроизводное, поддерживая заданную температуру.

Периодический процесс используется тогда, когда не высокая скорость реакции и малая производительность. Периодический процесс имеет ряд недостатков:

— потеря времени на загрузку и разгрузку;

— потеря на нагрев и охлаждение;

— автоматически более сложный, чем непрерывный процесс;

Переход к непрерывному процессу осуществляется двумя основными способами.

При первом из них используют трубчатый реактор, в нижней части которого имеется мощная мешалка, эмульсирующая реакционную массу. Исходные реагенты и отстоявшийся в сеператоре каталитический комплекс поступают в нижнюю часть реактора, а образующаяся эмульсия поднимается вверх по трубам и охлаждается водой, проходящей в межтрубном пространстве. В сепараторе углеводорыдный слой отделяют от каталитического комплекса и затем направляют на переработку. Время пребывания смеси в аппарате должно обеспечивать завершение реакции.

Другой способ непрерывного проведения процесса состоит в применении каскада из двух-четырёх реакторов с мешалкой. В первый аппарат подают исходные реагенты, а реакционная масса через боковой перелив перетекает в следующий реактор, проходя предварительно сепаратор, в нём каталитический комплекс отделяется и возвращается обратно в реактор.

Устройство каскада обусловлено тем, что в единичном реакторе смешения трудно избежать потерь алкилирующего агента с готовым продуктом. Время пребывания реакционной массы в каскаде при температуре реакции 40-60 ?С составляет около 50 минут, причём оно определяется условиями отвода тепла и желанием приблизиться к равновесию, благоприятному для получения моноалкилированных соединений.

Данный способ сложен в аппаратном оформлении, необходимо большое количество колонн.

Самым простым, удобным и технико-экономический выгодным способом производства ИПБ является алкилирование бензола пропиленом в барбатажной колонне – пустотелый аппарат, внутренняя поверхность которого защищена от коррозии кислостойкими плитами.

Достоинства данного способа:

— нет потери времени на загрузку, выгрузку, нагрев, охлаждение;

— не используется мешалка;

— оптимальные “мягкие” условия проведения реакции ( температура 130 ?С, давление 4 атм. );

— выход изопропилбензола составляет 97%.

Описание технологической схемы

1. Азеотропная осушка бензола

Азеотропная осушка бензола осуществляется в ректификационной колонне № 2, имеющей 25 тарелок с капсюльными колпачками.

Режим работы колонны:

Давление верха — атмосферное

Давление куба — не выше 0,5 кгс/см2

Температура верха — не ниже 70°С

Температура куба — не выше 100°С

На азеотропную осушку поступает бензольная шихта, состоящая из:

а) бензола сырого;

б) бензола, отогнанного с верха колонны № 2;

в) бензола, отогнанного из реакционной массы на колонне № 121,2;

г) полиалкилбензольной фракции после абсорберов № 95 и № 82;

д) бензола, отогнанного с верха колонны депропанизации № 76.

Бензольная шихта предварительно отделяется от воды путем расслаивания в отстойнике №17 цеха 0401, подогревается в теплообменнике № 8 за счет тепла осушенного бензола из куба колонны № 2 и поступает на питание колонны № 2 на верхнюю тарелку.

Обогрев куба колонны производится паром Р = 6 кгс/см2 через выносной кипятильник № 3.

Пары с верха колонны № 2 поступают в конденсатор № 4, охлаждаемый промышленной водой. Не сконденсировавшаяся в аппарате № 4 часть паров поступает в конденсатор № 5, также охлаждаемый промышленной водой.

Конденсат из конденсатора № 4 охлаждается промышленной водой в холодильнике №10 и совместно с конденсатом из аппарата № 5 поступает в отстойник № 17 цеха 0401.

Несконденсировавшиеся отдувки поступают в в конденсатор № 154.

Осушенный бензол с куба колонны № 2 охлаждается в теплообменнике № 8 бензольной шихтой, поступающей на питание колонны, и насосом № 9 откачивается непосредственно в отделение алкилирования.

Примечание: 1. Предусмотрена возможность циркуляции кубовой жидкости на питание колонны № 2 до получения осушенного бензола.

2. Предусмотрена возможность подачи возвратного бензола на питание колонны № 2 непосредственно с колонн № 121,2. * Изм. № 1.

