Производство изобутилена изомеризацией н-бутиленов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки России

Нижнекамский химико-технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

(НХТИ ФГБОУ ВО «КНИТУ»)

Кафедра нефтехимического синтеза

Направление 18.03.01

Профиль Химическая технология

Группа 1811

Курсовая работа

по дисциплине «Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза»

Производство изобутилена изомеризацией н-бутиленов

Исполнитель М.Э. Абдуллина

Руководитель Ю.Н. Чиркова

Нормоконтролер Ю.Н. Чиркова

Нижнекамск, 2023 г.



Содержание

производство изобутилен серный кислота

Введение

1. Технико-экономическое сравнение методов производства

1.1 Выделение изобутилена из фракций С4 углеводородов

1.1.1 Выделение изобутилена с использованием серной кислоты

1.1.2 Выделение изобутилена из фракции С4 на ионообменных катализаторах через триметилкарбинол

1.2 Скелетная изомеризация н-бутиленов

2. Химические и физико-химические основы метода производства

2.1 Механизм и кинетика процесса

2.2 Катализаторы и яды катализаторов

2.3 Термодинамические основы процесса

2.4 Оптимальные условия проведения процесса и достигаемые показатели

3. Материальный баланс

Вывод

Список использованной литературы



Введение

Изобутилен - один из типичных представителей алкенов. Сам по себе он не представляет особенной ценности, однако используется в химической промышленности в качестве одного из промежуточных веществ для синтеза каучуков или добавок к топливу.

Изобутилен - это ненасыщенный углеводород, то есть в молекуле вещества присутствуют кратные связи. По своим физическим свойствам это газ без цвета, обладающий резким запахом (он присущ большинству непредельных углеводородов). Температура кипения изобутена - -7 ?C, температура плавления - -140 ?C.

Изобутилен плохо растворим в полярных жидкостях (под которыми чаще всего подразумевают воду), зато очень хорошо - в неполярных или со слабо выраженной полярностью. Это в большинстве своем органические соединения; в данном случае - спирт и эфир.

Приставка "изо-" говорит о наличии третичного атома углерода - непосредственно связанного с тремя другими углеродами. Изучив формулу изобутилена, можно заметить, что тот имеет лишь два изомера углеродного скелета: 1-бутен и 2-бутен. Они имеют другое строение, но находятся в том же классе веществ (непредельные углеводороды) и обладают теми же химическими свойствами.

Рисунок 1. Формула изобутилена



В промышленности синтетического каучука изобутилен используется как мономер для производства бутилкаучука и полиизобутилена, а также для производства изопрена методом конденсации изобутилена с формальдегидом.

Изобутилен (СН₃) ₂С=СН₂ при нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с неприятным запахом, Изобутилен нерастворим в воде; растворяется в этиловом спирте и диэтиловом эфире. Вступает во все реакции, характерные для олефинов; легко полимеризуется в присутствии кислых агентов. Взрывоопасен. Пределы взрывоопасных концентраций с воздухом 1,7-9,0% (об.). При вдыхании оказывает наркотическое действие.

Основным источником получения изобутилена являются газы нефтедобычи и нефтепереработки, содержащие изобутан и изобутилен. Изобутилен может быть получен дегидрированием изобутана.

В настоящее время все большее значение приобретают процессы извлечения изобутилена из пиролизных фракций С₄. Промышленное выделение изобутилена из фракции С₄ осуществляется либо с помощью серной кислоты, либо жидкофазной гидратацией на ионообменных смолах.

В Нижнекамске состоялся ввод в эксплуатацию производства изобутилена мощностью 160 тысяч тонн в год на заводе изопрена-мономера ПАО «Нижнекамскнефтехим». Это второй из трех инвестпроектов завода в рамках программы по наращиванию производства изопренового каучука СКИ-3 до 330 тыс. тонн в год. Новое производство позволило создать предприятию 68 новых рабочих мест. Изобутилен является сырьем для выпуска изопрена -- основного компонента при производстве синтетических изопреновых и бутиловых каучуков, широко применяемых в шинной промышленности, для выпуска резинотехнических изделий различного назначения. Также изобутилен используется в ПАО «Нижнекамскнефтехим» для получения алюмоорганических соединений.



