161


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
метанола.................………………………..56
Задание 18.
Производство циклогексана
гидрированием бензола…………………..60
Задание 19.
Производство изопропилбензола………...63
Задание 20.
Производство этилена…………………….67
www.mitht.ru/e-library
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОЙ РАБОТЫ……………………………………3
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА………………6
Задание 1.
Производство серной кислоты из серы……6
Задание 2.
Производство аммиака……………………...9
Задание 3.
Производство аммиачной селитры………..12
Задание 4.
Производство азотной кислоты..............….15
Задание 5.
Производство метилового спирта............…18
Задание 6.
Производство этилового спирта.............…..21
Задание 7.
Производство этилбензола..................……..25
Задание 8.
Производство уксусной кислоты
окислением ацетальдегида........................…28
Задание 9.
Производство ацетальдегида из этилена..…32
Задание 10.
Производство стирола.....................……….35
Задание 11.
Производство винилацетата из
этилена и уксусной кислоты
парофазным методом......………………….38
Задание 12.
Производство винилацетата из
ацетилена и уксусной кислоты
парофазным методом......………………….41
Задание 13.
Производство монохлорбензола
хлорированием бензола............................…44
Задание 14.
Производство 1,2-дихлорэтана (ДХЭ).....…46
Задание 15.
Производство дивинила (бутадиена-1,3).…50
Задание 16.
Производство оксида этилена..............….…52
Задание 17.
Производство метилформиата
каталитическим дегидрированием
www.mitht.ru/e-library
ты пиролиза бензиновой и этановой фракций. Все газообраз-
ные продукты, кроме этилена и этана, образующиеся при пи-
ролизе как бензиновой, так и этановой фракций следует объе-
динить в один материальный поток (остаточный газ). Количе-
ство выводимого из системы этилена складывается из полу-
ченного при пиролизе бензиновой и этановой фракций.
Рекомендуемая литература
Химия нефти и газа. / Авт.: Богомолов А.И., Гайле А.А.,
Громова В.В. и др. – СПб.: Химия, 1995. – 448 с. Пиролиз угле-
водородного сырья. / Авт.: Мухина Т.Н., Барабанов Н.Л., Ба-
баш С.Е. и др. – М.: Химия, 1987. – 240 с.
Торховский В.Н.,
Лихтерова Н.М., Песин О.Ю.
Пиролиз жидкого углеводород-
ного сырья. – М.: ИПЦ МИТХТ, 2000. – 32 с.
Смидович Е.В.
Технология переработки нефти и газа. – М.: Химия, 1968. – 376
с.
Магарил Р.З
. Механизм и кинетика гомогенных термиче-
ских превращений углеводородов. – М.: Химия, 1970. – 224 с.
www.mitht.ru/e-library
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Выход продуктов при пиролизе бензино-
вой фракции, % (по массе):
газообразные
пироконденсат
тяжелая смола
71,0
22,5
6,5
70,0
23,0
7,0
74,0
20,0
6,0
75,0
19,0
6,0
Содержание в газообразных продуктах
пиролиза бензиновой фракции, % (по
массе):
этилена
этана
28,4
8,8
28,0
9,0
28,5
8,0
29,0
7,5
Содержание этилена в продуктах пироли-
за этановой фракции, % (по массе)
50,0
48,0
45,0
47,5
Базис расчета, тонн:
исходной бензиновой фракции
товарного этилена
этилена, получаемого при пиролизе
бензиновой фракции
этана, получаемого при пиролизе бен-
зиновой фракции
Методические рекомендации
по выполнению расчета
При составлении структурной блок-схемы рекомендуется
принять к рассмотрению следующие три блока: 1- пиролиз
бензиновой фракции, 2- пиролиз этановой фракции, 3- выделе-
ние товарных продуктов.
Считать, что этановая фракция, направляемая на пиролиз,
полностью состоит из этана. В третий блок поступают продук-
www.mitht.ru/e-library
Условия проведения процесса пиролиза бензиновой и
этановой фракций приведены в таблице (см. ниже).
После охлаждения (закалки в закалочно-испарительных
аппаратах) продукты пиролиза бензина и этановой фракции
объединяются в один поток.
Таблица
Условия процесса пиролиза
Сырье
Т,
С
, с
пар
, %
Бензиновая
фракция
815–840
0,5–0,6
50–60
Этановая
фракция
840–860
0,45–0,55
30–35
Процесс получения этилена включает следующие после-
довательные стадии: пиролиз, подготовка полученных продук-
тов (охлаждение до 40
С, удаление тяжелой смолы – выкипает
выше 190–200
С и водного конденсата), компримирование и
осушка, разделение продуктов.
Из блока разделения выводят следующие материальные
потоки: пироконденсат (выкипает ниже 190–200
С), тяжёлую
смолу, фракцию углеводородов С
, пропан, пропилен, этан
(превращается не полностью и возвращается на пиролиз), эти-
лен и водород-метановую фракцию.
www.mitht.ru/e-library
Задание. 20. Производство
этилена
Этилен один из наиболее крупнотоннажных химических
продуктов. В промышленности основного органического и
нефтехимического синтеза с использованием этилена реализу-
ют процессы получения полиэтилена, этилового спирта, оксида
этилена, стирола (через этилбензол), дихлорэтана и ряда дру-
гих хлорпроизводных.
Основным промышленным методом получения этилена
является пиролиз (высокотемпературное разложение) углево-
дородного сырья в трубчатых печах в присутствии водяного
пара. Наиболее широко в качестве сырья используют низкоок-
тановые бензиновые фракции, получаемые при первичной пе-
реработке нефти и выкипающие в широком интервале темпе-
ратур (40–170
С).
В качестве товарных продуктов, кроме этилена, при пи-
ролизе выделяют пропилен, фракцию углеводородов С
, арены,
а также ряд других побочных продуктов, газообразных и жид-
ких фракций, используемых как вторичное сырье. Одной из та-
ких фракций является этановая фракция, содержащая 94–95%
(объемн.) основного продукта, которая используется в пироли-
зе для получения этилена.
Условия пиролиза бензиновой и этановой фракций раз-
личны, поэтому превращение этих двух видов сырья осущест-
вляют порознь (в двух печах).
www.mitht.ru/e-library
По блоку
смешения
– составляют уравнение по бензолу; по
блоку
алкилирования
– по бензолу и пропилену; по блоку
рек-
тификации
– «базисное» уравнение по изопропилбензолу,
циркулирующему бензолу и тетраизопропилбензолу.
При расчете вариантов 3 или 4 уравнения по этилбензолу
и тетраизопропилбензолу составляют, используя данные о ко-
личестве киломолей пропилена и этилена, поступающих на ал-
килирование.
Рекомендуемая литература.
Основы технологии нефтехимического синтеза
/ Под ред. Динце-
са А.И. и Потоловского Л.А. – М.: Гостоптехиздат, 1960. – 852 с.
Лебе-
дев Н.Н.
Химия и технология основного органического и нефтехимиче-
ского синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с. Новые процессы органиче-
ского синтеза
. /
Под ред. Черных С.П. – М.: Химия, 1989. – 400 с.
Ти-
мофеев В.С., Серафимов Л.А.
Принципы технологии основного органи-
ческого и нефтехимического синтеза. – М.: Высш. шк., 2003. – 536 с.
Соколов Р.С.
Химическая технология: Учебн. пособие для
студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гуманит. изд.
центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.
www.mitht.ru/e-library
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Состав пропиленовой фракции, % (по
оъёму):
– пропилен
– этилен
20
Конверсия бензола, %
– – 40 42
Селективность по целевому продукту на
пропилен, %


Состав алкилата, % (по массе):
– изопропилбензол
– бензол
– тетраизопропилбензол






Базис расчета, кг изопропилбензола 1000 1500 800 1200
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Структурную блок–схему рекомендуется представить в
виде трёх блоков: 1–
смешение свежего и циркулирующего
бен-
зола
; 2–
алкилирование
; 3–
ректификация
(разделение продук-
тов синтеза с выделением целевого продукта). При расчете ма-
териального баланса не учитывать: поток катализаторного
комплекса и воду, поступающую на промывку алкилата.
Принять конверсию пропилена и этилена – 100%.
Балансовые уравнения составляются по каждому блоку.
www.mitht.ru/e-library
– 55, C
Cl – 7, ПАБ – 27 и находится в жидкой фазе.
Процесс алкилирования на данном катализаторе характеризу-
ется высокой селективностью и интенсивностью, а также срав-
нительно простым технологическим оформлением. Кроме того,
присутствие хлорида алюминия позволяет катализировать как
реакции алкилирования, так и реакции переалкилирования, в
результате которых из полиалкилбензолов и бензола образуют-
ся низшие алкилбензолы.
Технологический процесс производства изопропилбензо-
ла состоит из следующих стадий: 1- подготовка исходного сы-
рья (смешение свежего и циркулирующего бензола, осушка и
очистка от примесей); 2- приготовление катализаторного ком-
плекса; 3- алкилирование бензола пропиленом; 4- подготовка
алкилата к ректификации (отмывка от катализаторного ком-
плекса; 5- ректификация алкилата и получение целевого про-
дукта.
Процесс проводят при следующих условиях: давление –
0,1–0,5 МПа; температура процесса 70–90
С.
Для подавления реакций последовательного алкилирова-
ния и полимеризации пропилена берут избыток бензола: мо-
лярное отношение бензола к пропилену 2,5:1.
В этих условиях основная реакция (1) необратима. Сте-
пень превращения бензола – 40%. Конверсия пропилена – 98%.
На образование целевого продукта расходуется до 80% конвер-
тированного бензола.
www.mitht.ru/e-library
Задание 19. Производство
изопропилбензола.
Изопропилбензол (кумол) является сырьем для получения
фенола, ацетона и мономеров, используемых в производстве
синтетического каучука. В промышленности изопропилбензол

