Теоретическая часть
Циклогексанон получают из циклогексанола окислением кислородом воздуха (окислительное дегидрирование) или 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.

Задание
Составить и описать технологическую схему производства гексахлорбензола;

составить материальный баланс процесса;

рассчитать технологические и технико-экономические показатели.

В основу расчета принять следующие реакции:

C6H6+6Cl>C6Cl6+3HCl

C6H6+3Cl2>C6H3Cl3+3HCl

Исходные данные

Производительность установки по гексахлорбензолу	30
Состав реакционной смеси% масс гексахлорбензол трихлорбензол бензол хлор	20 0.5 78 1.5
Концентрация бензола,% масс	98
Концентрация хлора,% масс	95
Потери бензола,% масс	3

Материальный баланс:

	ПРИХОД	РАСХОД
С6Сl6 C6Н3Сl С6Н6 Cl2 HCl C6H6примесь Cl2примесь	5392.45 1997.25 110.05 105.13	69.13 28.17	1250 31.5 4875+161.77потери 93.75 978.68 110.05 105.13	4.39 0.17 62.5+2.07потери 1.32 26.85
	У = 7604.88	У = 7605.63

Mr (C6Сl6) =12*6+35.45*6=284.7 кг/кмоль

Mr (C6H3Сl3) =12*6+1*3+35.45*3=181.35 кг/кмоль

Mr (C6H6) =12*6_1*6с= 78 кг/кмоль

Mr ( (Cl2) = 35.45*2 = 70.9 кг/кмоль

Mr (HCl) =1+35.45 = 36.45 кг/кмоль

1. Производительность установки = 30 т/сут

m (C6Сl6) = 30 * 1000/24 = 1250 кг/ч

w (C6Сl6) = 1250|284/7 = 4.39 кмоль/ч

2. Состав реакционной смеси:

трихлорбензол

1250 - 20%

х - 0.5%

х = m (C6H3Сl3) = 1250 * 0.5/20 = 31.25 кг/ч

w (C6H3Сl3) = 31.25/181.35 = 0.17 кмоль/ч

не прореагировавший бензол

1250 - 20%

х - 78%

х = mнепр (C6H6) = 1250 * 78/20 = 4875 кг/ч

wнепр (C6H6) = 4875/78 = 62.5 кмоль/ч

не прореагировавший хлор

1250 - 20%

х - 0.5%

х = mнепр (Cl2) = 1250 * 1.5/20 = 93.75 кг/ч

wнепр (Cl2) = 93.75/70.9 = 1.32 кмоль/ч

3. Найдем массу и количество прореагировавшего бензола:

wпрор (C6H6) = w1 (C6H6) + w2 (C6H6),

где w1 (C6H6) - количество бензола пошедшего на целевую реакцию;

w2 (C6H6) - количество бензола пошедшего на образование трихлорбензола.

w1 (C6H6) = w (C6Сl6) = 4.39 кмоь/ч

w2 (C6H6) = w (C6H3Сl3) = 0.17 кмоль/ч

wпрор (C6H6) = 4.39+0.17 = 4.56 кмоль/ч

4. Найдем общее количество и массу бензола, с учетом не прореагировавшего:

wобщ (C6H6) = wпрор (C6H6) + wнепрор (C6H6) = 67.06 кмоль/ч

mобщ (C6H6) = 67.06 * 78 = 5230.68 кг/ч

5. Найдем массу потерь, количество и массу вступившего в реакцию бензола, учитывая потери:

5220.68 - 97%

х - 100%

х = mвсего (C6H6) = 5230.68 * 100/97 = 5392.45 кг/ч

mпотерь (C6H6) = 5392.45 - 5230.68 = 161.77 кг/ч

wпотерь (C6H6) = 161.77/78 = 2.07 кмоль/ч

wвсего чист (C6H6) = 5392.45/78 = 69.13 кмоль/ч

6. Найдем массу примесей бензола:

5392.45 - 98%

х - 2%

х = mприм (C6H6) = 5392.45 * 2/98 = 110.05 кг/ч

7. Найдем количество хлора, прошедшего на обе реакции:

w (Cl2) = w1 (Cl2) + w2 (Cl2),

где w1 (Cl2) - количество хлора, пошедшего на образование гексахлорбензола, w2 (Cl2) - количество хлора на обр-е трихлорбензола.

w1 (Cl2) = 6 * w1 (Cl2) = 26.34 кмоль/ч,

w2 (Cl2) = 3 * w2 (C6H6) = 0.51 кмоль/ч

wпрор (Cl2) = 26.34 + 0.51 = 26.85 кмоль/ч

8. Найдем количество и массу чистого, вступившего в реакцию, учитывая не прореагировавший:

wвсего чист (Cl2) = wпрор (Cl2) + wнепр (Cl2) = 26.85 + 1.32 = 28.17 кмоль/ч

m всего чист (Cl2) = 28.17 * 70.9 = 1997.25 кг/ч

9. Найдем массу примесей хлора:

1997.5 - 95%, х - 5%

х = mприм (Cl2) 1997.5 * 5/95 = 105.13 кг/ч

10. Найдем количество хлороводорода, полученного в общих реакциях:

w (НCl) = w1 (НCl) + w2 (НCl),

где w1 (НCl) кол-во НCl полученного в первой реакции; w2 (НCl) - кол-во НCl полученного во второй реакции.

w1 (НCl) = 6 * w (С6Cl6) = 4.39 * 6 = 26.34 кмоль/ч

w2 (НCl) = 3 * w (C6H3Сl3) = 3 * 0.17 = 0.51 кмоль/ч

w (НCl) = 26.34 + 0.51 = 26.85 кмоль/ч

m (НCl) = 26.85 * 36.45 = 978.68 кг/ч

Технологические и технико-экономические показатели процесса
Пропускная способность установки: 7604,88 кг/ч

Конверсия или степень превращения бензола =M (C6H6) подано - M (C6H6) непрореагировало / M (C6H6) подано * 100%= 5392,45-5036,77 /5392,45 * 100% = 6,5%

Теоретические расходные коэффициенты по С6Н6:

тС6Н6 = Mr (C6H6) / Mr (C6Cl6) = 78/284,7 = 0,274 кг/кг;

по Cl2:

т Cl2 = Mr (Cl2) / Mr (C6Cl6) = 70,9/ 284,4 = 0,249 кг/кг.

Фактические расходные коэффициенты:

по С6Н6:

фС6Н6 = m (C6H6) / m (C6Cl6) = 5392,45/1250 = 4,402 т/т;

по Cl2:

фHCl = m (Cl2) / m (C6Cl6) = 1997,25/1250 = 1,682 т/т.

Выход на поданное сырье:

Фактический выход C6Cl6:

QФ = m (C6Cl6) = 1250 кг;

Теоретический выход C6Cl6:

Mr (С6Н6) Mr (C6Cl6), 78 284,7,m (С6Н6) QТ; 5392,45 QТ;

QТ = (5392,45 * 284,7) / 78 = 19682,44 кг;

Выход C6Сl6 по бензолу:

С6Cl6 = QФ / QТ * 100% = 1250/19682,44 кг * 100% = 6,35%

5. Теоретический выход C6Cl6, рассматриваемый, исходя из кол - ва превращенного С6Н6:

78 - 284.7

mпревр (С6Н6) - Qт'

Qт' = (5392.45 - (4875 - 161.77)) * 284.7/78 = 1161.43 кг

Выход C6Cl6 на превращенный С6Н6:

в' C6Н6 = QФ / QТ * 100% = 1250/1161.43 *100% = 107,63%

Список литературы

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

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

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

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