1. Технико-экономическое сравнение методов производства

Промышленные способы получения изобутилена:

Выделение изобутилена из фракций С4 углеводородов;

Скелетная изомеризация н-бутиленов.

1.1 Выделение изобутилена из фракций С4 углеводородов

Известно достаточно много методов выделения изобутилена из фракции С4 углеводородов. Большинство из них имеет чисто исторический интерес. Однако все они имеют общую основу: изобутилен выделяют из фракций С4, представляющих собой смесь всех углеводородов С4-предельных и непредельных, изо- и н-строения. После выделения БД (если он содержится в исходной смеси) изобутилен является самым реакционноспособным углеводородом и образует более высококипящие соединения с химическими реагентами, которые затем легко отделяются от остальных углеводородов С4. В качестве химического реагента могут использоваться вода, фенолы, спирты, серная кислота и другие соединения. Далее полученное высококипящее производное изобутилена должно легко разлагаться на исходные компоненты с выделением чистого изобутилена.

В России первоначально наибольшее применение в промышленности получил метод выделения изобутилена с использованием серной кислоты, на смену которому позднее пришло выделение изобутилена из С4 углеводородных фракций гидратацией на катионобменных смолах.

1.1.1 Выделение изобутилена с использованием серной кислоты

Сернокислотный метод извлечения изобутилена состоит из двух основных стадий:

Взаимодействие изобутилена с разбавленной серной кислотой с образованием сложного эфира (изобутилсерной кислоты)

Гидролиз изобутилсерной кислоты в триметилкарбинол (ТМК) с последующей его дегидратацией под действием серной кислоты в изобутилен

Процесс сопровождается побочными реакциями, приводящими к образованию олигомеров изобутилена:

возможно селективное извлечение изобутилена из С₄-фракции углеводородов, поскольку н-бутилены реагируют с серной кислотой в 60-100 раз медленнее, чем изобутилен.

Оптимальная концентрация серной кислоты 45-65 %. При более высокой концентрации возрастает скорость полимеризации изобутилена, при более низкой - замедляется скорость основного процесса.

На практике используется 60-65 % серная кислота, т.к. при этой концентрации обеспечивается высокая скорость процесса и меньшая коррозия оборудования, что позволяет изготавливать его из обычной стали.

Извлечение изобутилена проводится последовательно в трех поглотительных системах, каждая состоит из смесительного насоса, отстойника и холодильника. Поглощение изобутилена производится по типу противотока. Изобутан-изобутиленовая фракция поступает на первую ступень поглощения, «свежая» 60 % серная кислота на третью ступень поглощения. На этой стадии очень важно обеспечить интенсивное смешение, которое помимо смесительных насосов может осуществляться в инжекторах, реакторах с пропеллерными мешалками.

Скорость извлечения изобутилена зависит от температуры реакции, времени контакта, содержания изобутилена во фракции и интенсивности перемешивания. Оптимальная температура 40 °С, т.к. при более высоких температурах начинает развиваться нежелательная полимеризация. Время контакта определяет селективность извлечения. При его увеличении начинают поглощаться и н-бутилены. Скорость и селективность извлечения зависит и от характера эмульсии, образующейся при перемешивании кислоты и углеводородов. Наибольшая селективность обеспечивается при эмульгировании кислоты в углеводородах.

После поглощения изобутилена образуются две фракции - насыщенная изобутилсерная кислота и кислые углеводороды. Кислые углеводороды нейтрализуются и подвергаются очистке от полимеров, а затем разделению на изобутановую фракцию, которая может быть использована для получения изобутилена дегидрированием, и бутановую фракцию.