–СН(СН
) получают методом алкилирования бензола.
Основная реакция получения изопропилбензола описывается
уравнением:
 СН
–СНСН
 С
СН(СН
. (1)
Одновременно с основной реакцией (1) протекает ряд по-
бочных реакций последовательного алкилирования, приводя-
щих к образованию полиалкилбензолов (ПАБ):
СН(СН
 СН
–СНСН
 С
[СН(СН
, (2)
[СН(СН
 СН
–СНСН
 С
[СН(СН
. (3)
Кроме указанных выше реакций имеют место процессы
образования этилбензола и бутилбензолов. Это возможно за
счёт присутсвующих в пропан-пропиленовой фракции этилена
и бутиленов. Реакция алкилирования бензола (1) обратима. Из
термодинамических соображений её целесообразно проводить
при низкой температуре, повышенном давлении и избытке
пропилена.
Процесс проводят в присутствии катализатора – ком-
плексного соединения AlCl
и HCl с ароматическими углево-
дородами. Катализаторный комплекс содержит, %: AlCl
– 11,
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
При составлении структурной блок–схемы потоков ста-
дию очистки бензола от сернистых соединений следует исклю-
чить. Структурная блок–схема может быть сведена к четырём
блокам:
смешение
,
гидрирование
,
конденсация и сепарация
, .
ректификация
. Непрореагировавший водород (после конден-
сации и сепарации) возвращают на стадию гидрирования.
По блоку –
смешение
– составляют уравнение по водоро-
ду
По блоку –
гидрирование
– составляют два уравнения:
уравнение, учитывающее заданное соотношение между посту-
пившими в реактор водородом и бензолом, и уравнение, опре-
деляющее количество прореагировавшего водорода.
По блоку –
ректификация
– составляют три уравнения –
«базисное» по циклогексану, по метилциклопентану и непро-
реагировавшему бензолу.
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с.
Черный И.Р.
Производство мономеров и сырья для нефтехи-
мического синтеза. – М.: Химия, 1973. – 264 с.
www.mitht.ru/e-library
частности реакция (2), энергия активации которой выше энер-
гии активации основной реакции (1).
Процесс получения циклогексана слагается из ряда по-
следовательных технологических операций: очистка бензола от
сернистых соединений, смешение исходных бензола и водоро-
да с оборотным водородом, подогрев реакционной смеси, син-
тез, охлаждение (конденсация) и разделение (сепарация) про-
дуктов реакции, очистка (ректификация) целевого продукта.
В большинстве случаев процесс осуществляют в реакторе
трубчатого типа с использованием никелевого катализатора
(носитель – оксид хрома) при температуре 200
С, давлении 1,5
– 2,0 МПа и избытке водорода. В условиях проведения процес-
са равновесие основной реакции (1) практически полностью
смещено в сторону целевого продукта. Конверсия бензола и
селективность процесса составляют более 90%. Из побочных
реакций наибольшее значение имеет реакция (2) – образования
метилциклопентана.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Конверсия бензола, %
93,0 94,0 – –
Конверсия водорода, %
– – 39,0 37,0
Селективность процесса, %
97,0 95,0 93,0 96,0
Соотношение Н