Узел азеотропной осушки бензола оснащен предупредительно-аварийной сигнализацией, срабатывающей при снижении расхода питания на колонну ниже 6,2 т/час и снижении температуры верха колонны ниже 70°С. Регулируется с помощью регулирующих клапанов расход питания и подача пара на колонну. Допускается ручное регулирование процессом.

2. Алкилирование бензола олефинами

Алкилирование бензола пропиленом осуществляется в алкилаторе № 7 (полый цилиндрический аппарат колонного типа) при температуре до 130°С и давлении до 4 кгс/см2.

В гребёнку алкилатора, расположенную в нижней части алкилатора, подаются:

а) осушенный бензол с куба колонны № 2;

б) свежий катализаторный комплекс;

в) возвратный катализаторный комплекс с отстойника № 17;

г) фракция полиалкилбензолов, насыщенных бензолом, из сборника №36.

Пропан-пропиленовая фракция из цеха № 109?110, с концентрацией пропилена не менее 90 % поступает в цех под давлением до 14 кгс/см2. Проходя через испарители № 11,2, пропан-пропиленовая фракция испаряется и при температуре до 100°С и давлении до 6 кгс/см2 поступает в буфер № 2, а затем в алкилатор – в нижнюю часть. Подогрев и испарение пропан-пропиленовой фракции в испарителях № 11,2 происходит за счет тепла:

— в № 11– осушенного бензола подаваемого на алкилирование из куба колонны №2 корпуса 0409;

— в № 12 – пара Р = 6 кгс/см2.

Реакция алкилирования экзотермична – выделяющееся тепло снимается испаряющимся бензолом, который в смеси с пропаном из верхней части алкилатора направляется в конденсатор, охлаждаемый захоложенными полиалкилбензолами и за счёт тепла возвратного катализаторного комплекса подаваемого в алкилатор из отстойника №17.

Примечание: Циркуляция захоложенных полиалкилбензолов осуществляется следующим образом: после конденсатора № 8 полиалкилбензолы проходят холодильник № 10б, где охлаждаются промышленной водой или антифризом, после чего поступают в емкость № 29, откуда насосом № 30 подаются на охлаждение аппарата № 8.

Первоначальное заполнение емкости №29 осуществляется полиалкилбензолами из емкости 36 корпуса № 0409.

Из конденсатора № 8 бензол сливается в большой отсек отстойника №17.

Пропановая фракция после конденсатора № 8, содержащая некоторое количество паров бензола, направляется на абсорбцию в аппараты № 35 или № 52.

При алкилировании бензола пропиленом в присутствии треххлористого алюминия в алкилаторе № 7 образуется реакционная масса, состоящая из бензола, изопропилбензола, этилбензола, бутилбензола, полиалкилбензолов и смолы ПАБ.

Реакционная масса, содержащая не менее 22 % изопропилбензола, непрерывно отбирается из верхней части алкилатора и направляется в холодильник №16, где охлаждается промышленной водой и поступает в промежуточный сборник № 14.

После сборника № 14 давление реакционной массы дросселируется до до 0,2 кгс/см2 клапаном, установленным на линии реакционной массы, в холодильник № 16а, с поправкой по уровню в сборнике № 14.

Выделенный при дросселировании пропан с парами бензола из аппаратов № 171,2 поступает на абсорбцию в аппараты № 35 или № 52. Из холодильника № 16а, охлаждаемого промышленной водой, реакционная масса поступает в отстойник №17 для отстоя от унесенного катализаторного комплекса.

Отстоявшийся катализаторный комплекс из отстойников № 17 насосами №18 возвращается в алкилатор, а реакционная масса насосами № 19 подается на узел разложения катализаторного комплекса.

Расход осушенной бензольной шихты и пропан-пропиленовой фракции в алкилатор поддерживается и регулируется автоматически.

Примечание: 1. Для улавливания капельной жидкости в случае выброса с ППК систем алкилирования установлен сепаратор № 7а, где происходит разделение газа от жидкости. Газ выходит через воздушку сепаратора № 7а на факел, а жидкость по мере накопления сливается в колодец К-2, откуда насосом № 62 откачивается на узел разложения. Уровень жидкости контролируется по мерному стеклу. * Изм. № 1

2. Имеется возможность работы узла алкилирования без теплообменника № 16а.

Катализатор процесса — треххлористый алюминий – подается в алкилатор в виде растворенного в бензоле и полиалкилбензолах комплекса.