Насыщенная изобутилсерная кислота подвергается гидролизу острым паром, при этом одновременно происходит дегидратация образующегося при гидролизе ТМК. Из куба гидролизной колонны отработанная серная кислота поступает на упарку, а пары изобутилена с верха поступают на нейтрализацию щелочью, очистку от примесей, компримирование и ректификацию.

Степень извлечения изобутилена 90-95 %, чистота изобутилена ректификата не менее 99,8 %.



1.1.2 Выделение изобутилена из фракции С4 на ионообменных катализаторах через триметилкарбинол

В основе метода лежит обратимая реакция взаимодействия изобутилена с водой. Процесс осуществляется в две стадии:

Гидратация изобутилена водой в ТМК:

Дегидратация ТМК в изобутилен

В качестве катализаторов обеих стадий применяют катионобменные смолы - сульфокатиониты. Наилучшие результаты получены при использовании формованного катионита КУ-ФПП с размером гранул 5x15 мм, который не обладает большим гидравлическим сопротивлением, работает в течение длительного времени (5000-6000 часов) и позволяет использовать в качестве реакторов колонные аппараты.

Технологический процесс выделения изобутилена непрерывный и состоит из стадий:

отмывка изобутиленсодержащей пиролизной фракции от аммиака, солей меди, ДМФА и карбонильных соединений обессоленой водой в объемном соотношении С₄:Н₂0 = 1:1;

гидратация изобутилена, которая осуществляется при 85-90 °С и давлении 1,8-2 МПа;

разделение продуктов гидратации;

выделение ТМК и его дегазация;

дегидратация ТМК;

ректификация и азеотропная осушка изобутилена-сырца.

В процессе выделения изобутилена на ионитах впервые был применен метод разделения на реакционно-ректификационных системах.

Технологическая схема выделения изобутилена представлена на рисунке 2.

1 - отмывочная колонна; 2₁, 2₂ - гидрататоры; 3 - отстойник; 4 - колонна очистки отработанной С₄ фракции от ТМК и воды; 5 - колонна концентрирования ТМК; 6 - колонна дегазации водного раствора ТМК от легких углеводородов

Рисунок 2. Схема выделения изобутилена на ионообменных смолах (гидратация изобутилена в ТМК)

Исходная пиролизная фракция, содержащая изобутилен, подается в нижнюю часть колонны 1 для отмывки от аммиака, солей меди, ДМФА и карбонильных соединений обессоленной водой. Обессоленная вода подается в верхнюю часть колонны 1. Промывная вода из куба колонны подается в контур орошения. Избыток воды после отпарки направляется на очистку. Гидратацию проводят в системе двух гидрататоров, работающих в реакционно-ректификационно-противоточном режиме. Для обеспечения необходимой высоты слоя катализатора гидрататоры работают как один аппарат. Отмытая пиролизная фракция с верха колонны 1 подается на гидратацию в нижнюю часть гидрататора 2₁, заполненного ионообменной смолой, и из верхней его части подается в нижнюю часть гидрататора 2₂.

Водный конденсат подается в верхнюю часть гидрататора 2₂ и отбирается из нижней части гидрататора 2₁ в виде слабого водного раствора ТМК. Пройдя слой катализатора отработанная фракция С₄ из верхней отстойной зоны гидрататора 2₂ конденсируется, отстаивается в отстойнике 3 и затем подается на очистку от ТМК и воды в колонну.

Отстоявшиеся ТМК и вода из отстойника 3 направляются в колонну.

Из нижней части гидрататора 2₁ продукты реакции поступают в колонну 5 для концентрирования ТМК. С верха колонны 5 отбираются пары азеотропа ТМК с водой, конденсируются и направляются в колонну 6 на дополнительную дегазацию углеводородов С₄. Азеотроп ТМК с водой из куба колонны 6 направляется на дегидратацию.

