Обработка результатов эксперимента
В результате проведенного эксперимента получают следующие экспериментальные данные: температуры испарителя (Тисп.), предварительного подогревателя (Тпп.), реактора (Тр.); начальные и конечные показатели уровней жидкостей (V1В, V1Б, V2В, V2Б) и газовых часов (V1Г, V2Г); массы жидких продуктов в сборнике (qж.) легкокипящих продуктов в ловушке (qлк.); хроматограммы калибровочной смеси и пирогаза; время эксперимента (τ). Кроме того, для дальнейших расчетов потребуются величины значений комнатной температуры (tк.) и атмосферного давления (Р).
Количество поданной воды ΔVВ (см3 или г) определяют
по формуле
ΔVВ = V1В –V2В.
Количество бензина ΔVБ (см3) или qБ (г) определяют по формулам
ΔVБ = V1Б – V2Б и qБ = ΔVБ ∙ dБ20,
где dБ20– плотность бензина при комнатной температуре, г/см3 (для используемого бензина – 0,71).
Весовое соотношение бензин : вода находят из соотно-
шения
ΔVБ ∙ dБ20/ ΔVВ = х / 1.
Объем образовавшихся в ходе экспериментов газов ΔVГ
(см3) вычисляют по формуле
ΔVГ= V2Г – V1Г;
объем этих газов V0 (см3) при НТД (нормальные: температура, давление) определяют
V0= ∆V Г 273 P (tk + 273) 760
Расчет полученных хроматограмм
Для расчета содержания этилена и пропилена в отходящем газе проводят калибровку хроматографа по калибровочной
-91-
смеси, состоящей из метана, этилена и пропилена. Из трех параллельных хроматограмм калибровочной смеси вычисляют средние арифметические значения высот пиков этилена (Нсрэт) и пропилена (Нсрпр) в мм. На хроматограмме пирогаза замеряют высоты пиков, соответствующих этилену (Нэт) и пропилену (Нпр), и концентрации этилена (Сэт) и пропилена (Спр) в пирогазе определяют из соотношения:
|
Cк |
Н |
эт |
|
|
Ск |
Н |
|
|
Cэт = |
эт |
|
и |
Спр = |
пр |
|
пр |
. |
|
Нсрэт |
|
Нсрпр |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||
Затем определяют общие количества образовавшихся за время эксперимента этилена и пропилена:
Vэт = |
∆Vo C |
эт |
и |
Vпр = |
∆V o |
C |
пр |
. |
100 |
|
100 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
Полученные значения в дм3 |
(л) с помощью формулы |
|||||||
Авогадро легко перевести в г (qэт и qпр).
При температурах колонок и детектора хроматографа 60 оС, расходе газа-носителя (гелия)≈ 30 см3/мин, токе детектора 105 мА для проб объемом 0,69 ± 0,05 см3 получена зависимость высоты пиков компонентов от их концентрации в пробе. На рис.15 приведены эти зависимости для метана, этилена и пропилена.
Для упрощения оценку эффективности активации процесса пиролиза проводят, рассчитывая выходы этилена и пропи-
лена В (% мас.) |
|
|
|
|
|
qпр 100 |
|
Вэт = |
q |
эт |
100 |
; |
Впр = |
. |
|
|
qб |
qб |
|||||
|
|
|
|
|
|
Результаты опытов, вычислений и анализов записывают в табл.11.
На основании полученных данных формулируют выводы по результатам проведенной работы.
-92-
Таблица 11. Показатели процесса пиролиза бензина
Показатели |
|
|
|
|
|
Температура, °С |
|
|
|||
|
|
|
|
750 |
|
|
|
850 |
|
|
800 |
|
|
|
|
|
Объемная скорость, ч-1 |
|
|
||||
|
|
|
0,5 |
1,0 |
|
2,0 |
0,5 |
1,0 |
|
2,0 |
1,5 |
Подано на реакцию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бензина qБ, г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Получено |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Жидких продуктов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Углеводороды |
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сборнике qж, г |
про- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Легкокипящие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
дукты в ловушке qлк, |
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Газообразных |
про- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дуктов ∑qi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В том числе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С2Н4,г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С3Н6, г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аварийные ситуации в ходе эксперимента и действия обслуживающего персонала
Полное отключение установки (прекращение эксперимента) проводят в следующих ситуациях:
1) прекращение подачи электроэнергии;
2) прекращение подачи охлаждающей воды;
3) неуправляемое повышение или понижение температуры реактора, предварительного подогревателя или испарителя;
4) повышение давления в системе выше 1 кгс/см2; 5) неисправность любого из насосов.
