Текст работы

Содержание

Введение
1. Материальный баланс стадии синтеза
2. Тепловой баланс стадии синтеза
3. Термодинамический анализ основной реакции и расчет константы равновесия
4. Кинетические расчеты
5. Принципиальная технологическая схема стадии синтеза
Список литературы
Введение

Практическое значение процессов окисления в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза трудно переоценить. Их первостепенную роль обусловили следующие причины:
)большая ценность соединений получаемых окислением (спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и их ангидридов, нитрилов и т.д.)
2)широкое многообразие реакций окисления, к которым способны органические вещества, в том числе и углеводороды всех классов.
)доступность и низкая себестоимость большинства окислителей, среди которых главное место занимает кислород воздуха.
Изложенные причины привели к тому, что окислительные процессы получили большое распространение в органическом синтезе. Для осуществления ряда процессов большое значение приобрело гетерогенно-каталитическое окисление (окисление олефинов по насыщенному атому углерода, прямой синтез этиленоксида).
Методом окисления олефинов по насыщенному атому углерода получают акролеин и акриловую кислоту.
Акролеин - простейший альдегид этиленового ряда. Он может быть использован для разнообразных синтезов, основанных на реакциях присоединения по двойной связи и на реакциях карбонильной группы, а также для диеновых синтезов, характерных для соединений с сопряженными двойными связями.
Акролеин - жидкость с резким раздражающим запахом. Он хорошо растворим в воде и образует с ней азеотропную смесь. При длительном хранении или нагревании легко полимеризуется в циклические или линейные полимеры, что заставляет при его переработке использовать добавки ингибиторов. Акролеин широко применяется для получения акриловой кислоты и эфиров, аллилового спирта, синтетического глицерина и других продуктов, в том числе метионина, являющегося ценной добавкой к корму для птиц.
1. Материальный баланс стадии синтеза

Данные для расчета материального баланса:

Основная реакция СН2=СН-СН3 + О2 = СН2=СН-СНО + Н2О (1)
Побочные реакции: 2СН2=СН-СН3 + О2= 2СН3С (О) СН3 (2)
СН2=СН-СН3 +9 О2 = 6СО2 + 6 Н2О (3)

Таблица № 1

Производительность реактора, т/г Число дней работы реактора в году, n Технологический выход продукта, f, %	9500 340 97,0
Степень превращения ХА, %	6
Селективность реакций, %	Основной (1)	75
	побочной (2)	19
Состав пропилено-воздушной смеси % (об.)	пропилен	9,5
	примесь - пропан	2,5
	воздух	88
Состав воздуха, (% об.)	азот	79,0
	кислород	21

Физические свойства веществ, участников реакции представлены в таблице № 2.

Таблица № 2

Вещества	Свойства
	Молекулярная масса	Плотность, кг/м3	Тпл, 0С	Ткип, 0С
С3Н6	42	233	-187,65	-47,7
С3Н8	44	2,019	-187,69	-42,7
О2	32
N2	28
С3Н4О	56	838,9	-86,95	52,69
Н2О	18	998,2
С3Н6О	58	790,5
СО2	44

Приход
)Количество пропилена, требуемое для получения 0,356 кмоль/мин акролеина:

.

2)Количество пропилена с учетом селективности:

.

3)Количество пропилена, требуемое для получения акролеина с учетом степени превращения:

. (177, 408 м3/мин)

4)Количество пропилена, пошедшее на побочные реакции:

Gn,4 = Gn,2 - Gn,1 = 0,475 - 0,356 = 0,119 кмоль/мин.

)Селективность второй побочной реакции:

.

6)Количество пропилена, пошедшего на 1-ую побочную реакцию:



7)Количество пропилена пошедшего на 2-ую побочную реакцию:



8)Количество непрореагировавшего пропилена:

Gn,7 = Gn,3 - Gn,2 = 7,92 - 0,475 = 7,445 кмоль/мин.