Дегидратация (рис. 3) - разложение ТМК проводится в аппарате колонного типа 7, верхняя часть которого заполнена катализатором сульфокатионитом КУ-2ФПП, а нижняя представляет собой ректификационную колонну, предназначенную для более полного выделения ТМК из воды. Температура в кубе дегидрататора не более 90 °С, давление 0,16 МПа. Пары из верхней части дегидрататора 7 конденсируются, сконденсированный ТМК возвращается в дегидрататор, а изобутилен через сепаратор 8 поступает в колонну 9 для отмывки от ТМК. Из куба дегидрататора отбирается вода и олигомеры изобутилена, образующиеся в процессе дегидратации. Полимеры отправляются на склад, а вода подается на орошение колонны 9. Отмытый изобутилен с верха колонны 9 поступает на компримирование, затем конденсируется, отделяется от воды в отстойнике 10 и направляется в колонну 11 на ректификацию от полимеров и ТМК.

Кубовая жидкость колонны 11, содержащая изобутилен, ТМК и полимеры возвращается в промывную колонну 9, а изобутилен-ректификат с верха колонны 11 конденсируется и через отстойник 12 направляется в колонну азеотропной осушки 13, с куба, которой осушенный изобутилен поступает на склад. Пары с верха колонны 13 поступают в отстойник 12.

Изобутилен-ректификат получается с чистотой не менее 99,95%мас.,

степень извлечения изобутилена из пиролизных фракций - 99 % мас.,

конверсия изобутилена - 95 %.

Реакционно-ректификационные системы широко применяются сегодня для проведения равновесных реакций на гетерогенных катализаторах, которые одновременно играют роль насадки в ректификационной колонне.

Всего в России в настоящее время работают три промышленные установки по выделению изобутилена из пиролизной фракции С₄ углеводородов, после выделения из нее БД и изобутан-изобутиленовой фракции, получаемой при дегидрировании изобутана.

7 - дегидрататор; 8 - сепаратор; 9 - колонна отмывки изобутилена от ТМК; 10 - отстойник; 11 -ректификационная колонна; 12 - отстойник; 13 - колонна азеотропной сушки; 14 - емкость; 15 - сборник; 16 - холодильник

Рисунок 3. Схема дегидратации ТМК в изобутилен

За период эксплуатации установок мощность по изобутилену выросла почти в три раза. При этом увеличилась степень извлечения изобутилена до его остаточного содержания 0,5 % мас. Большой эффект был получен при замене червячковой формы катализатора КУ- 2ФПП (формованный в полипропилен) на кольцевую, при этом активная поверхность катализатора увеличилась в 2 раза. Увеличение содержания сульфогрупп в катионите также позволило повысить скорость гидратации изобутилена.

Единственным недостатком такой технологии является использование большого избытка воды, которую затем необходимо отгонять, что требует повышенного расхода энергосредств.

1.2 Скелетная изомеризация н-бутиленов

Потенциальными ресурсами н-бутиленов являются фракции С4 пиролиза и каталического крекинга углеводородов. ВНИИОС разработан процесс ароматизации и алкилирования этих фракций для получения высокооктанового компонента автомобильных бензинов. Однако в связи с большой потребностью в изобутилене целесообразнее проводить скелетную изомеризацию н-бутиленов. В литературе описан ряд процессов изомеризации с использованием различных катализаторов - гидроксида алюминия, диоксида кремния, трехфтористого бора и других. Реакция протекает по схеме:

Однако информация о промышленной реализации этих процессов пока отсутствует. За рубежом имеются достаточные ресурсы изобутиленсодержащих фракций, в России же в связи с дефицитом изобутана и изобутиленов промышленное внедрение подобных процессов изомеризации представляет несомненный интерес.

Технологическая схема процесса скелетной изомеризации н-бутиленов на оксиде алюминия представлена на рисунке 4.



1 - реактор, 2 - котел-утилизатор, 3 - колонна

Рисунок 4. Схема скелетной изомеризации н-бутиленов на оксиде алюминия

Сырье смешивается с водяным паром и поступает в реактор 1. Из реактора 1 парогазовая смесь поступает в котел-утилизатор 2, где генерируется пар для технологических нужд. После утилизации тепла смесь поступает на водную отмывку в колонну 3, где выделяется изобутилен.

