Технология производства циклогексанона дегидрированием циклогексанола

Циклогексанон получают из циклогексанола окислением кислородом воздуха (окислительное дегидрирование) пли каталитическим дегидрированием. Кроме дигидрирования при этом протекают дегидратация циклогексанола в циклогексен, а также расщепление циклогексанола с выделением углерода, водорода и воды.

Технологическая схема процесса получения циклогексанона дегидрированием циклогексанола приведена па рисунке 1.

Циклогексанол-ректификат (99,9% -ный) под давлением азота 0,01-0,015 МПа нагнетается через фильтр 3 в подогреватель 4 типа "труба в трубе", где нагревается до 100-110°С. Далее в испарительно-подогревательпой системе, состоящей из трубчатых аппаратов 5, 6 и 7, происходит испарение циклогексанола и перегрев его паров до 430-450°С. Перегретые пары поступают в трубы контактного аппарата 8, заполненные цинк-железным катализатором. Содержание в катализаторе 8-11% железа позволяет достичь максимальную степень конверсии цпклогексакола, равную 82-93%. Процесс протекает при 410 - 420 °С и объемной скорости подачи спирта 0,5 ч^-1.

По выходе из контактного аппарата продукты реакции поступают в конденсатор 11 и далее в сепаратор 12, где конденсат (циклогексанон-сырец) отделяется от водорода. Примерный состав цпклогексанона-сырца (в%):

Циклогексанол 80-81

Продукты уплотнения 1 - 1,1

Циклогексанол 17--18

Циклогексен 0,5-0,6Вода 0,2-0,3

Рисунок 1. Технологическая схема процесса получения циклогексанона дегидрированием циклогексанола:

1 - ротационная газодувка;

2 - насос;

3 - фильтр;

4 - подогреватель;

5, 6 - испарители;

7 - перегреватель;

8 - контактный аппарат;

9 - тонка;

10 - воздуходувка;

11 - конденсатор;

12 - сепаратор.

Циклогексанол-сырец подвергают ректификации, а водород после очистки используют для гидрирования фенола в циклогексанол.

Для обогрева контактной системы в нижней части топки 9 сжигают топливный газ (метан). Для поддержания температуры топочного газа, равной 500-550 °С, его смешивают с возвратным топочным газом из борова. Газ, имеющий такую температуру, проходит в межтрубном пространстве контактного аппарата прямотоком к парам циклогексанола, движущимся по трубкам с катализатором. Топочные газы, выходящие из контактного аппарата при 430-480 °С, используются для обогрева испарительно-перегревательной системы (аппараты 5, 6 и 7). Далее часть топочных газов, имеющих температуру 340-300 °С, выпускают в атмосферу, а остальной газ с помощью ротационной газодувки 1 подают на смешение с продуктами сгорания топливного газа в верхнюю часть топки 9.

Условия задачи:

Составить материальный баланс процесса.

Рассчитать технологические и технико-экономические показатели.

В основу расчета принимаем следующие реакции:

C₆H₁₁OH>C₆H_1OО+H₂

C₆H₁₁OH>C₆H_1O+H₂O

Схема потоков:

С₆Н₁₁ОН С₆Н₁₁ОН; С₆Н₁₀О; С₆Н₁₀; Н₂О; Н₂

Молярные массы веществ:

Mr (C₆H₁₁ОН) =12*6+1*11+16*1+1=100 кг/кмоль

Mr (C₆H₁₀О) =12*6=1*10+16*1=98 кг/кмоль

Mr (C₆H₁₀) =12*6+1*10=82кг/кмоль

Mr (Н₂О) =1*2+16=18кг/кмоль

Mr (Н₂) =1*2 = 2кг/кмоль

1. Производительность реактора по циклогексанону:

400т/сут=400*1000/24=16666,67

2. Состав безводной реакционной смеси циклогексанон:

m_получ (C₆H₁₀О) = 16666,67 кг/ч;

W_получ (C₆H₁₀О) = m/Мr=16666,66/98=170,07 кмоль/час;

циклогексанол:

W_получ (C₆H₁₀О) - 85%

W_непр (C₆H₁₁ОН) - 10%

W_непр (C₆H₁₁ОН) =170,07*10/85=20,01кмоль/час

m_непр (C₆H₁₁ОН) = W_непр * Мr =20,01*100=2001кг/час

циклогексен:

W_получ (C₆H₁₀О) - 85%

W (C₆H₁₀) - 5%

W (C₆H₁₀) =170,07*5/85=10кмол/ч

m (C₆H₁₀) = W * Мr =10*82=820кг/час

3. Масса циклогексанона, учитывая потери 1% масс:

m _получ (C₆H₁₀О) - 99%

m_потери (C₆H₁₀О) - 1%

m_потери (C₆H₁₀О) =16666,67*1/99=168,35кг/час

m_всего (C₆H₁₀О) =16666,67+168,35=16835,02кг/час

W_всего (C₆H₁₀О) = m_всего/ Мr=16835,02/98=171,79кмоль/час

4. Количество циклогексанола, прошедшего на образование циклогексанона (целевая реакция).

W₁ (C₆H₁₁ОН) = W (C₆H₁₀О) =171,79кмоль/час

5. Количество циклогексанола, пошедшего на образование циклогексена (побочная реакция).

W₂ (C₆H₁₁ОН) = W (C₆H₁₀) =10кмоль/час

6. Количество циклогексанола, пошедшего на реакцию, учитывая непрореагировавший:

W₀ (C₆H₁₁ОН) = W_непр (C₆H₁₁ОН) + W₁ (C₆H₁₁ОН) + W₂ (C₆H₁₁ОН) =

=20,01+171,79+10=201,8

m_общ (C₆H₁₁ОН) = W_общ* Мr=201,8*100=20180кг/час

7. Масса циклогексанола, пошедшего на реакции, учитывая потери 2% масс.

m_п (C₆H₁₁ОН) - 2%, m_общ (C₆H₁₁ОН) - 98%

m_п (C₆H₁₁ОН) =20180*2/98=411,84кг/ч

m_всего (C₆H₁₁ОН) =20180+411,84=20591,84кг/ч

W_всего (C₆H₁₁ОН) =20591,84/98=210,12кмоль/ч

8. Количество полученной воды.

W (H₂О) = W (C₆H₁₀) =10кмоль/час, m (H₂О) =10*18=180кг/час

9. Количество и масса полученного водорода:

W (H₂) = W (C₆H₁₀О) =171,79кмоль/час, m (H₂) =171,79*2=343,58кг/час

Технологические и технико-экономические показатели процесса