Получение 2-метилпропена дегидратацией 2,2-диметилэтанола-1
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
? слоем катализатора, который отличается простотой конструкции.
Таким образом, можно заключить, что нам необходим реактор колонного типа, с устройством для распределения жидкости, нахождения катализатора и рубашкой для обогрева реакционной смеси и поддержания нужной температуры.
Схема реактора приведена на рис. 4.
Реактор представляет собой герметичную колонну 1 с выпуклым днищем 2 и крышкой 3, выдерживающей давление до 58,8х104 Па. В верхней части реактора установлено распределительное устройство 4 для разбрызгивания подаваемой в реактор исходной смеси с целью равномерного распределения потока жидкости по всей поверхности слоя катализатора 5.
Рис. 4.Реактор для проведения дегидратации трет-бутилового спирта.
В нижней части реактора расположено дренажное устройство 6, задерживающее зерна катионита и не препятствующее потоку жидкости. Реактор оборудован рубашкой 8 с целью поддержания заданной температуры смеси (т.к. реакция эндотермична).
Для загрузки - выгрузки катализатора, ремонта реактора предусмотрено два гермичных люка 7.
Реактор может оборудоваться смотровыми окнами 9, расположенными по его высоте так, чтобы можно было наблюдать за слоем катионита в любой момент.
В таком реакторе необходимо предусмотреть значительное свободное пространство над слоем катионита, равное или превышающее объем находящегося в реакторе набухшего катионита, если будет необходима регенерация катализатора
5. Раiет реактора
5.1 Материальный баланс
Материальный баланс процесса дегидратации трет-бутилового спирта расiитывается исходя из проведения реакции на катализаторе КУ-2 с использованием водного раствора трет-бутилового спирта. Процесс осуществляется при температуре 100-140оС; выход до 99,98%, конверсия трет-бутилового спирта 100%. Селективность получаемого изобутилена составляет 99,98% [29]. Селективность побочной реакции - образования димеров - составляет 100-99,98%-0,02%.
Таким образом, исходящими данными для раiета материального баланса являются;
Выход fc -99,98%.
Степень превращения xa -100%.
Селективность основной реакции ?осн -99,98%.
Селективность побочной реакции ?поб -0,02%
Исходим из того, что все реагенты берутся без примесей.
В реакторе протекает реакция дегидратации трет-бутилового спирта (основная реакция):
(CН3)3 C-OH > CH ?C?CН3+H2O
|
CН3
А также реакция образования олефинов С8:
CН3 CН3
| |
CН=C(CН3)2 CН3 -C -CН2 - C= CН2
CН3 CН3
Общее выражение для материального баланса процесса имеет вид:
?Gприх. = ?Gрасх. + ?Gпотр.
где ?Gприх. - мольный поток, приходящий в реактор;
?Gрасх. - мольный поток, уходящий из реактора;
?Gпотр.. - потери (для теоретического раiета баланса принимаем?Gпотр =0).
Для процесса дегидрации трет-бутилового спирта выражение материального баланса будет иметь вид:
Gтбс+ Gводы = Gи+ Gводы+ Gтбс+ Gс8+ G'воды
где Gтбс - мольный поток трет-бутилового спирта;
Gводы- мольный поток воды (20%);
Gи- мольный поток, полученного изобутилена;
Gводы- мольный поток воды (20%);
G'воды- мольный поток воды, образовавшийся в результате реакции;
Gс8- мольный поток, образовавшихся в результате побочной реакции диизобутиленов.
Раiет материального баланса ведется исходя из образования 1 кмоль/мин. изобутилена.
Производительность реактора Gn0= 1 кмоль/мин
1.Производительность реактора с учетом выхода продукта
G'n0 = Gn0 /f = 1/0.9998 кмоль/мин =1,0002 кмоль/мин
Приход:
2.Количество трет-бутилового спирта пошедшего на получение изобутилена:
Gn1 = G'n0 ?и/ ?тбс = 1,0002 1/1 = 1,0002 кмоль/мин
3.Количество трет-бутилового спирта с учетом селективности основной массы:
Gn2 = Gn1 /?осн = 1,0002/0,9998 = 1,0004 кмоль/мин
4.Количество трет-бутилового спирта с учетом степени превращения:
Gn3 = Gn2 / Ха = 1,0004/1 = 1,0004 кмоль/мин
5.Количество трет-бутилового спирта расходуемого на побочную реакцию:
Gn4 = Gn2 ? Gn1 = 1,0004 ? 1,0002 = 0,0002 кмоль/мин
Расход:
1.Количество получаемого изобутилена:
Gn5 = G'n0 = 1,0002 кмоль/мин
. Количество получаемой воды:
Gn1 = Gn0 ?воды/ ?тбс = 1,0002 кмоль/мин
. Количество диизобутилена С8, получаемого в побочной реакции:
Gn2 = Gn4 ?с8/ ?и = 1,00020,5 = 0,0001 кмоль/мин
. Количество воды, поступающей в реактор вместе с трет-бутиловым спиртом. Исходя из мольного соотношения ТБС/вода = 80%/20%:
Gводы = Gтбс 20%/ 80% = 1,0004 20/80 = 0,2501 кмоль/мин
Сведем полученные результаты в таблицу 5.1.
Таблица 5.1.
Материальный баланс дегидрации ТБС.
ПриходGnGmРасходGnGmкмоль/мин%кг/мин%кмоль/мин%кг/мин%Трет-бутиловый спирт1,00048074,029694,3Изобути-лен1,000244,456,011271,3Вода0,2501204,50185,7вода1,000244,418,003622,9Диизобу-тилен0,00010,10,01120,01вода0,250111,14,50185,7Итого1,250510078,5314100Итого2,250610078,5278100
5.2 Тепловой баланс
Уравнения теплового баланса в общем случае имеет вид:
?Qприх. = ?Qрасх. + ?Qпот.
Уравнение теплового баланса для процесса дегидратации трет-бутилового спирта имеет вид:
Qисх. Qг. Qf = Qпрод. Qпот.
Раiет теплового баланса проведен на основе материального баланса и следующих данных:
температура на входе в реактор - 140С (413К)
температура на выходе из реактора - 100С (373К) [29]
тепловые потери - 5% [45].
1.Количество теплоты, поступающая с исходными веществами:
?Qисх. =?Gi СpiTн
Сpi = а + в + с
Сртбс413 = 20