в смеси, посту-
пающей на гидрирование, отн. моль.
7,0
8,0
7,5
7,5
Базис расчета, кг циклогексана
1000 2000 2500 3000
www.mitht.ru/e-library
Задание 18. Производство
циклогексана
гидрированием
бензола
Циклогексан широко используется в производствах поли-
амидных волокон (капрон, найлон), адипиновой кислоты, а
также в качестве растворителя.
В промышленности циклогексан получают путем гидри-
рования бензола или при переработке узких бензиновых фрак-
ций нефти. Следует отметить, что в общем балансе последний
способ занимает очень незначительную долю.
Процесс синтеза циклогексана гидрированием бензола
может быть описан уравнением:
 3Н
С
. (1)
Реакция обратима и протекает с выделением большого
количества тепла.
Одновременно с основной протекает ряд последователь-
ных побочных реакций, например, образование метилцикло-
пентана или разложение циклогексана до метана и углерода:
 СН
–С
, (2)
 3СН
 3С. (3)
Из термодинамических соображений процесс гидрирова-
ния бензола целесообразно проводить при низкой температуре,
повышенном давлении и избытке водорода.
Для обеспечения высокой скорости процесса при сравни-
тельно низких температурах применяют катализаторы. При
этом не получают значительного развития побочные реакции, в
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
При составлении структурной блок–схемы рекомендуется
рассматривать четыре блока: 1-
смешение
, 2-
синтез
, 3-
кон-
денсация и сепарация
, 4-
ректификация
.
По первому блоку составляют уравнение смешения све-
жего и циркулирующего метанола. По второму – уравнение
распределения непрореагировавшего и получившегося по по-
бочной реакции метанола на циркулирующий и выводимый с
метилформиатом-ректификатом. По третьему блоку составля-
ют уравнение, определяющее массу газообразных продуктов,
состоящих из водорода и оксида углерода(II). По четвёртому
блоку «базисное» уравнение по метилформиату на свежий по-
ток метанола, в котором количество свежего метанола склады-
вается из метанола, пошедшего на образование выводимого из
системы метилформиата, ушедшего с ним метанола и метано-
ла, израсходованного на образование СО по реакции (2). Со-
держание метанола в товарном метилформиате-ректификате
составляет 5% (по массе).
Рекомендуемая литература
Старчевский М.К., Паздерский Ю.А., Моисеев И.И.
Ме-
тилформиат: методы получения. // Хим. пром. 1991. № 7. С.
389-393.
Егорова Е.В.
Получение метилформиата каталитиче-
ским дегидрированием метанола. // Диссертация на соиск. уче-
ной степ. канд. техн. наук. – М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносо-
ва, 1998.
www.mitht.ru/e-library
ции выходят с температурой 200°С и поступают в испаритель,
где отдавая тепло исходному сырью, охлаждаются до 60°С.
Охлажденные продукты реакции направляют в водяной холо-
дильник, а затем в сепаратор, в котором происходит разделе-
ние газообразных и жидких продуктов реакции. Газообразные
продукты могут быть использованы в процессах гидрирования,
гидроформилирования или направляются на сжигание для по-
лучения дополнительного количества энергии. Жидкие про-
дукты поступают на разделение в колонну ректификации. Ме-
танол, выходящий из куба колонны, пройдя водяной холодиль-
ник, поступает на рециркуляцию. Товарный продукт – метил-
формиат-ректификат поступает в сборник целевого продукта, а
затем выводится на склад.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Конверсия метанола, %
16,5 22,5 34,8 40,5
Содержание метилформиата в циркули-
рующем метаноле, % (по массе)
0,60
0,61
0,62
0,64
Содержание оксида углерода(II) в газооб-
разных продуктах, % (по объему)
6,7
9,7
19,5
21,8
Базис расчета, кг метилформиата-
ректификата
www.mitht.ru/e-library
В настоящее время метилформиат используется, в основ-
ном, для получения муравьиной кислоты и производства фор-
мамидов. Среди перспективных направлений использования
метилформиата следует отметить получение диметилкарбона-
та, уксусной кислоты, этиленгликоля, дифосгена и некоторых
других соединений. Кроме того, метилформиат может быть
использован вместо синтез–газа в процессах карбонилирования
олефинов.
Одним из способов получения метилформиата является
каталитическое дегидрирование метанола:
2СН
ОН
НСООСН
 2H
. (1)
Наряду с основной реакцией протекает побочная – декар-
бонилирование метилформиата:
HCOOСH
СН
ОН  СО. (2)
Реакцию дегидрирования метанола в метилформиат про-
водят в присутствии медьсодержащих катализаторов при тем-
пературе 200–300°С и объемной скорости подачи метанола 3–
10 ч
-1
.
Исходный метанол (свежий) поступает в смеситель, где
смешивается с рециркулирующим (оборотным) метанолом. За-
тем сырье последовательно подается в межтрубное простран-
ство испарителя, где происходит его испарение (температура
кипения 65
С) и теплообменник, в котором нагревается до за-
данной температуры за счет тепла отходящих продуктов. Под-
готовленное сырье направляют в трубчатый реактор, в трубках
которого находится катализатор. Из реактора продукты реак-
www.mitht.ru/e-library
Для вариантов три и четыре «базисным» будет первое
уравнение.
Содержание азота в техническом кислороде принять рав-
ным 1%.
Рекомендуемая литература
Окись этилена./Авт.: Зимаков П.В., Дымент О.Н., Бого-
словский Н.А и др. Под ред. Зимакова П.В. и Дымента О.Н. –
М.: Химия, 1967. – 314 с. Лебедев Н.Н. Химия и технология
основного органического и нефтехимического синтеза. – М.:
Химия, 1988. – 592 с.
Плате Н.А., Сливинский Е.В.
Основы хи-
мии и технологии мономеров. – М.: Наука, 2002. – 696 с.
Ти-
мофеев B.C., Серафимов Л.А.
Принципы технологии основного
органического и нефтехимического синтеза. – М.:Высш. шк.,
2003. – 536 с.
Задание 17. Производство
метилформиата
каталитическим
дегидрированием
метанола
Метиловый эфир муравьиной кислоты (метилформиат) –
это высокореакционное соединение, что связано с наличием в
молекуле сложной эфирной группировки и подвижного атома
водорода в альдегидной группе. В связи с этим можно рас-
сматривать метилформиат как перспективный полупродукт для
промышленности органического синтеза.
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
При составлении структурной блок-схемы рекомендуется
рассматривать пять блоков: 1- смешение; 2- синтез; 3- абсорб-
ция оксида этилена; 4- ректификация; 5- очистка от оксида уг-
лерода (IV).
По первому блоку –
смешение
– составляют два уравне-
ния: по этилену, суммируя количество молей (киломолей) све-
жего этилена и этилена в циркуляционном газе, и уравнение по
свежему кислороду. Последний рассчитывают, как затрачи-
ваемый на образование оксида этилена и оксида углерода(IV),
выводимых из системы, и кислород в отдуваемом газе.
Для второго блока –
синтез
- составляют три уравнения.
Одно из них – «базисное», определяющее массу оксида этиле-
на (3), второе – количество молей (киломолей) воды, отделяе-
мой в четвёртом блоке (4), третье – распределение количества
молей (киломолей) получающегося оксида углерода(IV) на от-
деляемый в пятом блоке и отдуваемый (5).
Для вычислений в системе составляются ещё два уравне-
ния (6) и (7).
В шестом уравнении даётся распределение поступающего
на синтез этилена – на конвертированный и этилен, направляе-
мый на рециркуляцию и «отдувку».
В седьмом уравнении – количество инерта (азота), вве-
дённого с техническим кислородом, приравнивают к количест-
ву азота в отдуваемом газе.
www.mitht.ru/e-library
ректификацию. Газовый поток из верхней части абсорбера на-
правляют на очистку от диоксида углерода.
Очищенный газ смешивают со свежим этиленом и кисло-
родом. Однако, во избежание накопления в циркуляционном
потоке инертных примесей (азот, аргон), которые поступают с
техническом кислородом, часть газа выводят из системы.
В оптимальных условиях оксид углерода(IV) образуется
преимущественно по реакции (2) и селективность процесса
достигает 82%.
Содержание азота в техническом кислороде принять рав-
ным 1% (объемн.).
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Конверсия этилена, %:
15 16 15 16
Селективность процесса, %:
76 75 76 75
Состав циркуляционного газа, % (по объ-
ему):
СО
Базис расчета, кг оксида этилена
1000 1500 – –
Базис расчета, кг свежего этилена
– – 1000 1500
www.mitht.ru/e-library
ляют на серебряном катализаторе. В качестве носителя исполь-
зуют оксид алюминия.
В области температур 200–350
С единственными продук-
тами являются оксид этилена, диоксид углерода и вода:
 0,5О
 С
О, (1)
 3О
 2СО
 2Н
О (2)
О  2,5О
 2СО
 2Н
О. (3)
Приведенные реакции окисления экзотермические и не-
обратимые.
Процесс проводят при температуре 250-270
С и давлении
0,3-3,5 МПа. Энергия активации полного окисления (2) выше,
чем для основной реакции (1). Поэтому при более высоких
температурах селективность процесса падает. Для понижения
влияния последовательной побочной реакции (3) процесс про-
водят при небольшом времени контактирования. При этом
конверсия этилена не превышает 15–25 %, это вызывает необ-
ходимость использования циркуляционной схемы для реализа-
ции принципа наилучшего использования сырья.
В реактор подают свежий этилен, технический кислород и
рециркуляционный поток, содержащий непрореагировавший
этилен, кислород, азот и оксид углерода(IV). Благодаря разбав-
лению смеси этилена и кислорода азотом и оксидом
углерода(IV) удаётся снизить взрывоопасность этой смеси.
Выходящая из реактора парогазовая смесь поступает в
абсорбер, откуда водный раствор оксида этилена подаётся на
www.mitht.ru/e-library
Структурную блок–схему потоков целесообразно свести к
трем блокам: смешение, дегидрирование и разделение. Для
первого блока –
смешение
– составляют балансовые уравнения
по
-бутану, для второго блока –
дегидрирование
– по дивини-
лу и углероду. Количество углерода рассчитывают, пользуясь
уравнениями (4) и (5). Баланс по водороду составляют с учетом
израсходованного водорода на гидрирование по реакции (3).
Для третьего блока рассчитывают массу газа после выделения
углеводородов С
.
Рециркулирующий газ соденжит примерно 60% бутана
и40% бутиленов.
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия. 1988. – 592 с.
Соколов Р.С.
Химическая технология: Учебн. пособие для
студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гуманит. изд.
центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.
3адание 16. Производство оксида
этилена
Промышленный процесс получения оксида этилена пря-
мым окислением этилена техническим кислородом осуществ-
www.mitht.ru/e-library
Конверсия
-бутана ~20% при селективности 50–55%.
Непрореагировавший
-бутан и образовавшиеся
-бутилены
возвращают в процесс.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Конверсия
-бутана, %
20,0 18,0 25,0 23,0
Селективность процесса, %
54,0 55,0 50,0 52,0
Состав газа после выделения углеводоро-
дов С
, мольн. доли:
СН
0,520
0,150
0,070
0,090
0,090
0,080
0,500
0,160
0,060
0,090
0,075
0,070
0,450
0,210
0,075
0,085
0,085
0,095
0,490
0,170
0,065
0,095
0,095
0,085
Базис расчета, кг дивинила
1000 1500 2000 2500
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Производство бутадиена-1.3 складывается из ряда после-
довательных стадий: подготовка сырья (смешение исходного
-бутана с оборотными
-бутаном и
-бутиленами), дегидриро-
вание, закалка, разделение продуктов реакции методами аб-
сорбции, ректификации и экстракции с выделением целевого
продукта, непрореагировавшего
-бутана и образовавшихся
бутиленов.
www.mitht.ru/e-library
Задание 15. Производство дивинила
(бутадиена-1, 3)
Дивинил (бутадиен-1, 3) является основным мономером
для получения синтетических каучуков. Одним из промыш-
ленных способов получения дивинила является одностадийное
дегидрирование
-бутана:
 С
 2Н
. (1)
Процесс проводят на алюмохромовом катализаторе при
температуре 580–600°С и пониженном давлении 0,015–0,020
МПа. В этих условиях равновесный выход дивинила ~13–15%.
Одновременно с основной реакцией (1) протекает ряд побоч-
ных реакций, среди которых наибольшее значение имеют ре-
акции распада (2), (4), (5) и гидрирования (3):
 СH
 С
, (2)
 H
 С
, (3)
 С  C
 СН
, (4)
 С
 C
. (5)
Кроме того, часть
-бутана подвергается дегидрированию
до
-бутиленов:
 С
 H
. (6)
www.mitht.ru/e-library
закалка, конденсация, абсорбция; 3- разделение органической и
водной фаз; 4- промывка. Для первого блока составляют «ба-
зисное» уравнение по дихлорэтану и уравнение по хлоралю.
По полученным продуктам рассчитывают количества введен-
ного этилена и кислорода. Для упрощения расчётов их конвер-
сия принимается равной 100 %. По второму блоку составляют
уравнение, определяющее количество поглощенного водой
хлористого водорода. Для третьего блока составляют уравне-
ние по реакционной воде. По четвертому блоку составляют два
уравнения. Одно – определяющее количество водного раствора
щелочи, поступающего в промывную колонну, а второе – ко-
личество раствора, выходящего из неё. Считать, что этот рас-
твор содержит гидрат глиоксалевой кислоты, хлорид натрия,
гидроксид натрия и воду.
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1975. – 734 с.
Тимофеев B.C., Серафимов Л.А.
Принципы технологии основ-
ного органического и нефтехимического синтеза. – М.:Высш.
шк., 2003. – 536 с.
www.mitht.ru/e-library
раствора щёлочи удаляется (отмывается) хлораль в виде гидра-
та глиоксалевой (глиоксиловой) кислоты:
НОCl
 3NaOH  3NaCl  (НО)
СНCООН. (3)
Затем ДХЭ поступает на очистку от полихлоридов.
При расчете материального баланса считать, что раство-
римость воды в ДХЭ – 0,16 % (по массе).
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Конверсия HCl, %
99,0 99,5 98,0 98,5
Селективность, %
98,0 98,5 99,0 98,7
Содержание NaOH в промывном раство-
ре, % (по массе)
5,0
7,0
8,0
10,0
Избыток NaOH по отношению к стехио-
метрическому количеству
5,0
3,0
4,0
2,0
Концентрация HCl в растворе, выходящем
из абсорбера, % (по массе)
15,0
16,0
17,0
18,0
Базис расчета, кг ДХЭ на выходе из про-
мывной колонны
Базис расчета, кг хлористого водорода,
поступившего в систему
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Расчёт проводится для кислородного варианта процесса.
Структурная блок–схема производства 1,2–дихлорэтана
может быть представлена в виде четырех блоков: 1- синтез; 2-
www.mitht.ru/e-library
рированием этилена как в газовой, так и жидкой фазах в при-
сутствии катализатора или окислительным хлорированием
этилена в газовой фазе на катализаторе Дикона. В основе по-
следнего процесса лежит реакция, которая может быть описана
уравнением:
CCH
 2НС1  0,5O
 ClH
С–CH
Cl  H
O. (1)
Одновременно с основной реакцией (1) протекает ряд по-
бочных реакций, например, образование хлораля (трихлораце-
тальдегида) и различных полихлоридов. С целью упрощения
расчета обычно рассматривают только реакцию образования
хлораля:
 3НС1  2О
 Cl
CСНО  3Н
0. (2)
Процесс проводят при температуре 210–260°С. Выходя-
щие из реактора газы содержат пары ДХЭ, полихлориды, хло-
раль, реакционную воду, хлористый водород и инертные газы.
Реакционные газы поступают в закалочную колонну, в которой
происходит охлаждение парогазовой смеси и удаление из неё
не прореагировавшего хлористого водорода и инертных газов.
При этом пары конденсируются в конденсаторе. Хлористый
водород с инертными газами поступает в абсорбер, орошаемый