Во всех случаях аварийной остановки сливают продукты реакции из сборника и ловушки в емкость для сливов, а бензин из цилиндра и соединительных трубок - в колбу. В случае «3» устанавливают причину неисправности того или иного терморегулятора и устраняют его.
Ситуация «4» возникает за счет закупорки соединительных трубок или змеевика холодильника. Последовательно отсоеди-
-93-
няя детали технологической цепочки, выясняют место плохого прохождения газа и устраняют ее причину. Во всех случаях прерывания эксперимента, перед очередным опытом проводят выжиг кокса в реакторе при температуре не ниже 550 оС.
Рис.15. Калибровочный график для определения содержания углеводородов по данным хроматографического анализа
-94-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вучебном пособии рассмотрено 9 лабораторных работ, моделирующих важнейшие процессы нефтехимического синтеза: пиролиз, дегидрирование, конденсация, алкилирование, окисление и др. Особое внимание уделено процессам, лежащим
воснове получения мономеров для синтетических каучуков. Каждая лабораторная работа включает краткие научнотеоретические основы процесса, цель работы, перечень используемых реактивов и оборудования, описание установок, порядок выполнения работы, методики анализа, расчет показателей процесса и правила техники безопасности.
Впроцессе выполнения лабораторных работ студенты должны приобрести навыки проведения эксперимента и умения анализировать полученные результаты, выявлять зависимости между технологическими параметрами проведения процесса и наиболее важными показателями процесса, такими как конверсия и выход целевых продуктов, то есть освоить методы управления процессом.
Широкий спектр изучаемых процессов позволит получить студенту яркое практическое представление о способах получения различных продуктов органического синтеза и закрепить теоретические знания.
-95-
ПРОГРАММА КОЛЛОКВИУМОВ
Коллоквиум 1.
Пиролиз углеводородного сырья.
Роль пиролиза в нефтехимическом синтезе. Химические реакции, протекающие при пиролизе. Влияние технологических параметров на выход и состав продуктов пиролиза. Технологическое оформление процесса пиролиза. Новые направления в пиролизе.
Коллоквиум 2.
Производство мономеров каталитическим дегидрированием.
Двухстадийное дегидрирование. Химические реакции, протекающие в процессе дегидрирования. Стадии процесса. Дегидрирование парафинов. Катализаторы дегидрирования. Технологическое оформление.
Дегидрирование олефинов. Катализаторы. Технологическое оформление.
Одностадийное дегидрирование бутана. Схема производства бутадиена. Получение стирола дегидрированием этилбензола. Катализаторы.
Коллоквиум 3.
Процессы конденсации по карбонильной группе.
Получение изопрена конденсацией изобутилена с формальдегидом. Химические реакции, лежащие в основе метода. Синтез диметилдиоксана. Технология процесса. Разложение диметилдиоксана. Технология процесса. Достоинства и недостатки метода. Переработка высококипящих побочных продуктов.
Совершенствование диметилдиоксанового способа. Синтез изопрена через 3-метилбутандиол-1,3 и изоамиленовые спирты.
-96-
Одностадийный синтез изопрена из формальдегида и изобутилена.
Коллоквиум 4.
Получение мономеров жидкофазным окислением углеводородов.
Химические реакции, лежащие в основе метода. Стадии процесса. Совместное получение фенола и ацетона, стирола и оксида пропилена, окислительный синтез изопрена из изопентана.
Окисление углеводородов в гидропероксиды. Каталитическое эпоксидирование олефинов гидропероксидами. Технология процесса совместного получения стирола и оксида пропилена.
Коллоквиум 5.
Процессы алкилирования.
Классификация реакций алкилирования. Алкилирующие агенты. Катализаторы. Закономерности алкилирования. Технология алкилирования бензола газообразными олефинами.
Коллоквиум 6.
Производство изобутилена. Синтез алкил-трет-алкиловых эфиров.
Дегидрирование изобутана. Выделение изобутилена из фракций С4- углеводородов. Выделение изобутилена на ионобменных катализаторах. Стадии процесса. Технология процесса.
Анитидетонаторы. Эффективность антидетонаторов. Требования к антидетонаторам. Получение метил-трет-алкиловых эфиров. Катализаторы процесса. Технологические основы процесса. Процессы фирмы «ФИН» и НПО «Ярсинтез».
