Получение 2-метилпропена дегидратацией 2,2-диметилэтанола-1
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
,42 + 398,241310-3 ? 146,6413210-6 = 159,87
Срводы413 = 30 + 4,42 + 0,91 = 34,6
Qисх = (1,0004159,87413 + 0,250134,6413) = 69626,59 Дж/моль
2.Теплота, поглощающаяся в процессе реакции
Qг = ? HG
Реакция протекает при средней температуре 120С [29].
Н0r.t = Н0298 + а(Т-298) + в/2(T2 -2982 ) + с/3(T3 - 2983 )
а). Целевая реакция при температуре 393 К Н0и = 46833 Дж/мольК
(см. термодинамический раiет).
б). Побочная реакция: Н0298 = ??iН0298 пр.р-и ? ??iН0298 исх.в-в
Н0298 = Н0298 c8 ? 2Н0298 и
a = ??ia пр.р-и ? ??ia исх в-в=20,96 ? 27,08 = 6,8
в = ??iв пр.р-и ? ??iвисх в-в=?627,94 ? 2321,63 = 15,32
с = ??iспр.р-и ? ??iс исх в-в=?341,32 ? 2(?166,07) = -9,18
Энтальпия реакции при 393 К:
Н0поб,39 = ?97720,20+ 956,8 ? 15,326264510-3/2 ? 9,183423486510-6 /3=
=? 97658,61 Дж/мольК
Общая теплота с учетом селективности:
Qr = ??H GI ? = ?(468331.25010.9998 ?( ?97658.612.25060.0002)) = =?58596.91 Дж/моль
3.Количество теплоты, уходящее с продуктами реакции:
Qреаг = ?Gi СpiTк
Сри373 = 7,08 + 119,96 - 23,11+1,74 = 105,67
Срводы373 = 30+ 3,99+0,24 = 34,23
Срс8,373 = 20,96 + 234,22 ?47,44 = 207,74
Qреаг = 105,671,0002373+ 34,231,2503373+207,740,0001373 =
= 55394,1 Дж/моль
4.Суммируем приходящее тепло:
Qприх = Qисх + Qг = 69626,59 ? 58596,91 = 11029,69 Дж/моль
Определим потери тепла:
Qпот = Qприх % = 11029,69 0,05 = 551,48 Дж/моль
5.Суммируем тепло, расходуемое в процессе:
Qрасх = Qреак + Qпот = 55394,1 + 551,48 = 55945,58 Дж/моль
Определим количество теплоты, которое необходимо подводить к реактору:
Qf = Qрасх ? Qприх = 55945,58 ? 11029,69 = 44915,89 Дж/моль
Определим поверхность теплообмена:
F=Qr/(KT60) = 44915,89/2004060 = 93,5 м2
Где К=100?200вт/м2с
T = 413-393 =40К
Сведем данные теплового баланса в таблицу 5.2
Тепловой баланс дегидратации ТБС.
Таблица 5.2
ПриходДж/моль%РасходДж/моль%Qприх69626,5960,8Qрасх55394,148,4Qf44915,8939,2Qпот551,480,4Qr58596,9150,7Всего114542,48100Всего114542,49100
5.3 Раiет объема реактора
В реакторе идеального вытеснения (РИВ) исходная смесь движется в одну сторону с постоянной и одинаковой скоростью. Такой режим называется поршневым.
Объем реактора РИВ расiитывается по формуле:
V = Gv0 ?;
где Gvo - объемный расход реакторной массы, ? - время пребывания реакторной массы в реакторе:
xi
? = Сi0?dxi/?r
0
тогда: xi
? = Сv0Сi0 ?dxi / ?r
0
Так как не известна кинетика реакция, определить по уравнению время пребывания не представляется возможным.
В литературных источниках приводится размеры нескольких лабораторных установок: диаметр 2,29 см., высота 80 см, [29], либо диаметр 25 мм, высота 280мм, [49].
В промышленности используются следующие аппараты колонного типа: диаметром 2м и высотой 15м [45]; диаметр 2-3м с высотой 6-6,5м [47].
Что касается высоты слоя катализатора, то она обычно колеблется в пределах от 0,5 до 2 диаметров аппарата [48], а также возможно соотношение 1:4. [47].
Если использовать для раiетов диаметр 2м и высоту 15м, то объем реактора составит:
V=?d2 h/4=3.14*4*15/4=47.1 м3
При этом объем катализатора может составлять от 1 до 8 м3
6. Операторная схема получения изобутилена
Операторная схема процесса жидкофазной дегидратации третбутанола представлена на рис. 6.
Рис. 6. Операторная схема процесса дегидратации третбутилового спирта,
где ТБ - третбутиловый спирт, С8 - димеры изобутилена, продукт побочной реакции, И - изобутилен.
Исходное сырье - третбутиловый спирт и вода смешиваются в смесителе 1 и подается в теплообменник 2, где смесь нагревается (до 50-60оС). Затем исходная смесь поступает в компрессор 3, где сжимается до рабочего давления (1Мпа) и нагревается в теплообменнике 4 до начальной температуры (140оС). Нагретая жидкая смесь, подается в реактор 5, который обогревается теплоносителем из теплообменника 10. Из реактора 5, жидкая смесь, содержащая ТБ, Н2О, С4Н8 поступает в колонну 6. Из верхней части колонны 6 выделяется азеотропная смесь С4Н8, и Н2О, она подается в сборник 7, здесь вода выделяется в качестве сепаратной фазы и отводится. Изобутилен направляется на склад. Из нижней части колонны 6 выходит смесь содержащая ТБ, Н2О и С8 (0,3%).
Основное количество этого продукта возвращается на реакцию. Меньшая часть подается в колонну 8. Из головной части колонны 8 отводится тройная смесь ТБ,Н2О и С8 (около 50% С8).
Продукт, получаемый из низа колонны 8 подается в колонну 9, из верхней части которой отводят азеотропную смесь ТБ и Н2О, которую направляют на реакцию. Из низа колонны 9 получают воду, которую отводят.
Выводы
Разработка и оптимизация методов получения изобутилена является актуальной проблемой химической технологии. Так как на его основе получают широкий спектор продуктов востребованных в народном хозяйстве. Это и различные синтетические каучуки, топлива, смазки, присадки к маслам и высокооктановые добавки к бензину
). В разделе 1 был приведен обзор различных методы и способы получения целевого продукта. На основе анализа выбран метод получения изобутилена дегидратацией трет-бутилового спирта. Эта реакция имеет историческое значение и помимо этого метод экономичнее других, а изобутилен получается высокой чистоты. Существует два основных принципиальных способа осуществления целевой реакции: гомогенный - с применением в качестве катализатора серной кислоты, фосфорной кислоты, щавелевой и бензсульфо кислот, и гетерогенный - в присутствии твердых катализаторов типа цеолитов, ZrO2, К2SO4., СuSO4, ZnCl2 или катионитов.
На наш взгляд, наиболее целесообразным являе