водой для улавливания НСl. Конденсат поступает во флорен-
тийский сосуд, где происходит разделение водной и органиче-
ской фаз. Водный слой направляется на очистку от ДХЭ в ко-
лонну гетероазеотропной ректификации, а органическая фаза
направляется в промывную колонну, в которой с помощью
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
При составлении структурной блок–схемы процесса ре-
комендуется принять четыре блока: смешение, синтез; конден-
сация и сепарация; ректификация и очистка бензола.
По первому блоку составляют уравнения по свежему бен-
золу и поступающему на синтез хлору (с учётом потерь).
По третьему блоку составляют уравнение по выхлопным
газам.
По четвёртому блоку «базисные» уравнения по дихлор-
бензолу и непрореагировавшему бензолу. Образование поли-
хлоридов не учитывают.
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с.
Юкельсон И.И.
Технология основного органического синтеза. –
М.: Химия, 1968. – 846 с.
Задание 14. Производство
1,2-дихлорэтана
1,2-дихлорэтан (ДХЭ) является важным продуктом ос-
новного органического синтеза. Он широко используется для
производства полимеров и может быть получен прямым хло-
www.mitht.ru/e-library
Хлористый водород в дальнейшем используют для получения
соляной кислоты.
Жидкие продукты хлорирования непрерывно отводят на
ректификацию, которую осуществляют в двух колоннах. В
первой колонне отгоняют бензол, который после очистки сме-
шивают со свежим бензолом. Во второй отгоняют товарный
монохлорбензол–ректификат и фракцию дихлорбензола.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Состав хлор–газа, % (по объему):
хлор
азот
кислород
94,0
4,0
2,0
95,0
3,0
2,0
97,0
2,0
1,0
98,5
1,0
0,5
Состав жидких продуктов, выходящих из
реактора, % (по массе):
монохлорбензол
бензол
дихлорбензол
34,0
64,5
1,5
35,0
63,0
2,0
35,0
62,5
2,5
34,0
63,5
2,5
Состав товарного монохлорбензола, % (по
массе):
монохлорбензол
– дихлорбензол
– бензол
98,7
1,0
0,3
99,0
0,7
0,3
99,2
0,5
0,3
99,4
0,3
0,3
Потери монохлорбензола при ректифика-
ции с фракцией дихлорбензола, % (по
массе)
0,3
0,25
0,2
0,15
Потери бензола при очистке, % от непро-
реагировавшего бензола
0,2
0,3
0,4
0,5
Базис расчета, кг товарного монохлорбен-
зола–ректификата
www.mitht.ru/e-library
ного органического и нефтехимического синтеза. – М.:Высш.
шк., 2003. – 536 с.
Задание 13. Производство
монохлорбензола
хлорированием
бензола
При хлорировании бензола в присутствии катализатора
происходит замещение водорода в бензольном кольце на хлор.
В зависимости от условий образуются различные хлорзаме-
щенные производные бензола: монохлорбензол, дихлорбензол,
трихлорбензол и другие полихлориды. Для подавления реак-
ций образования полихлоридов бензола процесс хлорирования
проводят в избытке бензола при температуре 75–80°С в при-
сутствии катализатора (FeCl
). Хлор полностью вступает в ре-
акцию с бензолом и количество его молей будет равно количе-
ству молей образовавшегося хлористого водорода. При степе-
ни конверсии бензола 30–50%, в основном, образуются моно–
и дихлорбензол, а количество полихлоридов не превышает 3-
4%:
 Сl
 C
Cl  HCl, (1)
Cl  Cl
 C
Cl
 HCl. (2)
Непрореагировавший бензол очищается и возвращается в
процесс. Выхлопные газы содержат хлористый водород (реак-
ции (1) и (2) ) и газообразные примеси, поступающие с хлором.
www.mitht.ru/e-library
- ректификационное разделение целевого и побочных
продуктов (ацетона, ацетальдегида, кротонового альдегида и
др.).
Структурная блок–схема процесса может быть сведена к
четырем блокам: смешение, синтез, разделение жидкой и газо-
вой фаз и ректификация. При расчетах не учитывать образо-
вавшиеся при синтезе и ректификации полимеры, а также ка-
тализатор в ингибиторы.
По блоку –
смешение
– составляют уравнения по ацети-
лену и уксусной кислоте. По блоку –
синтез
– составляют «ба-
зисные» уравнения по превращению ацетилена и уксусной ки-
слоты в винилацетат. По третьему блоку –
разделение
- состав-
ляют уравнение распределения непрореагировавшего ацетиле-
на между рециклом и «отдувкой», а также уравнение по отду-
ваемому газу, в котором кроме ацетилена содержатся метан,
поступающий со свежим потоком ацетилена, и диоксид угле-
рода, образовавшийся по реакции (2).
По четвёртому блоку – ректификация – составляют урав-
нения по ацетальдегиду, кротоновому альдегиду, ацетону и во-
де. В последнем учитывают воду, введенную с уксусной ки-
слотой.
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с.
Тимофеев B.C., Серафимов Л.А.
Принципы технологии основ-
www.mitht.ru/e-library
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Содержание ацетилена в свежем потоке,
% (по массе)
95,2
97,0
94,8
96,0
Содержание уксусной кислоты в свежем
потоке, % (по массе)
96,0
95,0
96,0
95,5
Конверсия ацетилена, %
26,0 25,5 23,0 20,0
Селективность образования продуктов на
ацетилен, % :
винилацетата (1)
ацетальдегида (3)
кротонового альдегида (4)
95,0
2,5
2,5
94,0
2,4
3,6
96,0
2,0
2,0
97,0
1,6
1,4
Конверсия уксусной кислоты, %
60,0 65,0 70,0 75,0
Селективность образования продуктов на
уксусную кислоту, % :
винилацетата (1)
ацетона (2)
94,0
6,0
95,4
4,6
96,0
4,0
97,2
2,8
Содержание ацетилена в рецикле, %(об.) 90,0 92,0
88,0
90,0
Базис расчета, т винилацетата
10,0 14,0 15,0 17,0
Методические рекомендации
по выполнению расчетов
.
Процесс производства винилацетата из ацетилена из ук-
сусной кислоты, состоит из следующих стадий:
- смешение и нагрев свежего и оборотного потоков сырья;
- синтез винилацетата;
- отделение ацетилена от жидких продуктов и возврат его
в процесс;
- выделение из жидких продуктов уксусной кислоты и
возврат её в процесс;
www.mitht.ru/e-library
3адание 12. Производство винилацетата
из ацетилена и уксусной
кислоты парофазным
методом
Процесс получения винилацетата из ацетилена и уксус-
ной кислоты осуществляют с помощью катализаторов на осно-
ве ацетатов цинка и кадмия, нанесенных на активированный
уголь, может быть описан уравнением:
СН
СН  СH
CООH  СН
СООСНСН
. (1)
Реакция протекает при температуре 180–230°С и давле-
нии 0,13–0,14 МПa.
Кроме основной реакции (1) протекает ряд побочных ре-
акций, сопровождающихся образованием ацетона, ацетальде-
гида, кротонового альдегида и этилидендиацетата:
2СН
СООН  (СН
СО  Н
О  СО
, (2)
СН
СН  H
O  СН
СОН, (3)
2СН
СН  Н
О  СН
СНСНСОН, (4)
СН
СООН  СН
СООСНСН
 СН
СН(ООССН
(5)
Для уменьшения доли побочных продуктов процесс про-
водят при небольшой конверсии уксусной кислоты 60–70% и
избытке ацетилена.
www.mitht.ru/e-library
синтез; конденсация, сепарация и отделение СО
; разделение
жидких продуктов (ректификация). При расчете баланса можно
пренебречь влиянием побочных реакций (2) и (4), кроме реак-
ции (3).
По первому блоку составляют два уравнения – по этилену
и уксусной кислоте. Для второго блока – синтез – составляют
два «базисных» уравнения. По третьему блоку – уравнение
распределения непрореагировавшего этилена на возвратный и
«отдуваемый» и уравнение для образовавшегося по реакции (3)
диоксида углерода. Для четвертого блока – ректификация – со-
ставляют уравнение по воде, в котором учитывают воду, вве-
денную с исходной уксусной кислотой и полученную в реак-
циях (1) и (3). Принимая конверсию кислорода равной 100%,
составляют уравнение по введенному в первый блок кислоро-
ду. Уравнение по оборотной уксусной кислоте составляют, ис-
пользуя данные её конверсии. В уравнении «инертов» количе-
ство инерта (этана), вводимого со свежей этиленовой фракци-
ей, должно быть равно количеству этана выводимого с «отдув-
кой».
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Xимия, 1988. – 592 с.
Тимофеев B.C., Ceрафимов Л.А.
Принципы технологии основ-
ного органического и нефтехимического синтеза. – М.:Высш.
шк., 2003. – 536 с.
www.mitht.ru/e-library
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Содержание этилена в свежем потоке, %
(по объёму)
96,0
97,0
95,0
98,0
Содержание уксусной кислоты в свежем
потоке, % (по массе)
96,5
95,0
96,0
95,5
Содержание этилена в циркулирующем
газе, % (по объёму)
81,0
86,0
83,0
85,0
Конверсия этилена, %
20,0 22,0 24,0 23,0
Селективность образования винилацетата
на этилен, %
91,0
92,0
94,0
93,0
Конверсия уксусной кислоты, %
90,0 87,0 91,0 92,0
Базис расчета, т винилацетата
10,0 14,0 15,0 17,5
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Процесс производства винилацетата состоит из следую-
щих стадий:
– смешение исходного и рециркулирующего сырья;
– синтез винилацетата:
– конденсация и разделение газообразных (этилена, этана,
диоксида углерода) и жидких продуктов;
– очистка газовой смеси от диоксида углерода (абсорбция
раствором соды) и возврат этилена и этана в процесс;
– ректификационное разделение жидких продуктов (ви-
нилацетата, уксусной кислоты и воды).
Структурная блок–схема процесса может быть сведена к
четырем блокам: смешение исходных и оборотных реагентов;
www.mitht.ru/e-library
3адание 11. Производство винилацетата из
этилена и уксусной кислоты
парофазным методом.
Синтез винилацетата осуществляют путем окисления
этилена на катализаторе в присутствии уксусной кислоты:
СН
СН
 0,5О
 СН
СООН  СН
СООСНСН
 Н
О. (1)
Реакция протекает при температуре 175–200
С и давле-
нии 0,1–0,4 МПа. В качестве катализатора используют соли
палладия или металлический палладий, нанесенный на оксид
алюминия или
силикагель с модифицирующими добавками.
Кроме основной реакции (1) протекает ряд побочных, ко-
торые приводят к расходованию этилена и образованию аце-
тальдегида и диоксида углерода:
CH
CH
 0,5О
 СН
СОН, (2)
CH
CH
 3O
 2СО
 2Н
О, (3)
CH
СОOСHCH
 Н
О  СН
СООН  СН
СОН. (4)
При парофазном синтезе количество образующегося аце-
тальдегида по реакциям (2) и (4) очень незначительно. Доля
реакции (3) достаточно велика и достигает 10%.
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Основные стадии процесса: смешение исходного и обо-
ротного этилбензола; дегидрирование этилбензола; конденса-
ция и сепарация продуктов реакции; ректификация жидких уг-
леводородов, содержащих стирол, толуол, бензол и этилбензол.
Следует отметить, что разделение стирола и этилбензола ос-
ложнено близостью их температур кипения (145 и 136°С при
0,1 МПа).
Структурная блок–схема процесса может быть сведена к
четырем блокам: смешение, дегидрирование, конденсация и
сепарация, ректификация. Балансовые уравнения составляют
по этилбензолу и несконденсировавшимся газам, стиролу, то-
луолу и бензолу. В случае отсутствия данных по селективности
процесса и превращению этилбензола в толуол и бензол, рас-
чет ведут, используя данные по составу газообразных продук-
тов.
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н
. Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия. 1988. – 592 с.
Тимофеев B.C.. Серафимов Л.А.
Принципы технологии основ-
ного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия,
1992. – 432 с.
Соколов Р.С.
Химическая технология: Учебн.
пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гу-
манит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.
www.mitht.ru/e-library
са до 90–95%. В этих условиях наибольшее значение имеют
следующие побочные реакции:
СН
СН
 Н
 С
СН
 СН
(2)
и
СН
СН
 С
 С
. (3)
Сравнительно невысокая степень конверсии сырья вызы-
вает необходимость проводить процесс по циркуляционной
схеме.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Конверсия этилбензола, %
40,0 45,0 55,0 60,0
Селективность процесса по целевому
продукту, %
90,0
85,0
Содержание стирола в оборотном этил-
бензоле, % (по массе)
1,0
1,5
1,0
1,5
Содержание этилбензола в стироле–
ректификате, % (по массе)
0,5
0,8
0,7
0,6
Содержание в несконденсировавшихся
газах, мольн. доли:
-водород
-метан
-этилен
0,85
0,10
0,05
0,82
0,12
0,06
Расход этилбензола на образование (се-
лективность образования, доли):
-толуола
-бензола
0,06
0,04
0,09
0,06
Базис расчета, кг стирола–ректификата 1000 1500 1000 2000
www.mitht.ru/e-library
Рекомендуемая литература
Тимофеев B.C., Серафимов Л.А.
Принципы технологии
основного органического и нефтехимического синтеза. – М.:
Химия, 1992. – 432 с.
Соколов Р.С.
Химическая технология:
Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. –
М.: Гуманит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.
Задание 10. Производство стирола
Стирол является одним из важнейших мономеров для
производства синтетических каучуков и пластических масс. В
промышленности стирол получают дегидрированием этилбен-
зола:
СН
СН
 С
СНСН
 Н
. (1)
Одновременно с основной реакцией (1) протекает ряд па-
раллельных и последовательных побочных реакций.
Процесс проводят в присутствии катализатора. Наиболь-
шее применение нашли катализаторы на основе оксида железа.
Оптимальная температура при работе на этих катализаторах –
600–630°С, равновесный выход стирола не превышает 40–50%.
Для более полного превращения этилбензола в стирол пони-
жают парциальное давление паров этилбензола, разбавляя его
водяным паром (масс. отн. водяной пар : этилбензол 2,5–3:1).
При этом равновесный выход стирола достигает 80–90%. Кон-
версия этилбензола составляет 40–60%; селективностъ процес-
www.mitht.ru/e-library
газовой смесью; синтез ацетальдегида; конденсация продуктов
синтеза в холодильнике–конденсаторе и скруббере; отпарка
этилена и кислорода в отгонной колонне; отделение кротоно-
вого альдегида в ректификационной колонне.
При построении структурной блок-схемы следует огра-
ничиться четырьмя блоками: смешение; синтез; отпарка этиле-
на; разделение уксусной кислоты, кротонового альдегида и во-
ды. Потерями катализатора и реакциями образования уксусной
,
муравьиной кислот и хлорацетальдегида можно пренебречь.
Для блока –
смешение
– составляют уравнение по этиле-
ну. Суммируя количество молей (киломолей) этилена в свежем
и циркулирующем газах, находят количество молей этилена,
поступающего в блок синтеза. Затем составляют уравнение по
кислороду, принимая, что конверсия кислорода составляет
100%.
По блоку –
синтез
– составляют уравнение распределения
поступающего на синтез этилена на конвертированный и на-
правляемый на циркуляцию и «отдувку».
Составляют «базисное» уравнение для ацетальдегида и
уравнения для кротонового альдегида и воды. При составлении
уравнения по инерту (этану), следует помнить, что количество
инерта, вводимого со свежим потоком, должно быть равно ко-
личеству инерта, выводимого с «отдувкой».
www.mitht.ru/e-library
Процесс получения ацетальдегида может быть описан
следующим уравнением реакции:
СH
СH
 0,5O
 CH
СHO. (1)
Основная реакция (1) протекает при температуре 90–100°С и
давлении 0,8–1,0 МПа. Процесс проводят при недостатке ки-
слорода – соотношение СH
СН
: О
 2,2÷3,0:1.
Одновременно протекает побочная реакция образования
кротонового альдегида:
2СН
СНО  СН
СНСНСНО  Н
О, (2)
а также ряд реакций, приводящих к образованию небольших
количеств хлорацетальдегида, уксусной и муравьиной кислот.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Содержание этилена в свежем потоке, %
(по объёму)
98,0
96,4
97,5
98,8
Содержание этилена в циркулирующем
газе, % (по объёму)
88,0
89,6
90,4
87,3
Конверсия этилена, %
32,8 38,9 42,6 39,6
Селективность образования кротонового
альдегида, %
1,6
1,8
1,7

