Производство изопропилбензола

Содержание                                                    

Реферат ……………………………………………………………………………………………4

Перечень сокращений и условных обозначений ………………………………………………5

Введение…………………………………………………………………………………………..6

1 Аналитическая часть

1.1 Историческая справка о методах получения и использования продукта…………………8

1.2 Выбор и обоснование метода  производства. Химизм процесса………………………….10

2. Расчётно-технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы  узла алкилирования бензола пропиленом

в присутствии катализатора трёххлористого алюминия………………………………………13

2.2 Техническая характеристика сырья, полуфабрикатов и продуктов………………………15

2.3 Материальный баланс производства………………………………………………………..19

2.4 Выбор и технологический расчёт основного и вспомогательного оборудования……….23

2.5 Тепловой расчёт……………………………………………………………………………....30

2.6 Механический расчёт оборудования………………………………………………….….....33

2.6.1 Расчёт толщины обечайки корпуса, работающей под внутренним давлением………..34

2.6.2 Расчёт укрепления одиночного отверстия на обечайке корпуса, работающей под внутренним давлением…………………………………………………………………………..35

2.6.3 Расчёт эллиптического днища корпуса, работающего под давлением…………………35

2.6.4 Расчёт укрепления отверстия……………………………………………………………...37

2.6.5 Расчёт укрепления отверстий……………………………………………………………..38

2.6.6 Определение расчётных условий для аппаратов колонного типа от ветровых     нагрузок…………………………………………………………………………………………...40

2.6.7 Определение периода собственных колебаний аппарата…………………………….....40

2.6.8 Расчёт корпуса колонного аппарата на прочность и устойчивость.

Расчёт напряжений………………………………………………………………………………45

2.6.9 Расчёт опорной обечайки……………………………………………………………….....51

2.6.10 Проверка устойчивости опорной обечайки в зоне отверстия………………………....51

3 Охрана труда. Безопасность жизнедеятельности……………………………………………55

Заключение……………………………………………………………………………………….59

Список литературы………………………………………………………………………………60

Спецификация…………………………………………………………………………………....61

 

 

 

Реферат

 

Расчётно-пояснительная записка содержит 64 страниц, 14 таблиц, 8 литературных источников.

Ключевые слова: изопропилбензол, пропан-пропиленовая фракция, полиалкилбензолы, алкилирование.

В процессе проектирования проанализирована современная периодическая литература, сделан выбор наиболее рациональной технологии производства ИПБ.

В расчетно-пояснительной записке  выбрана и описана технологическая  схема производства, сырье и требование к нему, проведен расчет материального баланса и определены расходные коэффициенты по сырью и по вспомогательным материалам. Выполнены тепловой и механический расчёты основного и вспомогательного оборудования, а также количество основного и вспомогательного оборудования.

Разработаны мероприятия по охране труда и технике безопасности, сделано заключение по целесообразности проекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов

 

 

ИПБ – изопропилбензол

ЛВЖ – легковоспламеняющиеся жидкости

ПАБ – полиалкилбензолы 

ППФ – пропан-пропиленовая фракция 

ППК – пружинно-предохранительный клапан

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Открытое акционерное  общество «КазаньОргсинтез» - одно из крупнейших химических предприятии  Российской Федерации. ОАО «КазаньОргсинтез»  производит газопроводные полиэтиленовые трубы, фенол, ацетон, охлаждающие жидкости, химических реагентов для добычи нефти и осушки природного газа. Ежегодно ОАО «КазаньОргсинтез» производит более 1млн.тонн химической продукции. Вся выпускаемая продукция сертифицирована в системе Госстандарта Российской Федерации. Высокое качество выпускаемой продукции позволяет осуществлять её продажу на экспорт 25% от объёма производства.