Для освобождения аппарата № 7 предназначена аварийная емкость № 11. Реакционная масса из емкости № 11 насосами № 6 возвращается в алкилатор № 7.

Приготовление катализаторного комплекса проводится периодически в аппаратах номер №3. В работе постоянно находится два аппарата №3: в одном производится приготовление катализаторного комплекса, из другого готовый комплекс подается в алкилаторы. Третий аппарат находится в резерве.

В аппарат № 3 для приготовления катализаторного комплекса подается до 0,7 м3 полиалкилбензолов и 3,5 м3 бензола в отношении 1: 5. Затем включается перемешивающее устройство, заливается 50?70 л хлористого этила, и через бункер в приготовленную смесь при работающей мешалке загружается хлористый алюминий в количестве 150?350 кг. Подъем и перемещение барабанов с хлористым алюминием производится электрическим тельфером.

После загрузки хлористого алюминия производится перемешивание в течение не менее 2-х часов.

Готовый к употреблению комплекс не должен содержать нерастворенных частиц хлористого алюминия.

Примечание: допускается использование воды для получения хлористого водорода – инициатора процесса алкилирования – в количестве 2 % от веса загружаемого в аппарат № 3 хлористого алюминия. Залив воды производится в два приема, до и после загрузки в равных объемах.

По окончании процесса растворения катализаторный комплекс из аппарата № 3 насосами № 6 подается в алкилаторы № 7. Контроль за дозировкой комплекса в алкилаторы осуществляется по мерному стеклу на аппарате № 3.

Барабаны с хлористым алюминием подаются в бункерное отделение из цехового склада с помощью электрического тельфера.

Выделяющийся через неплотности люков из бункеров мешалок хлористый водород забирается вытяжной вентсистемой № 24 и направляется на скруббер № 50, на нейтрализацию слабощелочной водой, которая циркулируется насосом № 12 через сборник № 51. Нейтрализованные отдувки выбрасываются в атмосферу.

Узел алкилирования бензола пропиленом оснащен предупредительно-аварийной, световой и звуковой сигнализацией, срабатывающей:

1. При повышении уровня в аппаратах № 14 и № 17 выше 80 %.

2. При снижении подачи сырья в алкилатор ниже заданного значения.

3. При завышении давления в аппаратах № 2 и № 7.

4. При завышении температуры верха алкилатора № 7.

Система алкилирования снабжена блокировкой по температуре верха. При завышении температуры верха алкилатора более 130°С:

1. Срабатывает блокировка и закрывается регулирующий клапан поз. 830а на линии пропилена в аппарат № 2.

2. Через 3 минуты закрывается клапан поз. 801а на расходе пропилена в аппарат № 7.

На узле алкилирования регулируется с помощью регулирующих клапанов:

1. Подача бензола и пропилена в алкилатор;

2. Давление в буфере № 2 и конденсаторе № 8;

3. Уровень в сборнике № 14 и отстойнике № 17. *Изм № 1.

Источник

Процессы получения изопропилбензола

Краткий исторический очерк производства изопропилбензола и его применение. Методы получения и выбор рационального способа производства. Физико-химические свойства и принципы алкилирования бензола в химической технологии. Химическая схема производства.

Рубрика	Химия
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	28.12.2014
Размер файла	259,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Литературный обзор

1.1 Краткий исторический очерк производства изопропилбензола и его применение

1.2 Методы получения изопропилбензола, выбор рационального способа производства

2. Основная часть

2.1 Физико-химические свойства изопропилбензола

2.2 Принципы алкилирования бензола в химической технологии

2.3 Химическая схема производства изопропилбензола

Список использованных источников

Промышленность основного органического синтеза занимается производством важнейших органических веществ, которые являются исходными материалами (промежуточными продуктами) для получения более сложных органических соединений или находят самостоятельное применение в народном хозяйстве.

Продуктами основного органического синтеза являются относительно простые по строению органические вещества: углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные и др.

В начальный период развития промышленности органического синтеза для получения органических соединений применяли главным образом растительное и животное сырье (древесину, сахаристые вещества и т.д.), а также продукты переработки каменноугольной смолы (бензол, толуол и др.).

В настоящее время многочисленные продукты органического синтеза производят из углеводородных газов. Важнейшим сырьем в современной промышленности основного органического синтеза являются углеводороды, олефины, диолефины, ацетиленовые углеводороды, ароматические соединения и т.д. изопропилбензол химический алкилирование

Актуальность. 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 б-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.