1,7
Базис расчета, т/год ацетальдегида 60,0 70,0 65,0 80,0
Методические указания
по выполнению расчета
Процесс производства ацетальдегида состоит из следую-
щих стадий: смешение свежего этилена с рециркулирующей
www.mitht.ru/e-library
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с.
Соколов Р.С.
Химическая технология: Учебн. пособие для
студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гуманит. изд.
центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.
Задание 9. Производство
ацетальдегида
из этилена
Ацетальдегид является исходным продуктом при произ-
водстве ряда важнейших химических веществ: уксусного ан-
гидрида и кислоты, бутанола, этилацетата и др.
Наиболее известными технологическими процессами по-
лучения ацетальдегида являются: гидратация ацетилена на
ртутном катализаторе (реакция Кучерова ) и паровой гидролиз
ацетилена на
кадмийсодержащем катализаторе (метод Горина).
Основными недостатками данных технологических процессов
является использование токсичных металлов (ртуть или кад-
мий), а также высокая стоимость ацетилена.
Более перспективным следует считать получение аце-
тальдегида путем окисления этилена в присутствии палладий-
содержащего катализатора. Для увеличения скорости окисле-
ния в состав катализатора вводят соли меди и железа в среде
соляной кислоты.
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
При составлении структурной блок-схемы можно принять
четыре блока: 1- смешение 2- окисление; 3- конденсация и раз-
деление газовых и жидких потоков; 4- ректификация с рецик-
лом по ацетальдегиду.
По первому блоку составляют уравнение по поступаю-
щему на окисление ацетальдегиду, суммируя свежий и воз-
вращающийся после ректификации.
По второму и четвёртому блокам составляют «базисное»
уравнение и уравнения образования метилацетата и этилденди-
ацетата. Также составляют балансы по прореагировавшему ки-
слороду и воде.
По третьему блоку составляют балансовое уравнение по
выхлопным газам.
Следует считать, что количество уксусной кислоты, кото-
рое используется в качестве растворителя ацетальдегида и ре-
акционной среды, является постоянным. Поэтому при расчете
материального баланса учитывают образующуюся по реакции
уксусную кислоту и поступающую с техническим ацетальде-
гидом.
www.mitht.ru/e-library
Уксусную кислоту (сырец) непрерывно отбирают из
окислительной колонны и направляют на ректификацию и
очистку. В первой ректификационной колонне отгоняют лёг-
кую фракцию, включающую метилацетат и ацетальдегид. Во
второй колонне получают водный раствор уксусной кислоты, а
в кубе остаётся этилидендиацетат.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Состав технического кислорода, % (по
объему):
кислород
азот
98,0
2,0
97,5
2,5
97,0
3,0
98,5
1,5
Состав технического ацетальдегида, %
(по массе):
ацетальдегид
уксусная кислота
вода
99,3
0,3
0,4
99,4
0,25
0,35
99,5
0,2
0,3
99,6
0,2
0,2
Конверсия ацетальдегида, %
90,0 90,5 90,0 91,0
Селективность образования уксусной ки-
слоты, %
95,5
96,0
96,5
97,0
Селективность превращения ацетальдеги-
да, доли:
в метилацетат
– в этилидендиацетат
0,025
0,020
0,025
0,015
0,020
0,015
0,020
0,010
Распределение непрореагировавшего аце-
тальдегида, %:
с выхлопными газами
– с жидкими продуктами на ректифика-
цию
30,0
70,0
31,0
69,0
32,0
68,0
33,0
67,0
Конверсия кислорода, %
92,0 93,0 94,0 95,0
Базис расчета, кг ледяной уксусной ки-
слоты (99,8 %-ный водный раствор по
массе)
www.mitht.ru/e-library
СН
СНО  0,5O
 CH
СOOH. (1)
Следует отметить, что применение в качестве катализато-
ров солей кобальта, меди и железа, а также снижение темпера-
туры приводят к накоплению пероксиуксусной кислоты
(CH
COOОH), что повышает взрывоопасность
производства.
Верхний предел допустимой температуры определяется высо-
кой летучестью ацетальдегида и усилением развития побочных
реакций, например, образование метилацетата (2) и этилиден-
диацетата (3):
2CH
CHO  1,5O
 СН
СООСН
 CO
 H
O, (2)
3СН
СНО  O
 СН
СН(ОСОСН
 H
O. (3)
В промышленности из-за высокой летучести ацетальде-
гида окисление ведут в растворе уксусной кислоты. Окислите-
лем является технический кислород. Реактором служит колон-
на барботажного типа со змеевиками–холодильниками. Ката-
лизатор подают с охлаждённым ацетальдегидом в нижнюю
часть колонны. Из верхней части колонны отводится парогазо-
вая смесь, содержащая уксусную кислоту, азот, непрореагиро-
вавшие ацетальдегид и кислород, а также образовавшийся ди-
оксид углерода и пары воды. Смесь охлаждают, что позволяет
практически полностью сконденсировать уксусную кислоту и
воду. Большая часть ацетальдегида растворяется в конденсате
и вместе с ним возвращается в окислительную колонну. Вы-
хлопные газы (кислород, азот, диоксид углерода и оставшийся
ацетальдегид) после санитарной колонны выбрасывают в атмо-
сферу.
www.mitht.ru/e-library
Структурная блок-схема состоит из трёх блоков. Для блока
смешения составляют баланс по бензолу. Для блока алкилиро-
вания - материальные балансы по бензолу и этилену. Продук-
том более глубокого алкилирования являются диэтилбензол и
тетраэтилбензол. В балансе не следует учитывать диэтилбен-
зол, т.к. он переалкилируется в целевой продукт.
Для блока
ректификации
составляют «базисное» уравне-
ние по этилбензолу и уравнение по тетраэтилбензолу.
Рекомендуемая литература
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1988. – 592 с.
Тимофеев B.C., Серафимов Л.А
. Принципы технологии основ-
ного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия,
1992. – 432 с.
Соколов В.З., Харлампович Г.Д.
Производство и
использование ароматических углеводородов. – М.: Химия,
I980. – 334 с.
Задание 8. Производство уксусной
кислоты окислением
ацетальдегида
Уксусную кислоту получают путем жидкофазного окис-
ления ацетальдегида в присутствии катализатора (ацетат мар-
ганца) при 50–80°С и давлении 0,7 МПа. Основная химическая
реакция:
www.mitht.ru/e-library
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Содержание этилбензола в алкилате,
мольн. доля
0,35
0,40
0,3
0,25
Содержание бензола в алкилате,
мольн. доля
0,55
0,50
0,59
0,66
Содержание диэтилбензола в алки-
лате, мольн. доля
0,09
0,08
0,09
0,08
Содержание тетраэтилбензола в ал-
килате, мольн. доля
0,01
0,02
0,02
0,01
Конверсия этилена, %
100 98 99 98,5
Базис расчета, кг этилбензола 1000
2000
2500
4000
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Процесс получения этилбензола включает следующие
стадии: смешение свежего и оборотного бензола; алкилирова-
ние бензола этиленом, получение катализаторного комплекса;
охлаждение и отмывка алкилата от катализаторного комплек-
са; ректификационное разделение алкилата (выделение целево-
го продукта, непрореагировавшего бензола, диэтилбензола и
продуктов более глубокого алкилирования).
При составлении структурной блок–схемы можно не учи-
тывать стадии получения катализаторного комплекса, охлаж-
дения и отмывки алкилата от катализаторного комплекса.
www.mitht.ru/e-library