Производственный комплекс предприятия  состоит из 8 заводов:

- Завод «Оргпродукты»

- Завод по производству  азота, кислорода и холода

- Завод по производству бисфенола-А

- Завод по производству  и переработке полиэтилена низкого  давления

- Завод по производству  полиэтилена низкой плотности

- Завод по производству  поликарбонатов

- Завод «Этилен» 

На заводе «Этилен» получают изопропилбензол, который является одним из важнейших продуктов нефтехимического синтеза. Изопропилбензол вырабатывается в огромных количествах и применяется во многих отраслях промышленности – химической, мебельной, фармацевтической, строительной отраслях и другие.

В настоящее время основное количество изопропил бензола в капиталистических  странах (свыше 4 млн. т в год) получают алкилированием бензола пропиленом в присутствии катализатора – комплекса хлорида алюминия с ароматическими углеводородами.

Некоторое количество ИПБ получают алкилированием бензола пропиленом с использованием в качестве катализатора серной кислоты, ортофосфорной кислоты на кизельгуре, молекулярных соединений фторида бора с кислородосодержащими соединениями.

Изопропилбензол (кумол) C₆H₅CH(CH₃)₂  - бесцветная жидкость с запахом бензола, смешивается с этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, бензолом, хлороформом; растворимость в воде менее 0,01% (20^ºC). Изопропилбензол – типичное ароматическое соединение (легко алкилируется, хлорируется, сульфируется, нитруется в ядро).

ИПБ применяют  в качестве добавки к бензинам для увеличения их октанового числа, для синтеза фенола, ацетона, гидроперекиси  ИПБ, в качестве инициатора некоторых  цепных реакций и для других целей.

При ингаляции ИПБ вызывает острые и хронические поражения кроветворных органов (костного мозга, селезенки).

Целью данного проекта является разработка технологической схемы  узла алкилирования бензола пропиленом в присутствии катализатора треххлористого алюминия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Аналитическая часть.

1.1 Историческая  справка о методах получения  и использования продукта.

 

Процесс алкилирования  бензола пропиленом со времени открытия реакции алкилирования в 1877г. французским и американским исследователями Ш. Фриделем и Дж. Крафтсом и русским химиком Г. Г. Густавсоном интенсивно изучался с целью установления механизма реакции, выбора наиболее активного и селективного катализатора, создание промышленных установок. В настоящее время основное количество ИПБ в капиталистических странах (свыше 4 млн.т. в год) получают алкилированием бензола пропиленом в присутствии катализатора – комплекса хлорида алюминия с ароматическими углеводородами. Некоторое количество ИПБ получают алкилированием бензола пропиленом с использованием в качестве катализатора серной кислоты, ортофосфорной кислоты на кизельгуре, молекулярных соединений фторида бора с кислородосодержащими соединениями. Процессы алкилирования в присутствии указанных катализаторов обладают существенными недостатками – высокой коррозионной способностью реакционной смеси, нерегенерируемостью катализаторов, отрицательным влиянием на экологию среды вследствие накопления побочных продуктов и др.

При алкилировании  бензола пропиленом наряду с ИПБ  получают до 10% от катализата смеси о-, м-, п- диизопропилбензолов, 1,2,4-,1,3,5- и в малых количествах 1,2,3-триизопропилбензолов, а также небольшие количества тетраизопропилбензолов.

Начиная с 1941 г. в мировой научно-исследовательской практике проводятся широкие изыскания новых твёрдых катализаторов для алкилирования - алюмосиликатных синтетических катализаторов и природных глин, цирконометаллсиликатных и цирконосиликатных цеолитов различной природы и цеолиталюмосиликатных катализаторов с введением в их состав промотирующих добавок (ионов металлов, галогенов и др.).

Реакции алкилирования  на алюмосиликатных катализаторах  широко исследованы сотрудниками школы  Ю.Г.Мамедалиева, Х.М.Миначевым, Е.С.Мортиковым, К.В.Топчиевой и их сотрудниками и др. Проведения работы послужили  основой создания промышленного  гетерогенно-каталитического процесса алкилирования бензола пропиленом и переалкилирования бензола ПАБами. Новым является использование в качестве катализаторов алкилирования органоалюмосилохсанов.