Цель курсовой работы: рассмотреть процессы получения изопропилбензола и выбрать наиболее эффективный и рациональный метод.

1. Литературный обзор

1.1 Краткий исторический очерк производства изопропилбензола и его применение

Кумол впервые был найден в каменноугольной смоле в 1834 году Ф. Рунге, а затем обнаружен в конденсате светильного газа. Элементный состав кумола был установлен в 1842 году О. Лораном.

Первым промышленным методом получения кумола явилось выделение его из каменноугольной смолы. Однако вследствие низкого выхода продукта (0,05 кг на 1 тонну угля), он скоро потерял значение и на смену ему пришли синтетические методы производства.

В нашей стране синтетический кумол до 40-х годов производился исключительно из бензола щелочным плавлением бензолсульфокислоты, сначала в котлах периодического действия. В 1928-1941 годах осваивается и внедряется в производство непрерывный сульфонатный процесс на Рубежанском, Бобриковском, Дорогомиловском и Березняковском химических заводах, а в 1938-1942 годах на Сталиногорском заводе организуется производство кумола из бензола через хлорбензол [7].

Решающее значение для развития производства имело открытие кумольного метода совместного производства фенола и ацетона через гидропериксид изопропилбензола (кумола), теоретические основы и технология которого были разработаны в нашей стране в 1942-1949 годах П.Г. Сергеевым, Б.Д. Кружаловым, Р.Ю. Удрисом и М.С. Немцовым. В 1949 году по этому методу впервые в мире начинается промышленное производство фенола в городе Дзержинске, а в 1978 году вводится в строй завод в Уфе. Аналогичное производство было внедрено в Канаде и Франции в 1953 году, в США и ФРГ в 1954 году [1].

Изопропилбензол относится к числу многотоннажных продуктов основного органического синтеза. Около половины производимого изопропилбензола используется для получения фенолформальдегидных полимеров. Далее в убывающем порядке, изопропилбензол потребляется в производствах дифенилопропана, капролактама, алкилфенолов, адипиновой кислоты и различных пластификаторов. Изопропилбензол используется также для получения хлор- и нитрозамещенных фенолов и салициловой кислоты. На основе этих полупродуктов производятся разнообразные красители, пестициды, фармацевтические препараты (салол, аспирин и др.), присадки к моторным топливам, маслам и пластмассам (алкилфенолы), поверхностноактивные вещества. В водных растворах изопропилбензол используется в качестве антисептического средства [4].

1.2 Методы получения изопропилбензола, выбор рационального способа производства

Известны три основных способа получения изопропилбензола, имеющие промышленное значение:

1. Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия (алкилирование по Фриделю — Крафтсу).

2. Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора.

3.Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах.

Алкилирование бензола пропиленом в присутствия безводного хлористого алюминия. Технология характеризуется одностадийностью и непрерывностью. Бензол и олефины или олефин — парафиновая фракция являются дешевым и доступным сырьем. Технология обладает высокой эффективностью и при конверсии олефина до 99% дифференциальная селективность по моноалкилбензолу достигает 91%. Конверсия бензола за один проход — 30-40%. Образующиеся в ходе процесса побочные продукты диалкилбензолы используются для получения целевого продукта за счет совмещения реакции алкилирования 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 моноалкилбензола (принцип полноты использования отходов) — рецикл по диалкилбензолу, на повышение эффективности процесса — рецикл по бензолу, ди- и полиалкилбензолам, обеспечивающий оптимальную структуру каталитического комплекса. Организация этих рециркуляционных потоков становится возможной за счет реализации принципа полноты выделения всех продуктов из реакционной смеси [11].

Технология обладает невысоким энергопотреблением за счет использования тепла реакции, хотя необходимо отметить, что эта энергия используется недостаточно из-за низкого ее потенциала. Существенным недостатком технологии жидкофазного алкилирования на катализаторах на основе хлорида алюминия является большое потребление воды, которая идет для приготовления щелочных растворов и промывки в скрубберах и превращается в кислотные, щелочные или солевые стоки В данной технологии необходима предварительная очистка сырья от примесей и его гетероазеотропная осушка до содержания воды 0,002-0,005 %. Наличие такого количества остаточной влаги в сырье позволяет протекать частичному гидролизу хлорида алюминия с целью образования небольшого количества хлористого водорода, необходимого для достижения требуемой активности катализатора и образования активированного комплекса. Этот процесс является жидкофазным и протекает с выделением значительного количества энергии.

