Оптимизация процесса получения циклогексана гидрированием бензола

Кроме того, циклогексан имеет небольшой адсорбционный коэффициент и поэтому обычно не входит в кинетическое уравнение процесса.[2,3]В выбранной технологической схеме процесс ведется в паровой фазе на никель-хромовых катализаторах под давлением 2 МПа, при максимально допустимой температуре 240 оС (в расчетах принимаем 180оС , молярном соотношении Н2:N2:C6H6 = (5-6):(2-3):1.Процесс ведется в две ступени.Степень конверсии бензола в циклогексан составляет: в реакторе первой ступени 93%, в реакторе второй ступени - 100%.[4]Гидрирование протекает по основной реакцииОпределим термодинамические величины для веществ, участвующих в процессе гидрирования бензола.Таблица 2.1Термодинамические величины веществ, участвующих в процесса[5]ВеществоКоэффициенты уравненияа()водород0130.627.283.260.502бензол49.04173.259.50255.02-циклогексан-123.1298.2-51.72598.8230.3Энтальпия реакцииЭнтропия реакцииЭнергия ГиббсаОпределяем константу равновесияОставляем первоначальную схему процесса А → В.3ОПТИМИЗАЦИЯ РЕАКЦИОННОГО УЗЛАОптимизация реакционного узла включает выбор типа реактора, определение оптимальных параметров процесса и способ ввода реагентов в реакционный узел.Учитывая, что качественный характер изменения дифференциальной и интегральной избирательности от степени превращения ключевого компонента для любого типа реактора, для анализе этой зависимости воспользуемся вышеприведенными уравнениями, тогда:при ,при при при Тогда график этой зависимости можно изобразит графически:Рис.3.1 Зависимость интегральной избирательности по целевому продукту от степени превращенияИз данной графической зависимости видно, что с ростом степени превращения избирательность снижается, следовательно, для проведения процесса необходимо использовать интегральный реактор (РИВ).Уравнения дифференциальной избирательностигде Определим коэффициенты ас использованием данных о селективности или выходе при разных степенях превращения. При получим:Тогда Используя полученное значение коэффициента а рассчитаем в интервале с шагом 0.1. Результаты расчета сведем в таблицу 3.1.Таблица 3.1Зависимость выхода целевого продукта в РИС и РИВ от степени превращенияХА0000.10.08150.090.20.1330.1590.30.160.2080.40.1690.230.50.1640.2470.60.1480.2360.70.1260.2050.80.0870.1560.90.0460.087100Строим графическую зависимость Рис.3.2 - Зависимость выхода целевого продукта от степени превращения: 1 - в РИС, 2 - в РИВПо данным таблицы 3.1 и рис.3. находим значение степени превращения при максимальном выходе в выбранном типе реактора ; . Тогда интегральная избирательность для выбранного типа реактора составитпри [8]Ввод исходных веществ в реакционный узел рассматривается с позиции создания оптимальных концентраций реагентов и следует правилу: повышать концентрации тех реагентов, по которым целевая реакция имеет более высокие порядки, и снижать концентрации реагентов, если по ним целевая реакция имеет самые низкие порядки. [7] Исходя ис того, что в изучаемом процессе протекает одна основная реакция, которая является экзотермичной и протекающей с уменьшением объема, исходные вещества вводятся в одну точку аппарата. Для смещения равновесия в сторону образования циклогексана водород берется в избытке. Также с этой же целью вместе с исходными веществами вводится инертный газ — азот.Рис.3.3 - Схема ввода реагентов в реакционный узелВЫВОДЫКурсовая работа на тему «Оптимизация процесса получения циклогексана гидрированием бензола» выполнена в соответствии с заданием.В работе дана краткая характеристика циклогексана и области его применения, показаны исторические этапы развития производства продукта.В литературном обзоре перечислены виды катализаторов, которые могут применяться при гидрировании бензола и дана подробная характеристика процесса с указанием параметров и требованиями к исходному сырью при применении никелевых катализаторов. Также здесь рассмотрены различные варианты аппаратурного оформления процесса.Во втором разделе работы рассмотрены вопросы кинетики процесса, а также методы повышения равновесной степени конверсии. Составлена схема протекания процесса, выполнены расчеты стандартной константы равновесия реакции.В третьем разделе работы выведена зависимость выхода целевого продукта в РИС и РИВ от степени превращения. В результате мы получили, что оптимальным для данного процесса будет РИВ при . Приведена схема ввода реагентов в реакционный узел.ПРИЛОЖЕНИЯА → ВСхема протекания процессаРис.1 Зависимость интегральнойизбирательностипо целевому продукту от степени превращенияРис.2 Зависимость выхода целевого продукта от степени превращения:1 - в РИС, 2 - в РИВСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ1. Производство капролактама. Под ред. В.И.Овчинникова и В.Р.Ручинского – М.: Химия, 1977. – 264 с2. Лебедев, Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза : учебник для студентов химико-технологических специальностей вузов. – Москва : Альянс, 2013. – 592 с. 3. Патент РФ 2196123 (1996)4. Гутник, С.П. Расчеты по технологии органического синтеза. / С.П.Гутник, В.Е.Сосонко, В.Д.Гутман. – М.: Химия, 19885. Краткий справочник физико-химических величин / сост.: Н. М. Барон, А. М. Пономарева, А. А. Равдель, З. Н. Тимофеева; под ред. А. А. Равделя, А. М. Пономаревой. – СПб. : Иван Федо-ров , 2002. – 238 с.6. Тюрин, Ю. Н. Расчёты по технологии органических ве-ществ: учеб. пособие / Ю. Н Тюрин; ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2004. – 232 с. 7. Лебедев, Н. Н. Теория технологических процессов ос-новного органического и нефтехимического синтеза / Н. Н. Лебе-дев, М. Н. Манаков, В. Ф. Швец. – М. : Химия, 1975. – 478 с.8. Теоретические основы технологии органического и нефтехимического синтеза. Методические указания к курсовой работе для студентов направления 18.03.01 (240100.62) «Химическая технология» / сост. : С.В.Пучков, Ю.В.Непомнящих, Ю.Н.Тюрин — Кемерово, 2015