I Х. Технологическая схема синтеза и ее описание

 

 

 

Рис. 9. Схема производства циклогексанона:

1 – насос; 2 – циркуляционная газодувка; 3 – фильтр; 4, 5 – подогреватели; 6 – испаритель; 7 – перегреватель паров; 8 – контактный аппарат; 9 – топка; 10 – конденсатор; 11 – гидравлический затвор; 12 – сепаратор; 13 – воздуходувка; Д.В. – дроссельный вентиль.

Контактный аппарат для производства циклогексанона:

1 – контактные трубки; 2 – корпус; 3 – футеровка; 4 – экранирующие перегородки; 5 – сальник; 6 – термопара.

Циклогексанол-ректификат (99,9%-ный) под обычным давлением азота 0,1-0,15 ат. нагревается через фильтр 3 в подогреватель 4 типа «труба в трубе», где нагревается до 100-110⁰ С. Далее в испарительно-перегревательной системе, состоящей из трубчатых аппаратов 5, 6, 7, происходит испарение циклогексанола и перегрев его паров до 430-450⁰ С. Перегретые пары циклогексанола поступают в трубы контактного аппарата 8, заполненные катализатором (Z-образные пластинки толщиной 0,2-0,4 мм). По выходе из контактного аппарата продукты реакции поступают в конденсатор 10 и далее – в сепаратор 12, где конденсат (циклогексанон-сырец) отделяется от водорода.

Циклогексанон-сырец имеет примерно следующий состав (в %):

Циклогексанон 80-81 Продукты уплотнения 1-1,1

Циклогексанол 17-18 Вода 0,2-0,3

Циклогексен 0,5-0,6

Циклогексанон-сырец подвергают ректификации, а водород очищают в угольном адсорбере (на схеме не показан) от паров органических веществ и используют для гидрирования фенола в циклогексанол.

Для обогрева контактной системы в нижней части топки 9 сжигают газ (метан), при горении которого развивается высокая температура.

Практически температура в топке не превышает 1000-1100⁰ С. Однако при такой температуре возможен перегрев катализатора и разложение продуктов реакции. Поэтому в верхней части топки топочные газы смешивают с газами, возвращаемыми из борова печи, с таким расчетом, чтобы температура газа была выше 500-550⁰ С. Газ, имеющий такую температуру, проходит в межтрубном пространстве контактного аппарата прямотоком к парам циклогексанола, движущимся по трубкам с катализатором. Противоток в данном случае недопустим, так как при этом наиболее горячие топочные газы соприкасались бы с парами образовавшегося циклогексанона, вызывая его разложение. Особенностью конструкции контактного аппарата (рис. 10) является наличие в его межтрубном пространстве трех концентрических экранных перегородок, благодаря которым достигается равномерный обогрев контактных трубок. Трубки привариваются к трубным решеткам; благодаря установке в нижней части аппарата специального сальникового устройства трубки при разогревании могут свободно удлиняться. Чтобы предотвратить каталитическое действие железа, которое может вызывать расщепление циклогексанола и усиленное сажеобразование, крышки и контактные трубки изнутри покрывают медью.

Топочные газы, выходящие из контактного аппарата при 430-480⁰ С, используются для обогрева испарительно-перегревательной системы (аппараты 5, 6 и 7 рис. 9). Далее часть топочных газов, имеющих температуру 340-360⁰ С, выпускают в атмосферу, а остальной газ ротационной газодувкой 2 подают на смешение с продуктами сгорания топливного газа в верхнюю часть топки 9.

При рассмотренном способе обогрева контактной системы достигается повышенный тепловой коэффициент полезного действия установки.

 

Выводы

 

1. Циклогексанон – бесцветная жидкость. Является циклическим кетоном для которого характерны реакции присоединения. Получают циклогексанон окислением циклогексана, дегидрировании циклогексанола, из анилина через циклогексиламин. Но ввиду меньшего числа стадий и потребности в дополнительных реагентах заслуживает предпочтение метод получения циклогексанона окислением циклогексана.