С целью улучшения экологической чистоты рассматриваемого производства целесообразно организовать взаимную нейтрализацию кислых и щелочных вод. Для этого необходимо создать такие условия, чтобы соблюдалось определенное соотношение кислоты и щелочи. В этом случае рассмотренная технология будет более приемлемой. Следует отметить, что раствор хлорида алюминия (отработанный катализатор) может быть использован как коагулянт для очистки сточных вод в нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Смола, получаемая в процессе, в настоящее время используется как топливо. Однако это не лучший способ ее применения, она может быть использована более эффективно в строительстве. Основным недостатком этой технологии является отсутствие регенерации теплоты реакции, которая отводится водой в конденсаторе.

Технология жидкофазного алкилирования, разработанная фирмой «Monsanto» (США), позволяет ликвидировать недостатки рассмотренного выше процесса. Предложено использовать небольшое количество АlСlз (около 2 г на 1 кг алкилата) без его регенерации. Давление при жидкофазном алкилировании зависит от температуры процесса, так как реакционная смесь должна находиться в жидком состоянии. Несмотря на повышенные температуры (160-200єС при соответствующем давлении), вследствие небольшого количества катализатора степень смолообразования низкая, что очень важно для создания малоотходных производств. Однако в этом случае при условиях процесса алкилирования не протекает переалкилирование полиалкилбензолов, поэтому в технологии предусмотрен дополнительный реактор. Если полиалкилбензолы используются как целевые продукты, то необходимость в этой стадии отпадает.

Необходимо отметить, что технология алкилирования бензола пропиленом в присутствии хлорида алюминия аналогична технологии получения этилбензола. В качестве алкилирующего агента, кроме пропилена, может использоваться пропан-пропиленовая фракция, которая предварительно тщательно очищается от влаги, диоксида углерода и других примесей.

Алкилирование бензола пропиленом в паровой фазе с применением фосфорнокислого катализатора. В настоящее время известны следующие гетерогенные катализаторы алкилирования бензола пропиленом: фосфорнокислотный, катализаторы на основе оксидов и солей металлов, оксиды, модифицированные BP3, аморфные алюмосиликаты, цеолиты и катиониты. Применение твердых катализаторов намного упрощает технологическую схему, позволяет автоматизировать процесс, исключает проблему коррозии аппаратуры, облегчает отделение продуктов реакции, не требующих дополнительной очистки, которая в гомогенном катализе приводит к образованию стойких эмульсий и больших объемов сточных вод. Эти катализаторы можно регенерировать и использовать многократно [11].

Ионообменники в качестве катализаторов алкилирования в промышленности пока не используются. Однако этот вариант может быть как экономически, так и экологически наиболее выгодным, поскольку он может быть реализован как совмещенный реакционно-ректификационный процесс, повышающий селективность и снижающий затраты на разделение, так как в реакторе может быть достигнута конверсия бензола до 100 %.

Алкилирование бензола пропиленом на цеолитных катализаторах. В последние годы за рубежом получил распространение процесс фирмы «Моbil — Вadgеr» (США), в котором используется катализатор на основе цеолитов. Эта технология применена на нескольких действующих крупных установках получения этилбензола с единичной мощностью 335-465 тыс. т этилбензола в год. Процесс производится при температуре 370-5000С и давлении 1,4-2,8 МПа. По этой технологии образующиеся в процессе полиалкилбензолы возвращаются в узел алкилирования. Конверсия этилена составляет 100%, а выход этилбензола в расчете на этилен достигает ? 98 % [11].

Технология алкилирования бензола на цеолитном катализаторе имеет ряд преимуществ в сравнении с известной схемой с использованием AlCl₃. Главное достоинство касается экологических аспектов. Отсутствие в схеме кислотного фактора резко снижает образование кислых сточных вод. Другие достоинства — это меньшие расход катализатора (на два порядка), металлоемкость, площадь установки, количество персонала [8].

2.1 Физико-химические свойства изопропилбензола

Кумол (изопропилбензол), С₆Н₅СН(СН₃)₂, бесцветная жидкость, tкип=152,4 °С. Получают алкилированием бензола пропиленом. Применяется для синтеза фенола и ацетона, а также как высокооктановая добавка к авиационным бензинам и как растворитель [13].

Некоторые физико-химические свойства кумола приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Физико-химические свойства кумола [3]

Источник