-97-
Библиографический список
1. Химия и технология мономеров для синтетических каучуков / П.А. Кирпичников [и др.]. – Л.: Химия, 1981. – 264 с.
2. Одабашян, Г.В. Лабораторный практикум по химии и технологии основного органического и нефтехимического синтеза / Г.В. Одабашян. – М.: Химия, 1982. – 240 с.
3. Адельсон, С.В. Технология нефтехимического синтеза / С.В. Адельсон, Т.П. Вишнякова, Я.М. Паушкин. – М.: Химия, 1985. – 608 с.
4.Лебедев, Н.Н. Химия и технология основного органического
инефтехимического синтеза: учебник для вузов / Н.Н. Лебедев. – М.:
Химия, 1975. – 592 с.
5.Белов, П.С. Практикум по нефтехимическому синтезу: учеб. пособие для вузов / П.С. Белов, Т.П. Вишнякова, Я.М. Паушкин. – М.:
Химия, 1987. – 240 с.
6Платэ, Н.А. Основы химии и технологии мономеров / Н.А. Платэ, Е.В. Сливинский. – М.: Наука: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002. – 696 с.
7.Тимофеев, В.С. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза / В.С. Тимофеев, Л.А. Серафи-
мов. – М.: Высш. шк., 2003. – 536 с.
8.Брагинский, О.Б. Нефтехимический комплекс мира / О.Б. Брагинский. – М.: Академия, 2009. – 800 с.
9.Смидович, Е.В. Технология переработки нефти и газа. Крекинг нефтяного сырья и переработка углеводородных газов: учебник для вузов / Е.В. Смидович. – М.: ИД «Альянс», 2011. – 328 с.
10.Лапидус, А.Л. Газохимия: учебное пособие / А.Л. Лапидус, И.А. Голубева, Ф.Г. Жагафаров. – М.: Центрлит-НефтеГаз, 2008.– 450 с.
11.Вержичинская, С.В. Химия и технология нефти и газа: учебное пособие / С.В. Вержичицкая, Н.Г. Дигуров, С.А. Синицин. –
М.: ФОРУМ, 2012. – 400 с.
-98-
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Условные обозначения и сокращения..................................................... |
3 |
Введение..................................................................................................... |
4 |
Лабораторная работа 1 |
|
Дегидрирование н-бутана в импульсном режиме............................. |
6 |
Лабораторная работа 2 |
|
Дегидрирование этилбензола в стирол.............................................. |
15 |
Лабораторная работа 3 |
|
Получение изопрена из изобутилена и формальдегида ................. |
23 |
Лабораторная работа 4 |
|
Получение фенола и ацетона из гидропероксида |
|
изопропилбензола.................................................................................. |
31 |
Лабораторная работа 5 |
|
Эпоксидирование α-олефинов С8 – С10 гидропероксидом |
|
этилбензола............................................................................................. |
44 |
Лабораторная работа 6 |
|
Синтез алкилированных фенолов на катионообменной смоле.... |
50 |
Лабораторная работа 7 |
|
Синтез алкил-треталкилового эфира................................................ |
58 |
Лабораторная работа 8 |
|
Очистка углеводородного сырья от сернистых соединений |
|
каталитическим окислением кислородом воздуха......................... |
64 |
Лабораторная работа №9 |
|
Пиролиз прямогонного бензина.......................................................... |
70 |
Заключение............................................................................................... |
95 |
Программа коллоквиумов....................................................................... |
96 |
Библиографический список.................................................................... |
98 |
-99-
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
проф. Ахмедьянова Раиса Ахтямовна проф. Рахматуллина Алевтина Петровна
ст. науч. сотр. Романова Наталья Владимировна
ТЕХНОЛОГИЯ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Ответственный за выпуск проф. Е.Н. Черезова
|
Лицензия № 020404 от 6.03.97 г. |
|
|
Подписано в печать 2.12.2013 |
Формат 60×84/16 |
||
Бумага офсетная |
Печать Riso |
|
5,81 усл. печ. л. |
6,25 уч.-изд. л. |
Тираж 100 экз. |
Заказ |
«С» 206 |
Издательство Казанского национального исследовательского технологического университета
Офсетная лаборатория Казанского национального исследовательского технологического университета
420015, Казань, К.Маркса, 68
-100-