 С
 С

, (3)

 С
 С

. (4)
В процессе используют катализатор – комплексное со-
единение AlCl
и HCl с ароматическими углеводородами, ко-
торый находится в жидкой фазе. Катализатор селективен по
отношению к реакции (1) и способствует также протеканию
реакции переалкилирования диэтилбензола, содержание кото-
рого в алкилате не превышает 0,08–0,09 мольн. долей:

 С
 2С
. (5)
Для подавления реакций последовательного алкилирова-
ния и полимеризации этилена берут избыток бензола (мольное
отношение этилен : бензол  0,3÷0,4:1) и проводят процесс при
температуре ~ 100°С и давлении ~ 0,15 МПа.
При выбранных условиях основная реакция (1) необрати-
ма. Конверсия этилена 98–100%. Образовавшиеся продукты
алкилирования (алкилат) разделяют ректификацией. Непрореа-
гировавший бензол направляют в голову процесса и смешива-
ют со свежей порцией бензола. Небольшие количества диэтил-
бензола возвращают в реактор–алкилатор на переалкилирова-
ние.
Следует отметить, что алкилирование осуществляют
100%-ным этиленом.
www.mitht.ru/e-library
Рекомендуемая литература
Общая химическая технология: Учебник для химико-
технологических специальностей. Т. 2. Важнейшие химические
производства. / Авт.:Мухлёнов И.П., Авербух А.Я., Кузнецов
Д.А. и др. Под ред. И.П. Мухлёнова. – М.: Высш. шк., 1984. –
263 с.
Лебедев Н.Н.
Химия и технология основного органиче-
ского и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1981. – 606 с.
Тимофеев B.C.. Серафимов Л.А.
Принципы технологии основ-
ного органического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия,
1992. – 432 с.
Соколов Р.С.
Химическая технология: Учебн.
пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гу-
манит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.
Кононова Г.Н.,
Сафонов В.В.
Производство этилового спирта прямой гидрата-
цией этилена: Учебное пособие. – М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В.
Ломоносова, 1998. – 16 с.
Валакин В.П.
Получение синтетиче-
ского этилового спирта. – М.: Химия, 1976. – 104 с.
Задание 7. Производство
этилбензола
Этилбензол является сырьем для производства стирола. В
промышленности этилбензол получают взаимодействием бен-
зола с этиленом:
 С
 С
. (1)
Одновременно с основной (1) протекает ряд побочных ре-
акций. Наибольшее значение имеют реакции последовательно-
го алкилирования:
 С
 С

, (2)
www.mitht.ru/e-library
Для блока –
смешение
– составляют уравнение по этиле-
ну. Суммируя количество молей (киломолей) С
в свежем и
циркулирующем газах, находят количество этилена, посту-
пающего в блок синтеза. Составляют также уравнение по све-
жей воде. Количество свежей воды при наличии оборотного
потока складывается из воды, израсходованной на синтез и
разбавление этилового спирта, на образование диэтилового
эфира и ацетальдегида. Затем составляют уравнение по задан-
ному соотношению воды и этилена на входе в реактор.
По блоку –
синтез
– составляют уравнение распределения
поступающего на синтез С
на конвертированный и направ-
ляемый на циркуляцию и «отдувку».
По блоку –
ректификация
– составляют уравнения: по
этиловому спирту–ректификату, диэтиловому эфиру и аце-
тальдегиду.
Для 1 и 2 вариантов составляют «базисное» уравнение по
свежей этиленэтановой фракции. Для вариантов 3 и 4 уравне-
ние по этиловому спирту–ректификату является «базисным».
В уравнении баланса по «инерту» сумма вводимого со
свежим газом этана и получаемого по реакции (3) водорода
должна быть равна количеству выводимых с «отдувкой» газов
за вычетом этилена.
www.mitht.ru/e-library
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Концентрация С
в этиленэтано-
вой фракции, % (по объему)
98,0
96,0
98,6
97,6
Количество свежей этиленэтановой
фракции (базис расчета), кг
7850
7900


Количество этилового спирта в рек-
тификате (базис расчета), кг


1000
800
Содержание С
ОН в ректификате,
% (по массе)
95,0
94,5
93,0
95,0
Соотношение: моль Н
О/моль С
на входе в реактор
0,6
0,7
0,7
0,6
Конверсия этилена, %
6,0 5,5 5,5 5,0
Селективность, %
95,0 95,5 95,0 95,5
Селективность превращения этиле-
на, %:
в диэтиловый эфир
в ацетальдегид
3,0
2,0
3,5
1,0
3,0
2,0
3,0
1,5
Содержание инертов в циркуляци-
онном газе, % (по объему)
15,0
16,0
15,5
16,5
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Структурную блок-схему потоков системы целесообразно
свести к четырем блокам: 1- смешение, 2- синтез, 3- конденса-
ция и сепарация, 4- ректификация.
Из побочных реакций рассматривать процессы образова-
ния диэтилового эфира (2) и ацетальдегида (3). В состав рек-
тификата входят только спирт и вода.
www.mitht.ru/e-library
 Н
О  С
ОН. (1)
Технологическая схема процесса состоит из ряда после-
довательных операций: подготовка сырья (смешение исходных
и оборотных потоков этилена и воды), гидратация этилена,
нейтрализация фосфорной кислоты и солеотделение, конден-
сация и сепарация, ректификация водно-спиртового раствора –
выделение целевого продукта.
Сырьем является этиленэтановая фракция, в которой этан
– инертная примесь. В качестве катализатора используется 83–
85% фосфорная кислота, нанесённая на шариковый широкопо-
ристый носитель: силикагель, алюмосиликат или кизельгур.
Катализатор активен при 280–290°С и обладает высокой селек-
тивностью. Процесс проводят при давлении 7–8 МПа. Выбор
давления определяется, в основном, парциальным давлением
паров воды над катализатором. Молекулярное отношение воды
к этилену (0,6–0,75):1; объемная скорость 1800–2500 ч
-1
.
Одновременно с основной реакцией (1) протекает ряд по-
бочных реакций, например:

 H
O  (С
О, (2)
 H
O  C
O  H
, (3)
на которые расходуется часть этилена. Селективность процесса
составляет 94-96%.
www.mitht.ru/e-library
Рекомендуемая литература
Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Баренгартен М.Г.
Общая
химическая технология. – М.: Высш. шк., 1990. – 520 с.
Лебе-
дев Н.Н.
Химия и технология основного органического и неф-
техимического синтеза. – М.: Химия, 1981. – 608 с
. Тимофеев
B.C., Серафимов Л.А.
Принципы технологии основного орга-
нического и нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1992. –
432 с.
Соколов Р.С.
Химическая технология: Учебн. пособие
для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 2. – М.: Гуманит.
изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 448 с.
Караваев М.М., Мастеров
А.П.
Производство метанола. – М.: Химия, 1973. – 160 с.
Задание 6. Производство этилового
спирта
Этиловый спирт - продукт многотоннажного производст-
ва и широко применяется в качестве растворителя и сырья в
различных отраслях народного хозяйства: лакокрасочной, пар-
фюмерной, фармацевтической и пищевой промышленности, в
производстве хлороформа, взрывчатых веществ, синтетическо-
го волокна, бутадиена и других продуктов органического син-
теза.
В настоящее время для получения этилового спирта в
промышленности используется метод прямой парофазной гид-
ратации этилена в присутствии катализатора:
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Структурную блок-схему системы свести к трем блокам
(смешение, синтез, конденсация и сепарация). При необходи-
мости включить четвертый блок – ректификация.
Для первого блока –
смешение
– составляют балансовое
уравнение по СО. Суммируя количество молей (киломолей)
СО в свежем и циркулирующем газах, находят количество мо-
лей СО, поступающего в блок синтеза. Аналогично составляют
балансовое уравнение по водороду.
Для второго блока –
синтез
– составляют два балансовых
уравнения распределения поступающих на синтез СО и Н
.
Для третьего блока –
конденсация и сепарация
– состав-
ляют «базисное» уравнение, определяющее массу метанола–
сырца.
В случае, если базис расчета дан на метанол–ректификат,
то составляют три уравнения (четвертый блок –
ректифика-
ция
), одно из которых для метанола–ректификата является «ба-
зисным».
Уравнение по инертным примесям (метану) составляют,
зная, что в условиях стационарного режима работы системы
количество метана, вводимого со свежим газом и получаемого
по реакции (2), равно количеству метана, выводимого с «от-
дувкой».
www.mitht.ru/e-library
циркулирующем газе часть газа выводят из системы. Метанол
– сырец поступает на ректификацию. Содержание СН
ОН в
ректификате составляет 99,5 % (по массе).
Процесс синтеза метилового спирта в зависимости от
температурного режима работы катализатора может быть осу-
ществлен в двух вариантах:
а) высокотемпературный (катализатор 2,5ZnO·ZnCr
,
температура 370–420
С, давление 20–35 МПа);
б) низкотемпературный (катализатор ZnO·CuO·Al
или
ZnO·CuO·Cr
,температура 250–300
С, давление 5–10 МПа)
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Содержание инертных примесей в
свежем газе, мольн. доли
0,02
0,02
0,04
0,04
Содержание СО в циркуляционном
газе, мольн. доли
0,12
0,12
0,12
0,12
Содержание Н
в циркуляционном
газе, мольн. доли
0,72
0,72
0,74
0,74
Содержание инертных примесей в
циркуляционном газе, мольн. доли
0,16
0,16
0,14
0,14
Конверсия СО, доли
– селективность образования метно-
ла на СО, доли
– доля СО, превратившегося в эфир
– доля СО, превратившегося в метан
0,2
0,95
0,03
0,02
0,2
0,95
0,03
0,02
0,2
0,95
0,03
0,02
0,2
0,95
0,03
0,02
Базис расчета, кг СН
ОН:
– сырца
– ректификата
1000