)Процентное содержание кислорода и азота воздуха в пропилено-воздушной смеси

объем кислорода в смеси
объем азота в смеси

10)Объем кислорода и азота в смеси (определяется по пропилену):

, 408 - 9,5 %, Х - 18,48 % Gn,8 (О2) =345,1 м3/мин или 15,4 кмоль/мин.
,408 - 9,5 %, Х - 69,52 %Gn,9 (N2) =1298 м3/мин или 57,95 кмоль/мин.

)Количество примеси пропан:

,408 - 9,5 %, Х - 2,5 %Gn,10 =46,68 м3/мин или 2,084 кмоль/мин.

)Количество кислорода, пошедшего на основную реакцию:



13)Количество кислорода, пошедшего на 1-ую побочную реакцию:



14)Количество кислорода, пошедшего на 2-ую побочную реакцию:



15)Количество непрореагировавшего кислорода:

Gn,14 = Gn,8 - Gn,11 - Gn,12 - Gn,13= 15,4-0,356-0,0452-0,1285= 14,8703 кмоль/мин.

Расход
)Количество акролеина, образовавшего в основной реакции:

.

17)Количество воды, образовавшего в основной реакции:



18)Количество 2СН3С (О) СН3, образовавшего в первой побочной реакции:



19)Количество СО2, образовавшего во второй побочной реакции:



20)Количество воды, образовавшейся во второй побочной реакции:



Таблица № 3. Материальный баланс синтеза акролеина

Сырье	Приход
	кмоль/мин.	% моль	кг/мин	% масс.	м3/мин	% об.
С3Н6 (42) С3Н8 (44) О2 (32) N2 (28)	7,92 2,084 15,4 57,95	9,5 2,5 18,48 69,52	332,64 91,696 492,8 1622,6	13,1 3,61 19,4 63,89	177,408 46,68 345,1 1298	9,5 2,5 18,48 69,52
Итого	83,354	100	2539,74	100	1867,18	100
Продукты реакции	Расход
1. С3Н4О (56) 2. Н2О (сумм) (18) 3 С3Н6 (непр.) (42) 4. С3Н6О (58) 5. О2 (непрореаг) 6. СО2 7. Н3Н8 (44) 7. N2 (28)	0,356 0,4417 7,445 0,09044 14,8703 0,0857 2,084 57,95	0,427 0,53 8,935 0,109 17,847 0,104 2,501 69,547	19,936 7,9506 312,69 5,245 475,85 3,7708 91,69 1622,6	0,785 0,313 12,31 0, 207 18,74 0,148 3,61 63,887	7,974 9,895 166,77 2,025 333,095 1,92 46,68 1298	0,427 0,53 8,936 0,108 17,847 0,103 2,5 69,55
Итого	83,324	100	2539,74	100	1866,36	100

2. Тепловой баланс стадии синтеза

Таблица № 4. Данные для расчета теплового баланса

Температура исходных реагентов 0 С	315
Температура продуктов реакции 0 С	395
Тепловые потери от прихода тепла %	9

Термодинамические параметры веществ, участников реакции представлены в таблице № 5:

Таблица № 5

Вещество	∆Н298	Сp = ƒ (t) Дж/моль. К
	кДж/моль	а	в*103	с*106	с/*10-5
С3Н6	20,41	12,44	188,38	-47,6	-
С3Н8	-103,9	-4,80	307,3	-160,16	-
О2	0	31,46	3,39	-	-3,77
N2	191,5	27,88	4,27	-	-
С3Н4О	-80,77	31,26	150	-49,06	-
Н2О	-241,81	30	10,71	-	0,33
С3Н6О	-217,57	22,47	201,8	-63,5	-
СО2	-393,51	44,14	9,04	-	-8,54

.Количество тепла, которое поступает с исходными реагентами:

Тисх= 315+273=588 К.

.1 Определим количество тепла, которое поступает в реактор с пропиленом:

СрС3Н6 =а+вТi+cTi2 =12,44 + 188,38×10-3 × 588 - 47,6×10-6 ×5882 = 106,75 Дж/моль×К,
QС3Н6 = Gi×Cpi×Ti = 7,92 × 106,75 ×588 = 497130 кДж/мин.

