Задачи для решения

1. На установке полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты перерабатывается пропан-пропиленовая фракция. Составить материальный баланс установки, если известно, что: производительность установки 100000 т/год по сырью; содержание пропилена в сырье 29,2 вес. %; глубина превращения пропилена Х=85%.

2. На установке полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты перерабатывается 65500 м³/сутки пропан-пропиленовой и бутан-бутиленовой фракции. Составить материальный баланс установки, если известно, что: состав сырья (вес. %): С₃Н₆ – 24,2; С₃Н₈ – 36,0; С₄Н₈ – 20,6; С₄Н₁₀ – 19,2; глубина превращения бутиленов 95 % и пропилена 80%.

3. Составить материальный баланс установки полимеризации, работающую в режиме получения полимербензина, при выходе его 31,2 (вес.%). Выход отработанной пропан-пропиленовой фракции составляет 64,0 (вес.%), все остальное фракция остаток выше 205 ºС. Производительность установки 240 тыс. т/год.

Литература

1. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа, М., Химия, 1973.

2. Гусейнов Д.А., Спектор Ш.Ш. Технологические расчеты процессов нефтепереработки, М.-Л., Химия, 1964.

3. КузнецовА.А., Кагерманов С.Н., Судаков Е.М. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности, Л., Химия, 1974.

Практическое занятие №7 Тема: Задачи и упражнения по составлению уравнений химических реакций, протекающих при алкилировании и изомеризации с указанием механизма ее протекания

Назначение процесса алкилирования – получение бензиновых фракций, обладающих высокой стабильностью и детонационной стойкостью, с использованием реакции взаимодействия изобутана с олефинами в присутствии катализатора [1]. Алкилирование бензола пропиленом проводят с целью получения изопропилбензола – также высокооктанового компонента бензина, либо с целью получения сырья для производства фенола и ацетона. В результате алкилирования бензола этиленом получают этилбензол, который путем дегидрирования превращают в стирол – сырье для производства каучука. Катализаторами процесса алкилирования изобутана олефинами чаще всего служат серная и фтористоводородная кислоты. При алкилировании ароматических углеводородов олефинами применяют ортофосфорную кислоту на твердом носителе и хлористый алюминий [2].

Сернокислотное алкилирование изобутана бутиленами осуществляют при 0-10 °С и 0,757-0,858 МПа. Для подавления реакции полимеризации олефинов создают в реакторе избыток изобутана, составляющий 6-10:1 на олефины. В реактор подают 98%-ную свежую кислоту, а выводят отработанную - концентрацией менее 90%. Продолжительность контакта кислоты с сырьем 20-30 мин.

При составлении материального баланса установки алкилирования подсчитывают количество каждого компонента в исходном сырье и изобутана, вступившего в реакцию, по уравнению:

изо-С₄Н₁₀ + С₄Н₈ → изо-С₈Н₁₈

т.е. на 1 моль изобутан требуется 1 моль бутилена. Отсюда на 58 кг изобутана требуется 56 кг бутиленов. Массовое соотношение а изобутан к бутиленам составляет

а=

Практически массовое соотношение реагирующих изобутана и бутиленов от 1,1:1 до 1,2:1.

Выход алкилата определяется по количеству изобутана и бутиленов, вступающих в реакцию. В состав отработанной бутан-бутиленовой фракции входят н-бутан, изобутан и бутилены, не вошедшие в реакцию. Выход пропана равен его содержанию в исходном сырье.

Пример 7.1. Составить материальный баланс установки алкилирования бутан-бутиленовой фракции производительностью 68000 т/год по сырью, если известно: состав сырья (в масс. %): С₃Н₆ 1,2; С₃Н₈ 1,3; изо-С₄Н₈ 5,5; н-С₄Н₈ 26,6; изо-С₄Н₁₀ 38,8; н-С₄Н₁₀ 26,6; массовое отношение реагирующего изобутана к олефинам 1,1 : 1; алкилат состоит на 90% из авиаалкилата и на 10% из автоалкилата; глубина превращения пропилена и бутиленов 100%.

Решение. Подсчитывают общую массу олефинов

G₁=68000·0,012+68000·0,055+68000·0,266=22650 т/год

Определяют массу изобутана, вступившего в реакцию

G₂=22650·1,1=24915 т/год

Рассчитывают выход алкилата

G₃=22650+24915=47565 т/год

В том числе авиаалкилата

G₄=47565·0,90=42828 т/год

Автоалкилата

G₅=47565-42808=4757 т/год

Результаты подсчетов сводят в таблицу:

Сырье	% масс.	т/год	Продукт	% масс.		т/год
Приход			Расход
С3Н6 С3Н8 изо-С4Н8 н-С4Н8 изо-С4Н10 н-С4Н10	1,2 1,3 5,5 26,6 38,8 26,6	780 820 3760 18110 26420 18110	Авиалкилат Автоалкилат Отработанная бутан-бутиле-новая фракция Пропан		63,0 7,0 28,7 1,3	42808 4757 19615 820

Пример 7.2. На установке сернокислотного алкилирования бутан-бутиленовой фракции перерабатывается 70000 т/год сырья. Определить выход авиаалкилата и автоалкилата, если известно, что в исходной смеси содержится олефинов 31,4 % масс.

Решение. Принимают выход всего алкиалата равным 175% от олефинов, а авиалкилата 90% от всего алкилата. Определяют выход всего алкилата

G₁=70000·0,314·1,75=38400 т/год

Подсчитывают выход авиаалкилата

G₂=38400·0,90=34560 т/год

Находят выход автоалкилата

G₃=38400·0,10=3840 т/год

Назначение процесса изомеризации – 1) выработка высокооктановых легких компонентов автомобильных бензинов из прямогонных фракций; 2) производство изопентана – сырья для производства синтетического каучука – из пентана; 3) получение изобутана для установки алкилирования изомеризацией бутана [1]. Изомеризация нормальных парафинов – процесс низкотемпературный. Понижение температуры способствует образованию изомеров, но при этом снижается скорость реакции. Снижение давления при низких температурах также вызывает увеличение выхода изомеров. С целью повышения продолжительности работы катализатора процесс ведут под давлением водорода. Катализаторами изомеризации служат хлористый алюминий, платина. Палладий, сульфид вольфрама, никель и оксид молибдена.