При разработке процесса алкилирования исследования начинаются с термодинамического расчёта условий. Затем подбираются катализаторы и условия проведения процесса на основе исследования строения и энергетического состояния молекул реагирующих веществ, продуктов реакции и активных центров твердых катализаторов. Описывается применение химических методов для оценки состояния молекул, реагирующих веществ и их реакционной способности. Формулируются механизмы процессов алкилирования в присутствии активных центров твердых катализаторов. При обсуждении природы и механизмов действия активных центров используются  представления теории катализа полиэдрами, создаваемой И.М.Колесниковым. Приведены методы составления кизгетических уравнений процесса алкилирования. Освещения достоинств и недостатков процесса алкилирования бензола пропиленом в присутствии твердых катализаторов позволит по-новому подойти к разработке технологических схем и математических моделей для управления процессом или проектирования, что обеспечит создание производств высокой автоматизации и культуры труда.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Выбор и обоснование методов производства. Химизм процесса.

 

В способе  производства изопропилбензола, осуществляемом на заводе «Казаньоргсинтез», катализатором  алкилирования служит хлоралюминиевый  каталитический комплекс (AlCl₃ с HCl и алкилароматическим углеводородом). Процесс осуществляют при 100-130ºC (давление определяется температурой), мольное соотношение бензол : пропилен (с учётом возвращаемых в реакцию полиалкилбензолов) составляет 3 : 3,5. Полученный изопропилбензол отмывают от катализатора последовательно 17-25%-ым раствором AlCl₃, 3-5%-ым раствором NaOH и водой, подвергают ректификации. Расход бензола и пропилена на производство 1 т изопропилбензола составляет 0,692 и 0,372 т соответственно, AlCl₃-5,5 кг. Недостаток метода – необходимость использования коррозионностойкого оборудования.

Для повышения эффективности процесса алкилирования выгодно проводить  в жидкой фазе. Поскольку уменьшаются объёмы реакционных устройств, а также количество побочных реакций, особенно коксообразования. Значительно снижаются энергетические затраты.

За рубежом для производства изопропилбензола используют фосфорнокислотные  катализаторы на твердом носителе –  глине, кизельгуре, силикагеле или алюмосиликате. Процесс осуществляют при температуре 200ºC и давлении 2,8-4,2 МПа. Чтобы предотвратить дезактивацию катализатора, в реакционную зону вводят воду (0,06-0,08% по массе от массы сырья). С целью сокращения образования полиалкилбензолов процесс ведут при мольном соотношении бензол : пропилен, равном 10 : 1. Выход изопропилбензола 96-97% в расчёте на бензол и 91-92% в расчёте на пропилен.

В гомофазном методе алкилирования  в присутствии растворимых количеств  хлоралюминиевого каталитического  комплекса упрощается технологическая  схема процесса, возрастает скорость реакции, уменьшается коррозионная активность реакционной среды и снижается выход побочных продуктов.

При промышленном производстве ИПБ  на заводе «КазаньОргсинтез» алкилированием бензола используют преимущественно  комплекс безводного хлорида алюминия полиалкилбензолами, так как при попадании воды в алкилатор происходит увеличение давления, что может привести к разрушению колонны, и осмолению реакционной массы. Кроме  того, хлорид алюминия прост в эксплуатации и является самым активным и дешевым катализатором по сравнению с другими.

 

Получение изопропилбензола производится алкилированием бензола пропиленом в присутствии катализатора –  треххлористого алюминия (который подается в виде комплекса в смеси с бензолом и полиалкилбензолами) в алкилаторе А1 при давлении до 4 кгс/см² и температуре до130 ^оС. Реакция алкилирования протекает по следующей схеме:

         +                                                                                           -изопропилбензол

 

 

В процессе реакции алкилирования также образуются побочные продукты: этилбензол, бутилбензол из-за наличия в пропиленовой фракции этилена, бутилена:

           +                                                                                           -этилбензол

 

 

          +                                                                                                           - бутилбензол