.2 Определим количество тепла, которое поступает с примесью пропан:

СрС3Н8 =а+вТi+cTi2 = - 4,8+307,3× 10-3×588 - 160,16×10-6×5882 = 120,52 Дж/моль×К
QС3Н8 = Gi×Cpi×Ti = 2,084 × 210,52 ×588=147684 кДж/мин.

.3 Определим количество тепла, которое поступает с кислородом воздуха:

СрО2 =а+вТi+c // Ti2 = 31,46+3,39×10-3×588 - 3,77×105/5882= 32,36 Дж/моль×К,
Q О2 = Gi×Cpi×Ti = 15,4 × 32,36 ×588=293026 кДж/мин

.4 Определим количество тепла, которое поступает с азотом воздуха:

СрN2 =а+вТi+c // Ti2= 27,88+4,27×10-3×588=30,39 Дж/моль×К
Q N2 = Gi×Cpi×Ti = 57,95 × 30,39 ×588= 1035527 кДж/мин

Суммарное количество тепла, которое поступает в реактор с исходными реагентами:

= 497130 + 147684 + 293026+1035527 = 1973367 кДж/мин.

. Определим количество тепла, выделяющееся в результате химического превращения.
.1 Рассчитаем тепловой эффект химических реакций при температуре
Тj = 668К

Основная реакция: СН2=СН-СН3 + О2 = СН2=СН-СНО + Н2О
= ( (-80,77) + (-241,81)) - (20,41+0) =-342,99 кДж/моль
= (31,26+30) - (12,44+31,46) =17,36
= (150+10,71) ×10-3 - ( (188,38+3,39) ×10-3) =-31,06×10-3
= ( - 49,06×10-6) - (-47,7×10-6) = - 1,46 ×10-6
=0,33×105 - (-3,77×105) =4,1×105
=
=-324,99×103+17,36 (668-298)
=-341487 кДж/моль,
Gi (j), = - (-341487 × 0,356) =121569 кДж/мин

.2 Тепловой эффект для первой побочной реакции:

СН2=СН-СН3 + О2= 2СН3С (О) СН3
= (2× (-217,57)) + (2×20,41+1×0) =-457,96 кДж/моль
= (2×22,47) - (2×12,44+31,46) =-11,14
= (2×201,8) ×10-3 - ( (2×188,38+3,39) ×10-3) =23,61×10-3
= 2× ( - 63,5×10-6) - (2× (-47,7×10-6) +1×0) = - 31,8 ×10-6
=0- (-3,77) ×105 =-3,77×105
=
=-475,96×103+ ( (-11,14) (668-298))
= - 479442 Дж/моль,
Gi (j), = - (-479442 × 0,09044) =43360 кДж/мин

.3 Тепловой эффект для второй побочной реакции:

= (6× (-393,51) + 6× (-241,81) _- (2×20,41+9×0) = - 3852 кДж/моль
= (6×44,14+6×30) - (2×12,44+9×31,46) =136,82
= (6×9,04+6×10,71) ×10-3) - ( (2×188,38+9×3,39) ×10-3) = - 288,7×10-3
= (6×0+6×0) - (2× (-47,7×10-6)) = 95,2 ×10-6
= (6× (-8,54) +6×0,33) ×105 - (2×0+9× (-3,77×105) =-15,33×105
=
=-3852×103+136,82 (668-298))
= - 3847899 Дж/моль
Gi (j), = - (-3847899 × (0,08568+0,08568) =659375 кДж/мин

Суммарное количество тепла, выделяемое в ходе химической реакции:

121569 +43360 +659375 = 824304 кДж/мин.
-

реакция экзотермическая, его значение ставим в приход теплового баланса.
. Так как при данной температуре не происходит фазовое превращение, то Qф = 0
Расход тепла
4. Определим количество тепла, требуемое для нагревания исходных реагентов до температуры реакции.
Так как температура реакции на входе в реактор отличается от температуры в зоне реакции, то теплоемкость веществ участников реакции рассчитаем при средней температуре:

Тср = (588+668) /2 = 628 К.