1000
1500


1500
www.mitht.ru/e-library
Рекомендуемая литература
Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г.
Общая
химическая технология. – М.: Высш. шк., 1990. – 520 с.
Соко-
лов Р.С.
Химическая технология: Учебн. пособие для студ.
высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 1. – М.: Гуманит. изд. центр.
ВЛАДОС, 2000. – 368 с. Общая химическая технология: Учеб-
ник для химико–технологических специальностей. Т.2. Важ-
нейшие химические, производства. / Авт.: Мухлёнов И.П.,
Авербух А.Я.. Кузнецов Д.А. и др. Под ред. И.П. Мухлёнова. –
М.: Высш. шк., 1984. – 264 с.
Атрощенко В.И., Каргин С.И.
Технология азотной кислоты. – М.: Химия, 1970. – 496с.
Задание 5. Производство метилового
спирта
Сырьем для синтеза метилового спирта (метанола) слу-
жит синтез–газ (смесь оксида углерода и водорода). В основе
процесса лежит обратимая экзотермическая реакция:
СО  2H
 CH
OH. (1)
Одновременно протекает ряд побочных реакций, напри-
мер:
СО  3Н
 СН
 Н
О, (2)
2СО  8Н
 (СН
О  Н
О. (3)
Свежий и циркулирующий газ смешиваются в смесителе
и поступают в колонну синтеза. После конденсации и отделе-
ния жидкого метанола–сырца в сепараторе газ возвращается в
смеситель. Во избежание накапливания инертных примесей в
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Структурную блок–схему следует представить в виде че-
тырех блоков: получение АВС; окисление аммиака; абсорбция
нитрозных газов; очистка отходящих газов. Содержание ком-
понентов газовых смесей удобно выражать количеством молей
(или киломолей): N
ij
. В этом случае легко определять количе-
ство израсходованных и полученных веществ по соотношению
коэффициентов уравнений реакций. Кроме того, состав всех
газов задаётся в объемных единицах, которые совпадают с
мольными. По блоку окисления аммиака составляют балансо-
вые уравнения по компонентам: NO, O
, N
и H
O с учетом со-
ответствующих степеней превращения.
По блоку абсорбции составляют «базисное» уравнение
баланса по азотной киcлоте, учитывая степень переработки
нитрозных газов (уравнение 4); баланс по воде, учитывающий
образование HNO
по реакции 4, разбавление полученного
продукта до заданной концентрации и содержание воды в вы-
хлопных газах, а также баланс по кислороду с учётом расхода
по реакции 4 и содержания кислорода в выхлопных газах.
По блоку очистки – по выхлопным газам и метану. Коли-
чество выхлопных газов целесообразно выразить в мольных
единицах.
www.mitht.ru/e-library
Отходящие из колонны газы содержат небольшое количе-
ство оксидов азота и направляются на очистку в реактор ката-
литического восстановления. Процесс может быть описан
суммарным уравнением:
CH
 2NO  CO
 N
 2H
O. (5)
В результате выхлопные газы состоят из азота, оксида уг-
лерода (IV), кислорода и паров воды.
Суммарная реакция образования азотной кислоты выра-
жается уравнением:
NH
 2O
→ HNO
 H
O (6)
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Содержание NH
в аммиачно-
воздушной смеси, % (по объему)
9,5
9,8
10,0
10,5
Степень превращения NH
в NO
(принять, что весь остальной аммиак
окисляется до азота), %
95
96
97
94
Степень переработки нитрозных га-
зов в азотную кислоту, %
98
99
98,5
98,8
Концентрация HNO
, % (по массе) 56 59 58 57
Содержание в выхлопных газах, %
(по объему):
– кислорода
– воды
3,0
2,5
3,1
2,6
3,2
2,7
3,3
2,8
Базис расчета, кг HNO
в продукте 3000
4500
2500
5500
www.mitht.ru/e-library
Задание 4. Производство азотной
кислоты
Сырьем для получения азотной кислоты служат аммиак и
воздух. Технологический процесс состоит из двух основных
стадий: 1- окисление аммиака; 2- переработка нитрозных газов
(абсорбция).
На первую стадию поступает смесь аммиака и воздуха
(аммиачно-воздушная смесь – АВС), компоненты которой
предварительно очищают и нагревают. В контактном аппарате
протекает ряд реакций, из которых основными являются:
4NH
 5O
4NO  6Н
О, (1)
4NH
 3O
2N
 6H
O. (2)
Реакция (1) является целевой, а (2) – побочной.
Оксид азота (II) окисляется до оксида азота (IV):
2NO  O
2NO
. (3)
Полученные нитрозные газы направляют в абсорбцион-
ную колонну (стадия абсорбции), туда же подают воду и воз-
дух. Химические процессы, протекающие в абсорбционной ко-
лонне, могут быть описаны следующим суммарным уравнени-
ем:
2NO  1,5O
 H
O  2HNO
. (4)
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
Структурную блок-схему процесса можно свести к трём
блокам: нейтрализация, выпаривание, гранулирование.
По первому блоку составить три балансовых уравнения:
по азотной кислоте, аммиаку и воде.
Необходимо учесть потери аммиака и аммиачной селитры
с вторичным паром.
По второму блоку составляются уравнения по аммиачной
селитре и воде.
По третьему блоку «базисное» уравнение по селитре.
Принять количество продуваемого через башню–
гранулятор воздуха равным 12000 нм
/1000 кг целевого про-
дукта. Потери селитры с воздухом определяются содержанием
в нём NH
NO
в виде пыли.
Рекомендуемая литература
Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г.
Общая
химическая технология. – М.:Высш. шк., 1990. – 520 с. Произ-
водство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной
мощности. / Авт.: М.Е. Иванов, В.М. Олевский, Н.Н. Поляков и
др. – М.: Химия, 1990. – 24 с.
Соколов Р.С.
Химическая техно-
логия: Учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений в 2-х т.
Т. 1. – М.: Гуманит. изд. центр. ВЛАДОС, 2000. – 368 с. Спра-
вочник азотчика. – М.:Химия, 1987. – 464 с.
Кочетков А.А.
Со-
временные проблемы производства минеральных удобрений
.//ЖВХО им. Д.И. Менделеева. 1987. Т.32. № 4. С. 363-368.
www.mitht.ru/e-library
ции, грануляции и классификации. Выделяющаяся в процессе
нейтрализации теплота используется для частичного упарива-
ния раствора. Дальнейшее концентрирование раствора амми-
ачной селитры происходит на стадии выпарки. Полученный
после выпаривания раствор аммиачной селитры охлаждают и
направляют на стадию кристаллизации для получения плава
(кристаллов). Заключительной операцией является грануляция
и классификация плава. В результате получают целевой про-
дукт в виде твердых гранул.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Концентрация HNO
в исходной ки-
слоте, % (по массе)
52
56
58
57
Содержание NH
NO
в растворе по-
сле нейтрализации, % (по массе):
Содержание во вторичном паре, вы-
ходящем из реактора нейтрализации,
% (по массе):
– аммиака
– аммиачной селитры
93
0,2
0,3
90
0,25
0,32
92
0,22
0,35
91
0,23
0,34
Содержание аммиачной селитры во
вторичном паре из выпарного аппа-
рата, % (по массе)

0,23

0,22

0,20

0,21
Содержание NH
NO
в виде пыли в
воздухе, выходящем из башни–
гранулятора, г/нм
0,4
0,3

0,35

0,37
Содержание NH
NO
в плаве после
упаривания и грануляции, % (по
массе)

99,3

99,5

99,4

99,6
Базис расчета – количество аммиач-
ной селитры в продукте, кг
4000
3000
5200
3500
www.mitht.ru/e-library
нии указано наличие инертных примесей в свежей АВС, то до-
полнительно составляют уравнения и по инертным компонен-
там для блоков конденсации и сепарации I и II ступеней. Рас-
творимостью инертов в жидком аммиаке, поступающем в
сборник (танк), пренебрегают и считают, что в танковых газах
содержатся аммиак и АВС. Принять, что инертной примесью в
АВС является метан.
Рекомендуемая литература
Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г.
Общая
химическая технология. – М.: Высш. шк., 1990. – 520 с.
Соко-
лов Р.С.
Химическая технология: Учебн. пособие для студ.
высш. учеб. заведений в 2-х т. Т. 1. – М.: Гуманит. изд. центр
ВЛАДОС, 2000. – 368 с.
Сороко В.Е., Вечная С.B., Попова
Н.Н.
Основы химической технологии. – Л.: Химия, 1986. – 296
с. Справочник азотчика. – М.: Химия, 1986. – 512 с.
Задание
3. Производство аммиачной
селитры
Производство аммиачной селитры основано на процессе
нейтрализации азотной кислоты аммиаком. Химическая схема
процесса может быть описано уравнением:

3(г)
 НNО
3(ж)
 NН

3(ж)
.
Технологическая схема производства аммиачной селитры
включает стадии нейтрализации, выпаривания, кристаллиза-
www.mitht.ru/e-library
блокам: синтез аммиака, конденсация и сепарация I ступени,
конденсация и сепарация II ступени, сборник жидкого аммиа-
ка.
При охлаждении газа происходит частичная конденсация
аммиака, устанавливается равновесие между жидкостью и га-
зом, причем концентрация аммиака, оставшегося после кон-
денсации в газе, является функцией температуры и давления и
определяется по формуле:
l
ij
NH
 2,35916 
656799
102