2. Для получения 1 т циклогексанона необходимо взять 857,14 кг циклогексана и 326,53 кг кислорода.

3. Данные материального баланса (полученные в третьем пункте)

 

Таблица 2. Теоретический материальный баланс

Приход					Расход
вещество		% мольн.		% масс.	вещество		% мольн.		% масс.
С6Н12	10,20	50	856,8	72,4	С6Н10О	10,20	50	999,6	84,5
О2	10,20	50	326,4	27,6	Н2О	10,20	50	183,6	15,5
Итого:	20,40	100	1183,2	100	Итого:	20,40	100	1183,2	100

 

Таблица 3. Практический материальный баланс

Приход					Расход
Вещество		% мольн		% массов.	Вещество		% мольн		% массов.
С6Н12	0,26	8,54	21,84	21,15	С6Н10О	0,216	7,10	21,17	20,50
О2	0,52	17,08	16,64	16,11	Н2О	0,216	7,10	3,89	3,77
С6Н6	0,028	0,92	2,184	2,12	С6Н12О	0,004	0,13	0,4	0,39
N2	2,236	73,46	62,60	60,62	С6Н12 непр.	0,04	1,31	3,36	3,25
					О2 непр.	0,302	9,93	9,66	9,355
					С6Н6	0,028	0,92	2,184	2,115
					N2	2,24	73,51	62,60	60,62
Итого:	3,044	100	103,264	100	Итого:	3,042	100	103,264	100

 

Эти данные мы использовали при составлении энергетического (теплового) баланса, при термодинамических и кинетических расчетах, расчетах реакторов.

4. В ходе расчета теплового баланса мы установили что реакция является экзотермическая (т.к. >0) идет с выделением тепла. Для поддержания заданной температуры тепло необходимо подводить.

 

Таблица 6. Тепловой баланс

Приход			Расход
Тепловой поток		%	Тепловой поток		%
	70089,98	39,40		133202,082	74,88
	68567,33	22,05		32208,3592	18,10
	39232,2891	38,55		12479,1579	7,02
Итого:	177889,5991	100	Итого:	177889,5991	100

 

5. При термодинамическом анализе мы выбрали условия проведения процесса, т.е. На всем температурном интервале реакция является экзотермической (идет с выделение тепла). Реакция необратимая и идет самопроизвольно.

6. В ходе расчета константы равновесия и равновесного состава реагирующих веществ мы установили, что вещества практически полностью израсходованы в процессе данной реакции.

7. В ходе расчет теплот сгорания и образования мы установили, что вещества участвующие и образующиеся в ходе данной реакции находятся в газообразном состоянии.

8. В ходе кинетических расчетов мы установили, что реакция получения циклогексанона является первого порядка и совпадает с молекулярностью. Кинетическая модель имеет вид:

 

 

9. В ходе расчетов основного аппарата мы выбрали каскад реакторов идеального смешения непрерывного действия, состоящий из трех реакторов, с объемом равным 0,354 литров и интенсивностью 0,0548 сек^-1.

10.В ходе данной работы была рассмотрена технологическая схема получения циклогексанона из циклогексанола окислением. Выход при этом циклогексанона составляет 80-81 %.

 

Список литературы

 

1. Бутов Г.М., Красильников К.Ф., Корчагина Т.К., Попов Ю.В., Саад К.Р. Сборник задач к практическим занятиям по курсу «Основы инженерной химии». Учебное пособие. – Волгоград.: 2000. – 94 с.

2. Жиряков В.Г. Органическая химия. 6-е изд., стереотипное. М.: Химия, 1977. – 408 с.

3. Лебедев Н.Н., Монаков М.Н., Швец В.Ф. Теория химических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1984. – 372 с.

4. Лекции и практикум по «Общей химической технологии», 2006 г.

5. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия: Учебник для техникумов. – 3-е изд., перераб. – М.: Химия, 1980. – 464 с.