.1 Количество тепла, необходимое для нагревания пропилена до температуры реакции:

СрС3Н6 = а + вТср + сТср2 = 12,44 + 188,38×10-3 × 628 - 47,6×10-6 ×6282=111,969 Дж/моль*КС3Н6 = 7,92 × 111,969 × (668-588) =70943 кДж/мин

.2 Количество тепла, необходимое для нагрева азота до температуры реакции:

СрN2 = а + вТср + с // Тср2 = 27,88 + 4,27×10-3 × 628=30,56 Дж/моль*КС3Н6 = 57,95 × 30,56 × (668-588) =141676 кДж/мин

.3 Количество тепла, необходимое для нагрева кислорода до температуры реакции:

СрО2 = а + вТср + с // Тср2 = 31,46 + 3,39×10-3 × 628+ (-3,77×10-6) /6282=32,63 Дж/моль*КО2 = 32,63 × 15,4 × (668-588) =40200 кДж/мин

.4 Количество тепла, необходимое для нагрева пропана:

СрС3Н8 = а + вТср + сТср2 = - 4,80 + 307,3×10-3 × 628 - 160,16×10-6 ×6282 =125,0 Дж/моль*КС3Н6 = 2,084 × 125 × (668-588) =20840 кДж/мин

Суммарное количество теплоты, которое необходимо для нагрева исходных реагентов до температуры реакции:

= 70943 +141676 +40200+20840 =273659 кДж/мин.

. Количество тепла, которое выходит из реактора с продуктами реакции при температуре Tj = 668 K,
.1 Количество тепла, которое выходит с акролеином:

СрС3Н4О = а + вТср + сТср2 = 31,26 + 150×10-3 × 668 - 49,06×10-6 ×6682 =109,56 Дж/моль*К, QС3Н4О = 0,356 × 109,56 × 668=26054 кДж/мин

.2 Количество тепла, выходящее с водяным паром (суммарное)

СрН2О = а + вТср + с // Тср2 = 30 + 10,71×10-3 × 668+ (0,33×105) /6682=37,23 Дж/моль*КН2О = 0,4417 × 37,23 × 668=10984,9 кДж/мин

.3 Количество тепла, выходящее с ацетоном:

СрС3Н6О = а + вТср + сТср2 = 22,47 + 201,8×10-3 × 668 - 63,5×10-6 ×6682 =128,93 Дж/моль*КС3Н6О = 0,09044 × 128,93 × 668=7789 кДж/мин

.4 Количество тепла, выходящее с углекислым газом:

СрСО2 = а + вТср + с // Тср2 = 44,14 + 9,04×10-3 × 668- (8,54×105) /6682=48,26 Дж/моль*К, QСО2 = 0,0857 × 48,28 × 668=2763 кДж/мин

.5 Количество тепла, выходящее с пропаном (примесью):

СрС3Н8 = а + вТср + сТср2 = - 4,8 + 307,3×10-3 × 668 - 160,16×10-6 ×6682 =129 Дж/моль*КС3Н8 = 2,084 × 129 × 668=179582 кДж/мин

.7 Количество тепла, выходящее с непрореагировавшим кислородом:

СрО2 = а + вТср + с // Тср2 = 31,46 + 3,39×10-3 × 668+ (-3,77×105) /6682=33,22 Дж/моль*КО2 = 14,8703 × 33,22 × 668=329986 кДж/мин

.8 Тепло с непрореагировавшим пропиленом:

СрС3Н6 = а + вТср + сТср2 = 12,44 + 188,38×10-3 × 668 - 47,6×10-6 ×6682 =117,04 Дж/моль*КС3Н6 = 7,445 × 117,04 × 668=582070 кДж/мин

.9 Количество тепла выходящее с азотом (примесь):

СрN2 = а + вТср + с // Тср2 = 27,88 + 4,27×10-3 × 668=30,73 Дж/моль*КN2 = 57,95 × 30,73 × 668=1189576 кДж/мин

Суммарное количество тепла, которое выходит из реактора с продуктами реакции:

=26054 +10984,9 +7789+ 2763 + 179582 + 329986+582070+1189576 = 2328804 кДж/мин.

. Определим потери тепла:
приход = ∑Qi. + ∑Qr = 1973367 +824304 =2797671 кДж/мин,потерь = 0,09 × 2797671 = 251790 кДж/мин.