11681288
,
где
ij
NH
– содержание аммиака в газовой фазе, мольн.
доли; P
и 
i
– давление (МПа) и температура газа (
С). Следует
обратить внимание на размерность приведённого в задании
значения растворимости азотоводородной смеси (АВС) в жид-
ком аммиаке.
Количества компонентов (k) и потоков целесообразно вы-
ражать числом киломолей (N
ij
). В массовых единицах удобно
выразить лишь количество жидкого аммиака в потоках(G
ij
NH3
) .
т.к. растворимость АВС в этих потоках задана в нм
/кг NH
3(ж)
.
Пo первому блоку – синтез аммиака – составляют только одно
уравнение - баланс по АВС. Необходимо учесть, что по реак-
ции для образования 1 моля аммиака требуется 2 моля АВС. В
остальных трех блоках происходит распределение аммиака
между жидкой и газообразной фазами. По каждому блоку
должны быть составлены балансовые уравнения по АВС и NH
с учетом растворимости АВС в жидком аммиаке. Если в зада-
www.mitht.ru/e-library
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Содержание NH
в газе после ко-
лонны синтеза, % (по объему)
14
15
16
13
Давление газа, МПа:
– в сепараторе I ступени
– в сепараторе II ступени
28
30
29
31
30
32
27
29
Температура газа,
С:
– после водяного (воздушного) ох-
лаждения
– после аммиачного холодильника
28
–5
30
–8
35
0
32
–10
Растворимость азотоводородной
смеси в жидком аммиаке, нм
/кг
NH
:
– в сепараторе I ступени
– в сепараторе II ступени
0,028
0,017
0,029
0,018
0,033
0,020
0,028
0,016
Концентрация NH
в танковых газах,
% (по объему)
40
39
38
37
Содержание инертных примесей, %
(по объему):
– в свежей АВС
–в продувочных газах
1
10
2
10
1
15
2
15
Базис расчета, кг NH
на выходе из
танка
2500
3600
4500
2800
Методические рекомендации
по выполнению расчета
При составлении структурной блок-схемы учитывают
только те элементы, в которых происходит изменение матери-
альных потоков. Операции конденсации и сепарации объеди-
няют в один блок. Блок-схему рекомендуется свести к четырем
www.mitht.ru/e-library
Технология серной кислоты. – М.: Химия, 1985. – 354 с.
Соро-
ко В.Е., Вечная С.В., Попова Н.Н.
Основы химической техно-
логии. – Л.: Химия, 1986. – 296 с.
Задание
2. Производство аммиака
Процесс синтеза аммиака может быть описан уравнением
реакции: N
 3H
2NН
. Наибольшее число установок син-
теза работает на железных катализаторах при температуре 400–
500°С, давлении 30 МПа и объемной скорости 30000 ч
-1
. В этих
условиях концентрация аммиака на выходе из колонны дости-
гает 13-20%. Поэтому непрореагировавшую азотоводородную
смесь необходимо вернуть в процесс. Для этого из смеси кон-
денсируют аммиак в водяном или воздушном холодильниках
(до 30°С), а затем в аммиачном (при –5°С), отделяют в сепара-
торах I и II ступени соответственно, дросселируют до 1,6 МПa
и направляют в хранилища (танки). При снижении давления
аммиак вскипает, частично испаряется и из жидкости десорби-
руются растворенные в ней газы (азот, водород, инертные
примеси). Для снижения содержания инертных примесей в
циркулирующем газе перед второй конденсацией производят
отдувку части газа.
www.mitht.ru/e-library
духа (N
возд.
). Считать содержание в этих потоках азота 79% (по
объему), а сумму кислорода и оксида серы (IV) 21% (по объе-
му). Следовательно, долю кислорода в полученном газе можно
выразить как
 0,21 –
so
. Поэтому можно балансовые
уравнения по кислороду и азоту не составлять, а впоследствии
ввести их количества как N
и 0,79 N
. т.е. по первому
блоку можно ограничиться только балансовым уравнением по
сере.
По второму блоку –
контактное окисление оксида серы
(IV)
– составляют два уравнения: по оксиду серы (VI) и кисло-
роду (учесть коэффициенты уравнения реакции (2)).
По третьему блоку –
абсорбция оксида серы (VI)
– состав-
ляют балансовые уравнения по воде и выхлопным газам, а
также уравнение, выражающее количество Н
SO
в целевом
продукте, и вводится базис расчета. Выхлопные газы содержат
азот, кислород и оксиды серы (IV) и (VI).
Рекомендуемая литература
Кутепов А.М.. Бондарева Т.И.. Беренгартен М.Г.
Общая
химическая технология. – М.: Высш. шк., 1990. – 520 с.
Соко-
лов Р.С.
Химическая технология: Учебн. Пособие для студ.
высш. учебн. заведений в 2-х т. Т. 1. – М.: Гуманит. изд. центр
ВЛАДОС, 2000. – 368 с. Общая химическая технология: Учеб-
ник для химико–технологических специальностей. Т. 2. Важ-
нейшие химические производства. / Авт.: И.П.Мухлёнов,
А.Я.Авербух, Д.А.Кузнецов и др. Под ред. И.П.Мухлёнова. –
М.: Высш. шк., 1984. – 264 с.
Васильев Б.Т., Отвагина М.И
.
www.mitht.ru/e-library
Методические рекомендации
по выполнению расчета
При составлении структурной блок-схемы материальных
потоков исключить стадию подготовки сырья (потери серы на
данной стадии отнести к стадии сжигания серы). Блок-схему
следует свести к трем блокам: сжигание серы, контактное
окисление оксида серы (IV) и абсорбция оксида серы (VI). Со-
держанием влаги в воздухе пренебречь. Считать, что вся вода,
необходимая для получения целевого продукта, вводится в от-
делении абсорбции.
При составлении балансовых уравнений необходимо учи-
тывать степень превращения веществ по стадиям. Количество
компонентов в потоках целесообразно выражать в киломолях
(первый и второй блоки) и в килограммах – третий блок. В
дальнейшем при составлении материального баланса системы
все потоки, входящие в систему и выходящие из неё, должны
быть выражены в килограммах.
По первому блоку –
сжигание серы
– можно составить
балансовые уравнения по сере, кислороду и азоту. При состав-
лении балансового уравнения по сере необходимо учесть сте-
пень её превращения в оксид серы (IV). На выходе из печи газ
состоит из оксида серы (IV), кислорода и азота (аргон, гелий и
др. не учитывать). Реакция горения серы (1) идет без измене-
ния числа молей в газовой фазе. Поэтому количество молей
полученного raзa (N
) равно количеству молей исходного воз-
www.mitht.ru/e-library
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА
Задание
.
Производство серной
кислоты из серы
Процесс производства серной кислоты из элементарной
серы состоит из следующих основных стадий:
подготовка сырья
: а) очистка и плавление серы; б) очи-
стка, сушка и дозировка воздуха;
сжигание серы
: SО
 SO
(1). Процесс ведут с избыт-
ком воздуха;
контактное окисление SO
в SO
: SO
 0,5 О
SO
(2).
Процесс ведут на ванадиевом катализаторе при температуре
420–550°С;
абсорбция SO
: SO
 H
O  Н

(З). Абсорбционная
колонна орошается 98,3% Н

. Перед отправкой на склад
кислота разбавляется до ~ 93% Н

.
Исходные данные для расчета
Вариант
Показатель
1 2 3 4
Степень превращения серы в SO
, % 93,0 94,0 92,0 95,0
Степень превращения SO
в SO
, % 98,0 99,5
99,0 99,7
Степень абсорбции SO
, %
99,5 99,7 99,8 99,9
Содержание SO
в газе, поступающем
в контактный аппарат, %(по объему)
8,5
8,8
8,0
9,0
Содержание Н
SO
в целевом продук-
те, %. (по массе)
93,0
93,5
92,5
92,8
Базис расчета, кг Н

в продукте 1200
2500
2000
5000
www.mitht.ru/e-library
6.
Расчет материального баланса ХТС.
На первом
этапе работы по составлению материального баланса задан-
ной химико – технологической системы необходимо ознако-
миться с рекомендациями, приведенными в методическом
пособии*
. В предлагаемом пособии приведена форма записи
(таблицы) исходных данных и результатов расчета. Матери-
альный баланс следует представить в виде таблицы и поточ-
ной диаграммы.
7.
Расчет основных технологических показателей про-
цесса
. Рассчитать расходные коэффициенты по сырью (прак-
тические и стехиометрические), а также степень превращения,
выход и селективность образования целевого продукта. Про-
вести анализ технологических показателей.
8.
Список использованной литературы
. Список литера-
туры представить по ГОCT'y.
Кононова Г.Н., Сафонов В.В., Егорова Е.В.
Расчет
материального баланса химико–технологической системы. –
М.: ИПЦ МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 1999. – 26 с.
www.mitht.ru/e-library
побочных реакций и образованию отходов. Отметить этапы
подготовки сырья в технологической схеме. В случае исполь-
зования полупродукта описываются не только его свойства, но
и источники получения.
3.
Характеристика целевого продукта.
Привести физи-
ческие и химические свойства продукта, поскольку с ними свя-
зана не только химическая схема, но и обоснование этапов раз-
деления и очистки. Желательно привести на целевой продукт
ГОСТ или ТУ, указывающий содержание основного вещества
и ограничения на примеси.
4.
Физико-химическое обоснование основных процессов
производства целевого продукта и экологической безопасно-
сти производства.
На уровне химической концепции провес-
ти анализ различных вариантов производства целевого продук-
та. После химического описания альтернативных вариантов и
их сравнения необходимо тщательно обосновать предлагаемую
технологию и выбор технологических параметров процесса с
учетом равновесия, кинетики, фазовой характеристики процес-
са. На основе химической концепции метода (с учетом эколо-
гических требований к производству) представить функцио-
нальную (принципиальную) схему ХТС.
5.
Описание технологической схемы процесса.
Дать
описание технологической схемы и её чертеж. Затем провести
формализацию технологической схемы. Представить струк-
турную и операторную схемы ХТС.
www.mitht.ru/e-library
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К
ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ
РАБОТЫ
Курсовая (домашняя) работа по дисциплинам «Основы
химической технологии» и «Основы системных закономерно-
стей технологических процессов» является завершающим эта-
пом инженерной подготовки студента. В её задачу входит ана-
лиз (качественный и количественный) предлагаемой конкрет-
ной химико-технологической системы (ХТС), что позволяет на
уровне бакалавра подготовить студентов для оценки любого
инженерного проекта в целом и дать основу для расчета курсо-
вых проектов по специальным дисциплинам на современном
уровне – инженера химика-технолога.
Учитывая, что методологически наиболее целесообразно
использовать для этой цели системный подход, предлагается
провести расчет ХТС с использованием интегрального метода.
Расчет сложных систем, к которым относятся ХТС, не-
мыслим без тщательного анализа химической, технологиче-
ской и экологической концепции данного метода. Поэтому
структура курсовой работы должна включать следующие раз-
делы:
1.
Введение.
Обосновать постановку задачи; дать сведе-
ния о применении целевого продукта и масштабах его произ-
водства.
2.
Исходное сырье
. Дать характеристику сырья по основ-
ному компоненту и примесям, способствующим протеканию
www.mitht.ru/e-library
Федеральное агентство по образованию
Государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московская государственная академия тонкой
химической технологии им. М.В. Ломоносова

Кафедра Общей химической технологии.
СБОРНИК ЗАДАНИЙ И МЕТОДИЧЕСКИХ
УКАЗАНИЙ ПО РАСЧЁТУ МАТЕРИАЛЬНОГО
БАЛАНСА ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Москва – 2008
www.mitht.ru/e-library

Приложенные файлы

  • pdf 1155254
    Размер файла: 690 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий