Технологическая схема процесса получения 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>C6H1OО+H2

C6H11OH>C6H1O+H2O

Исходные данные:

Производительность по циклогексанону, т/сут	400
Состав безводной реакционной смеси: циклогексанон циклогексанол цеклогексен	85 10 5
Потери циклогексанола (% масс) от производительности	2.0
Потери циклогексанона (% масс) от полученного количества	1.0

Материальный баланс процесса
Схема потоков:

С6Н11ОН С6Н11ОН; С6Н10О; С6Н10; Н2О; Н2

	Приход	Расход
	кг/ч	кмоль/ч	кг/ч	кмоль/ч
C6H11ОН C6H10О C6H10 Н2О Н2	20591,84 0 0 0 0	210,12 0 0 0 0	2001 + 411,84 16666,67+168,35 820 180 343,58	20,01 171,79 10 10 171,79
	У1=20591,84	У2 = 20591,44

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:

mполуч (C6H10О) = 16666,67 кг/ч;

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

циклогексанол:

Wполуч (C6H10О) - 85%

Wнепр (C6H11ОН) - 10%

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

mнепр (C6H11ОН) = Wнепр * Мr =20,01*100=2001кг/час

циклогексен:

Wполуч (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%

mпотери (C6H10О) - 1%

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

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

Wвсего (C6H10О) = mвсего/ 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) = Wнепр (C6H11ОН) + W1 (C6H11ОН) + W2 (C6H11ОН) =

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

mобщ (C6H11ОН) = Wобщ* Мr=201,8*100=20180кг/час

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

mп (C6H11ОН) - 2%, mобщ (C6H11ОН) - 98%

mп (C6H11ОН) =20180*2/98=411,84кг/ч

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

Wвсего (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
Пропускная способность установки::

mвсего (C6H11ОН) = 20591,84кг/ч

Конверсия или степень превращения циклогексанола: отношение превращенного сырья к количеству поданного.

бC6H11ОН= mпод (C6H11ОН) - mост (C6H11ОН) / mпод (C6H11ОН) *100%=

= (20591,84 - 2412,84) /20591,84*100%=88,28%

Теоретические расходные коэффициенты:

по C6H11ОН:

т C6H11ОН = Mr (C6H11ОН) / Mr (C6H10О) = 100/98 = 1,02 кг/кг;

Фактические расходные коэффициенты:

по C6H11ОН:

ф C6H11ОН = m (C6H11ОН) / m (C6H10О) = 20591,84/16666,67+168,35 =

=1,22 кг/кг;

Выход готового продукта рассчитывается на исходное и превращенное сырье.

Фактический выход C6H1OО - выход продукта, количество полученного целевого продукта:

QФ = m (C6H1OО) = 16666,67+168,35=16835,02 кг;

Теоретический выход C6H1OО:

C6H11OH>C6H1OО+H2

Mr (C6H11ОН) *стех-е. коэф-ты Mr (C6H1OО) * стех-е. коэф-ты,

m (C6H11ОН) QТ;

20591,84 QТ;

100 98,QТ = (20591,84 * 98) / 100 = 20180 кг;

Выход C6H1OО по циклогексанолу:

С2Н2 = QФ / QТ * 100% = 16835,02 кг / 20180 кг * 100% = 82,42%

Список литературы

1. ??????? ?.?. ????? ? ?????????? ????????? ????????????? ? ???????????????? ???????. ???.2-?, ???.?., "?????", 2005, 736 ?.

2. ???????? ?.?. ?????????? ????????? ????????????? ???????. ?.: "?????", 2008, 846 ?.

3. ????? ?????????? ?????????? / ??? ???. ?.?. ???????. ?.: "?????", 2007, 400 ?.

4. ??????? ??????-??????????????? ????????? / ??? ???. ?.?. ?????????. ?.: ?????, 2008, 300 ?.

5. ?????? ?.?., ?????????? ?. ?, ??????? ?.?. ?????????? ????????????? ???????. ?.: ?????, 2007, 400?.