. Определим количество тепла, отводимое (подводимое) от реактора при помощи теплоносителя (хладагента):

Орасход = Qj + Qнагр. + Qпотерь=2328804 +273659 +251790 =2854253 кДж/мин,F = 2854253 - 2797671 = 56582 кДж/мин.F > 0, тепло необходимо подводить, его значение ставим в расход тепла с отрицательным знаком.

. Исходя из тепловой нагрузки на реактор определим поверхность теплообмена.

F= где QF=56582 кДж/мин.
Kt= 48=

Принимаем начальную температуру хладагента 500С, конечную

0С
355-50=305 0С
355-200=155 0С
==0С
F=м2

Результаты расчетов сводим в таблицу теплового баланса.

Таблица № 6. Тепловой баланс стадии синтеза

Приход тепла	Расход тепла
Тепловой поток	кДж/мин	%	Тепловой поток	кДж/мин	%
Qi.	1973367	70,54	Qj	2328804	83,24
Qr	824304	29,46	Qнагр	273659	9,77
			Qпотерь	251790	8,99
			QF	-56582	-2,0
Итого	2797671	100	Итого	2797671	100

3. Термодинамический анализ основной реакции и расчет константы равновесия

Определить вероятность протекания реакции и значение константы равновесия:

СН2=СН-СН3 + О2 = СН2=СН-СНО + Н2О

Температурный интервал, оС	30 - 830
Шаг изменения температуры, оС	80

Таблица № 7. Термодинамические свойства веществ

Вещество	∆Hof,298,кДж/моль	∆Sof,298,Дж/мольК	Ср = f (T) #
			a	b∙103	c∙106 с’∙10-5
Пропилен Кислород (г) Акролеин Вода (г)	20,41 0 80,77 241,81	266,94 205,03 287,90 188,74	12,44 31,46 31,26 30	188,38 3,39 150 10,71	-47,6 3,77 49,06 0,33

. Вычисляем тепловой эффект данной реакции, протекающей в заданном интервале температур.
Изменение энтальпии реакции при стандартных условиях:

∆Нrо298 = - 342,99 кДж/моль, ∆а = 17,36 ∆b = - 31,06∙10-3
∆с = - 1,46∙10-6 ∆с’ = 4,1∙105
При t=30 0 C =303К

При t=830 0 C =1103К


Результаты расчета теплового эффекта при других температурах представлены в таблице
1.Определим изменение энтропии в этом интервале температур.
Изменение энтропии реакции при стандартных условиях:


При t=830 0 C =1103К


Результаты расчета изменения энтропии для остальных температур представлены в таблице.
2.Вычисляем изменение изобарно-изотермического потенциала системы (свободной энергии Гиббса) в ходе реакции при стандартном давлении Р = 1 атм. и при заданном интервале температур и оцениваем термодинамическую вероятность протекания данной реакции:

∆G0r,303 = - 342927 - 303∙4,8768 = - 344404 Дж/моль
∆G0r,1103 = - 346166 - 1103∙3,7022 = - 350323 Дж/моль

Результаты расчета значений энергии Гиббса для остальных температур представлены в таблице.
.Из уравнения изотермы Вант-Гоффа, определяем константу равновесия реакции



Результаты проведенных расчетов сводим в таблицу зависимости термодинамических функций от температуры.

Таблица № 8. Зависимость термодинамических функций от температуры

№	Т, К	∆Н0r,T Дж/моль	∆S0r,T Дж/моль. К	∆G0r,T Дж/моль	ln Kp	Kp
1	303	-342927	4,8768	-344404	136,71	2,357*1059
2	383	-342122	7,2549	-344900	108,31	1,09*1047
3	463	-341621	8,4549	-345535	89,76	9,63*1038
4	543	-341381	8,9394	-346235	76,69	2,03*1033
5	623	-341383	8,9395	-346952	66,98	1,23*1029
6	703	-341619	8,5878	-347656	59,48	6,8*1025
7	783	-342081	7,9677	-348319	53,5	1,72*1023
8	863	-342767	7,1347	-348924	48,63	1,31*1021
9	943	-343677	6,1281	-349455	44,57	2,27*1019
10	1023	-344810	4,9768	-349901	41,14	7,3*1017
11	1103	-346166	3,7022	-350323	38,2	3,89*1016