Вначале сырье перегревается. Пароперегревательная печь состоит из трех зон перегрева:

радиантная - перегрев пара до температуры 750 єС, осуществляется тепловым потоком, отраженным от перегревательной стенки печи, змеевики расположены вертикально на боковых стенках печи.

Между верхней и нижней зонами конвекции вдоль печи расположены серьевые змеевики, где перегрев сырья происходит за счет тепла дымовых газов, до температуры 450 єС. Температура печи поддерживается путем сжигания топливного газа, поступающего с ГРС (газо-районная сеть) или абгаза из заводской сети.

Процесс изомеризации н-бутиленов в изобутилен протекает при температуре 450-550 °С, давлении 1,5-2,5 МПа, степени разбавления сырье : водяной пар равной 1 : (4-8) моль/моль. В условиях реакции достигается равновесное соотношение между изомерами н-бутиленов. Катализатором служит цеолитный катализатор, содержащий от 69 до 99,5% мас. цеолита и от 0,5 до 40 % мас. оксида алюминия. Процесс изомеризации протекает в адиабатическом реакторе с неподвижным слоем катализатора. Эти реактора просты по конструкции, но имеют два недостатка:

1. Неизбежное колебание температур по высоте реактора (поэтому эти реактора рекомендуется применять для процессов с небольшими тепловыми эффектами, либо не чувствительных к колебаниям температур);

2. Наблюдается эффект обратного перемешивания, что приводит к снижению движущей силы процесса, уменьшаются конверсия и селективность.

В процессе скелетной изомеризации получаются почти равновесные смеси олефинов С₄, н-бутилена и изобутилена. Крекинг олефинов приводит к образованию углеродистых отложений (кокса) на катализаторе и, в конечном счете, катализатор должен регенерироваться для удаления кокса. Процесс изомеризации происходит при температуре 520-550 єС. Время контактирования 59-96 часов, после чего прекращается подача сырья в реакторе 1, и реактор ставится на регенерацию катализатора.

Для регенерации катализатора воздух подается от воздухонагнетателя на всас которых воздух поступает из атмосферы через воздухозаборные шахты. Проходя три ступени сжатия в центробежном нагнетателе воздух сжимается до давления 0,2 МПа (2кгс/см²) и при температуре до 70 єС подается на регенерацию. Контактный газ (изомеризат) с температурой до 550 єС снизу реактора 1 поступает в трубное пространство кота-утилизатора, где охлаждается до 250 єС. Охлаждение происходит за счет испарения парового конденсата, подаваемого самотеком в межтрубное пространство котла-утилизатора из паросборника.

Процесс изомеризации н-бутиленов в изобутилен технологически оформляется как непрерывно действующий.

Изомеризация осуществляется в адиабатическом реакторе со стационарном слое алюмокислого катализатора составляет 24 тонны.



2. Химические и физико-химические основы метода производства

2.1 Механизм и кинетика процесса

Целевой продукт:

Побочные продукты образуются при крекинге и полимеризации бутена-1 и бутена-2:

Общая схема:

Механизм реакции:



Реакция изомеризация - это реакция первого порядка. Скорость химической реакции прямо пропорциональна концентрация бутилена. То есть при увеличении концентрации олефина скорость также увеличивается.

По правилу Вант-Гоффа при увеличении температуры на каждые 10 єС скорость химической реакции увеличивается в 2-4 раза.

Также на кинетику реакции влияет выбор катализатора. При выборе цеолитных катализаторов процесс становится самым селективным и продуктивным.

2.2 Катализаторы и яды катализаторов

В литературе описан ряд процессов изомеризации с использованием различных катализаторов - гидроксида алюминия, диоксида кремния, трехфтористого бора и других. А в данном процесса катализатором служит цеолитный катализатор, содержащий от 69 до 99,5% мас. цеолита и от 0,5 до 40 % мас. оксида алюминия. При использовании данного катализатора увеличивается селективность образования целевого продукта, а также его выход.

2.3 Термодинамические основы процесса

Изомеризация алкенов протекает с небольшим тепловым эффектом (табл. 1). Для большего числа реакций разных углеводородов мольные теплоты слабо зависят от молекулярной массы исходного углеводорода.

Таблица 1. Теплоты изомеризации алкенов

Это, естественно, наблюдается и для изомеризации алкенов. Однако это явление для алкенов не столь заметно из-за того, что теплоты разных реакций изомеризации малы. Реакции изомеризации алкенов удобно разделить на три группы: цис-транс-изомеризацию, структурную и скелетную. При цис-транс-изомеризации тепло выделяется. Структурная изомеризация, приводящая к цис-алкену-2 или к транс-алкену-2 из алкена-1, протекает с выделением тепла, причем во втором случае теплота процесса несколько больше. Миграция же двойной связи из р- в положение без изменения пространственной конфигурации молекулы алкена (2-цис > З-цис- или 2-транс >3-транс-) протекает практически без выделения или поглощения тепла (теплота процесса меньше 0,5 кДж/моль).

Анализ равновесных составов смесей, образующихся при изомеризации алкенов, удобно начать с рассмотрения равновесных смесей бутенов.

В общем случае возможно равновесие между четырьмя изомерными бутенами: бутеном-1, бутеном-2,цис_г бутеном-2,транс и изобутеном. Следует, однако, иметь в виду, что для ряда каталитических систем образуется смесь только трех нормальных изомеров, например реакции в присутствии чистого оксида алюминия; известны катализаторы, которые дают преимущественно транс-изомеры, т. е. возможно установление равновесия и между двумя бутенами. Поэтому, сравнивая экспериментальные данные с расчетным равновесным составом, необходимо рассматривать равновесие именно для той смеси, которая образуется при опыте.

Например, по расчетам равновесия для четырех бутенов следует, что при 200 °С в равновесной смеси должно содержаться около 1 % цис- и 27 % транс-бутена-2. Экспериментальные же данные показывают, что при этой температуре равновесная смесь содержит 32 % цис- и 55 % транс-изомера. Естественно, что сопоставление этих данных может привести к выводу о нарушении термодинамического равновесия. На самом же деле в экспериментах изобутен не образовывался, и расчет равновесия для четырех изомеров в этой ситуации не применим: данные близки к теоретическим для равновесия трех н-бутенов. Не вполне корректным с этих позиций является и использование экспериментальных данных для расчета равновесия при образовании изобутена, так как эти исследователи не учитывали структурную и цис-транс-изомеризацию и объединяли бутены-2 с бутеном-1.

Равновесные составы для различных смесей бутенов даны в таблице 2.



Таблица 2. Равновесные составы смесей продуктов при изомеризации бутенов

Расчетные данные таблицы 3 хорошо согласуются с экспериментальными данными, в которых достигнуто состояние равновесия. Например, для смеси н-бутенов при 903 К получили следующий состав: 34,8 % бутена-1, 37,5 % бутена-2,транс, 27,7% бутена-2_, цис. Эти данные близки к приведенным в таблице 3 (38, 37 и 25 % соответственно). Укажем, что ошибка расчета меньше ошибки экспериментального определения равновесного состава, обычно превышающей 1,5 %.

Вместе с тем использование кинетических данных может привести к неверному выводу о кажущемся нарушении термодинамического равновесия. Например, при гетерогенно-каталитической изомеризации бутена-1 в бутены-2 образуются большие количества цис-изомера. При этом выходы цис-изомера могут значительно превышать данные, приводимые в табл. 3 для смеси трех н-бутенов: при изомеризации бутена-1 при 723 К выход цис-изомера достигает 39,4 % и транс-изомера 31 %, а содержание бутена-1 снижается до 27,4 % (равновесный выход цис-изомера 28 % для тройной смеси). В действительности эта ситуация отнюдь не означает, что нарушено термодинамическое равновесие. На самом деле в системе быстро устанавливается равновесие бутен-1 - бутен-2, цис (выход цис-изомера около 50 %) и далее медленно устанавливается равновесие для смеси трех н-бутенов. Здесь равновесная смесь трех изомеров образуется из равновесной смеси двух изомеров. Такое стадийное установление равновесия довольно часто реализуется при реакциях алкенов.

2.4 Оптимальные условия проведения процесса и достигаемые показатели

Химический процесс - парофазный, гетерогенный, каталитический. Адиабатический реактор с неподвижным слоем катализатора. Температура процесса 450-550 єС, давление - 1,5-2,5 МПа, катализатор - алюмокислый, мольное соотношение н-бутилен: пар - 1 : 6 мольн. Селективность процесса составляет 76 %, конверсия - 75 %, выход изобутилена - 40-45 % масс.



3. Материальный баланс

Расчет материального баланса процесса получения изобутилена изомеризацией н-бутиленов.

Исходные данные:

Основные химические реакции

н-C₄H₈ >i-C₄H₈ (1)

i-C₄H₁₀>C₂H₄ + C₂H₆ (2)

н-C₄H₁₀ > i-C₄H₁₀ (3)

Производительность по изобутилену 75 тысяч тонн в год

Годовой фонд рабочего времени 8160 ч

Потери изобутилена на стадии выделения 2,9 % масс.

Состав исходной фракции С4, % масс.:

н-бутилены - 82, изобутан - 8, бутан - 10

Конверсиян-бутиленов 39 %

Конверсия изобутана 25 %

Конверсия н-бутана 15 %

Массовое соотношение водяной пар : бутиленовая фракция составляет 1:2.

Решение:

Масса и количество изобутилен, образованного в ходе процесса без учета потерь, кг/ч и кмоль/ч:

кг/ч



Масса и количество изобутилена, образованного в ходе реакции (1) с учетом потерь, кг/ч и кмоль/ч:

Масса и количество потерь изобутилена, кг/ч и кмоль/ч:

Количество и масса н-бутилена, затраченного в ходе реакции (1) с учетом стехиометрических коэффициентов, кмоль/ч и кг/ч:

Количество и масса н-бутилена, превращенного, поданного и непревращенного, кмоль/ч и кг/ч:



Количество и масса исходной фракции С₄, кмоль/ч и кг/ч представлена в таблице 3:

Таблица 3. Состав исходной фракции С₄

Наименование	Массовый состав, %масс.	Молярная масса	Массовый расход, кг/ч	Мольный расход, кмоль/ч
Бутилен	82	56	24 270,98	433,4103
Бутан	10	58	2 959,87	51,0322
Изобутан	8	58	2 367,90	40,8259
Итог	100	-	24 270,98	525,27

Количество и масса бутана, превращенного и непревращенного, и изобутана, образованного в ходе реакции (3), кмоль/ч и кг/ч:

Количество и масса изобутана, затраченного и непрореагировавшего, этана и этилена, образованного в ходе реакции (2) кмоль/ч и кг/ч:



=

=

Количество и масса водяного пара, кмоль/ч и кг/ч:

кг/ч

==674,1939 кмоль/ч

Массовый материальный баланс процесса получения изобутилена изомеризацией бутилена представлена в таблице 4:

Таблица 4. Массовый материальный баланс процесса

Приход	Расход
Компонент	Массовый расход, кг/ч	Массовая доля, % масс.	Компонент	Массовый расход, кг/ч	Массовая доля, % масс.
1. Фракция С4 в т.ч:	1. Изобутилен	9191,18	22,02
Бутилен	24270,98	58,16	2. Этан	363,61	0,87
Бутан	2959,87	7,09	3. Этилен	339,37	0,81
Изобутан	2367,90	5,67	4. Бутилен ост.	14805,30	35,48
2. Водяной пар	12135,49	29,08	5. Бутан ост.	2515,89	6,03
Итог	41734,24	100,0	6. Изобутан ост.	2108,91	5,05
			7. Вод.пар	12135,49	29,08
			8. Потери изобут.	274,5	0,66
			Итог	41734,25	100,0