По рассчитанным данным строим графики зависимостей

∆Н0r,T=f (T)
∆S0r,T=f (T)
∆G0r,T=f (T)
ln Kp=f (1/T)

Т.к. Кр>>1, равновесие в системе смещено в сторону образования продуктов реакции (выход продукта велик). Реакция имеет самопроизвольный характер на все протяжении интервала температур. Из расчета Кр видно, что выход продукта велик и при малых значения температур и дальнейшее увеличение температуры ведет к снижению скорости реакции.
Таким образом, из полученных результатов расчета видно, что во всем интервале температур реакция экзотермическая (∆Нr,T , сек. со, моль/л00,1030,09160,08290,073130,064180,055230,046300,037380,028500,019690,01
Таблица № 10. Экспериментальные данные константы скорости реакции от температуры

Температура, К	605	620	635	650
К, с-1	231,73	267,07	305,76	347,86

Необходимо определить порядок реакции, энергию активации и составить полное кинетическое уравнение..Определение порядка реакции.
Порядок реакции определяется методом постановки и графическим методом. Согласно метода подстановки, подставляем значения концентрации и времени в уравнения реакции.
)Для момента времени τ=3 сек.
Для реакции первого порядка:
=

Для реакции второго порядка:

==0,329

Для реакции третьего порядка:
=

2)Для момента времени τ=6 сек
Для реакции первого порядка:

=

Для реакции второго порядка:

==0,366

Для реакции третьего порядка:

==0,7219

3)Для момента времени τ=69 сек
Для реакции первого порядка:
=
Для реакции второго порядка:
==0,7219
Для реакции третьего порядка:
=
Значения констант скоростей для времени τ.

Таблица № 11

№	k-для реакции 1-го порядка	k-для реакции 2-го порядка	k-для реакции 3-го порядка
1	0,031	0,329	3,459
2	0,033	0,366	4,06
3	0,035	0,411	4,869
4	0,034	0,432	5,543
5	0,033	0,454	6,41
6	0,034	0,51	8,099
7	0,033	0,567	10,51
8	0,033	0,677	15,467
9	0,029	0,735	26,7
10	0,033	1,3	71,739
кср	0,0328	0,5781	15,6856
Δ %	3,41	33,8	85,5

Погрешность расчета констант скоростей Δ определяется:
Δабc=| Кср-К|
Δабc. ср=
Δ%=

Для реакции первого порядка: Δ%= %
Для реакции второго порядка: Δ%=
Для реакции третьего порядка: Δ%=

Как видно из проведенных расчетов, близкие между собой значения получены из уравнения I-го порядка, следовательно, реакция протекает по кинетическому уравнению

.

4)Для определения порядка реакции графическим методом, строят графические зависимости в координатах:

для реакций первого порядка,
для реакций второго порядка,
для реакций третьего порядка.

Данные для построения графиков.

Таблица № 12

τ сек	С моль/л
3	0,091	0,094	10,98	120,75
6	0,082	0, 198	12, 19	148,72
9	0,073	0,315	13,69	187,65
13	0,064	0,446	15,625	244,14
18	0,055	0,598	18,18	330,57
23	0,046	0,776	21,74	472,59
30	0,037	0,994	27,03	730,46
38	0,028	1,273	35,71	1275,5
50	0,019	1,66	52,63	2770
69	0,01	2,3	100	10000

Прямолинейная зависимость получена в координатах lnci,0/ci, = f (τ), следовательно, исследуемая реакция первого порядка.
II Определение энергии активации.
Энергию активации определим аналитически и графически.
)Для определения аналитическим методом используем формулу:


Дж/моль
Дж/моль
Дж/моль

Среднее значение энергии активации: =29514 Дж/моль
2)Строим график зависимости в координатах lnK =f (1/T).
График зависимости представлен на рисунке № 8

Таблица № 12 Данные для построения графика.

Т, К	k	lnk	1/Т
605	231,73	5,45	0,00165
620	267,07	5,59	0,00161
635	305,76	5,72	0,00157
650	347,86	5,85	0,00153

По графику определим тангенс угла наклона



Определим энергию активации по уравнению:

Еакт= - R = - 8,324 (-3250) = 27020, 5 Дж/моль

Относительную ошибку между значениями энергии активации, полученными аналитическим и графическим методами.

,

По графику зависимости, построенному в координатах lnK =f (1/T), определим предэкспоненциальный множитель:

Ln A0=7,43 A0=1685

и по рассчитанным значениям порядка реакции и энергии активации запишем общее кинетическое уравнение:

,

где Ао - предэкспоненциальный множитель;
n - порядок реакции.



Установлено, что реакция получения акролеина протекает по уравнению первого порядка, что подтверждается проведенными расчетами аналитическим и графическим методами и т.к. концентрация одного из реагентов находится в постоянном избытке по отношению к другому. Энергия активации для данного процесса составляет порядка 29514 Дж/моль.

5. Принципиальная технологическая схема стадии синтеза

Принципиальная схема синтеза акролеина представлена на рисунке 9.



Описание технологической схемы.
Пропилен из ёмкости Е1 смешивается с воздухом в смесителе 1 СМ1 и газодувкой Н-1 подаётся в подогреватель П1, в котором реакционная смесь подогревается до 315°С греющим паром. Из подогревателя П1 реакционная смесь поступает в реактор Р, где на катализаторе происходит окисление пропилена в акролеин. Выделяющееся тепло реакции снимается циркулирующим высокотемпературным теплоносителем (кремнийорганическая жидкость тетра-м-крезоксисилан [ТСК]). ТСК циркулирует через котёл-утилизатор КУ, в котором используется для выработки пара. После реактора реакционная смесь поступает в холодильник Х1, охлаждаемый водой. Для отделения акролеина от реакционной смеси смесь подаётся в абсорбер А1, орошаемый водой. Акролеин хорошо растворяется в воде. Водный раствор акролеина, выходящий с нижней части абсорбера А1, направляется на предварительную ректификацию в ректификационную колонну РК1. Выходящие с верха абсорбера А1 реакционные газы, содержащие непрореагировавший пропилен, кислород, а также оксид и диоксид углерода, азот, направляются на дальнейшую очистку в абсорбер А2. В ректификационной колонне РК1 акролеин и другие продукты окисления отделяются от промывной воды. Вода, вытекающая из низа ректификационной колонны РК1, направляется на орошение абсорбера А1. Акролеин и другие продукты окисления отводятся сверху ректификационной колонны РК1 и направляются на ректификацию в ректификационную колонну РК2, где происходит отделение от акролеина побочных продуктов окисления (ацетальдегид). Сверху колонны РК2 отбирается ацетальдегид, собирается в ёмкость Е2 и затем отгружается потребителям. С низа колонны РК2 отбирается акролеин-сырец, который направляется на окончательную ректификацию в ректификационную колонну РК3. С верха колонны РК3 отбирается товарный акролеин, который собирается в ёмкости Е3 и по мере накопления отгружается потребителю. С низа колонны РК3 отбирается кубовые остатки, которые собираются в ёмкости Е4 и затем направляются на обезвреживание. В абсорбере А2 реакционные газы, поступающие из абсорбера А1, очищаются от СО2. Для этого в верх абсорбера подаётся поташ. Поташ вступает в реакцию с СО2 с образованием гидрокарбоната калия:

К2СО3 + СО2 + Н2О → 2КНСО3

Очищенные от СО2 реакционные газы с верха абсорбера А2 направляются в цех обезвреживания отходов, где используются при сжигании органосодержащих промстоков. С низа колонны отбирается гидрокарбонат калия, который поступает в десорбер Д, где из него выделяется СО2. Выделившийся в десорбере СО2 направляется в цех получения углекислоты. Стекающий с низа десорбера гидрокарбонат калия снова направляется на орошение абсорбера А2.
Список литературы

1.Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза - Л.: Химия, 1988-592с.
2.Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. К.П. Мищенко и А.А. Равделя - Л.: Химия, 1972-80c.
.Расчеты химико-технологических процессов под ред. Мухленова И.П. - Л.: Химия, 1977-80с.