Мольный материальный баланс процесса получения изобутилена изомеризацией бутилена представлена в таблице 5:

Таблица 5. Мольный материальный баланс процесса

Приход	Расход
Компонент	Мольный расход, кг/ч	Мольная доля, % масс.	Компонент	Мольный расход, кг/ч	Мольная доля, % масс.
1. Фракция С4 в т.ч:	1. Изобутилен	164,1282	13,55
Бутилен	433,4103	36,13	2. Этан	12,1202	1,00
Бутан	51,0322	4,25	3. Этилен	12,1202	1,00
Изобутан	40,8259	3,40	4. Бутилен ост.	264,3803	21,82
2. Водяной пар	674,1939	56,22	5. Бутан ост.	43,3774	3,58
Итог	1 199,4623	100,0	6. Изобутан ост.	36,3605	3,00
			7. Вод.пар	674,1939	55,65
			8. Потери изобут.	4,9018	0,40
			Итог	1211,5825	100,0

Практический и теоретический расходные коэффициенты по бутилену:



Вывод

Изобутилен - ненасыщенный углеводород со структурной формулой:

При нормальных условиях изобутилен - это бесцветный газ, обладающий неприятным запахом.

Промышленные способы получения изобутилена:

1. Выделение изобутилена из фракций С₄ углеводородов;

2. Скелетная изомеризация н-бутиленов;

Схема скелетной изомеризации н-бутиленов:

Химический процесс - парофазный, гетерогенный, каталитический. Адиабатический реактор с неподвижным слоем катализатора. Температура процесса 450-550 єС, давление - 1,5-2,5 МПа, катализатор - алюмокислый, мольное соотношение н-бутилен: пар - 1 : 6 мольн. Селективность процесса составляет 76 %, конверсия - 75 %, выход изобутилена - 40-45 % масс.



Список использованной литературы

1. Википедия - свободная энциклопедия [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki.

2. Платэ Н.А. Основы химии и технологии мономеров: Учеб. Пособие/ Н.А. Платэ, Е.В. Сливинский. - М.: «Наука/Интерпериодика», 2002. - 696с.: ил.

3. Ахмедьянова, Р.А. Химическая технология переработки газового сырья. Производство мономеров из газового сырья: учебное пособие / Р.А. Ахмедьянова, А.Г. Лиакумович; М-во образ. и науки России, Казан. Нац. исслед. технол. ун-т. - Казань: Изд-во КНИТУ, 2015. - 184 с.

4. Жоров, Ю.М. Термодинамика химических процессов. Нефтехимический синтез, переработка нефти, угля и природного газа. - М.: Химия, 1985. - 464 с., ил.

5. Энциклопедия полимеров, т. 1, М., 1972, с. 350-51, 804-05;

6. Справочник нефтехимика, под ред. С.К. Огородникова, т. 1-2, Л., 1978.

7. Химия и технология мономеров для синтетических каучуков, Л., 1981; Kirk-Othraer encyclopedia, 3 ed., v. 4, N.Y.-[a.o.], 1978, p. 346-75. Ф.Е. Куперман.

8. Мирзабекова С.Р., Мамедов А.Х.. Заявка № 93018269104. Россия “способ конверсии изобутана в изобутилен”.

9. Чаплиц Д.Н. Промышленные методы выделения изобутилена. - М.: ЦНИИТ Энефтехим, 1971. - 42 с.

10. Шаронов К.Г., Рожнов А.М Заявка № 96111390/04. Россия “Способ выделения изобутилена”.

Размещено на Allbest.ru

...