Получение аллилового спирта гидролизом хлористого аллила (стр. 9 из 10)

4. Определяем количество тепла, которое необходимо для нагревания до температуры химической реакции:

,

5.Определяем количество потерь тепла:

6. Определим тепловую нагрузку на реактор:

QF < 0 – для поддержания заданной температуры нужен теплоноситель;

Определим поверхность теплообмена реактора:

.

Данные, полученные в результате расчета теплового баланса сводим в табл. 7.

Таблица 7

Тепловой баланс

Приход			Расход
Тепловой поток	кДж/мин	% тепл	Тепловой поток	кДж/мин	% тепл
Qi	98310,12	54,57	Qj	171208,92	95,03
QF	81859,63	45,43	Qнагр	943,89	0,52
Qпот	1966,20	1,09
Qr	6050,74	3,36
Итого	180169,75	100,00	Итого	180169,75	100,00

Вывод: реакция эндотермическая, QF > 0, то есть для поддержания заданной температуры химической реакции необходимо подводить тепло в количестве 180169,75 кДж/мин.

5.3 Расчет объема реактора

Гидродинамический режим в РИВ характеризуется тем, что любая частица потока движется только в одном направлении по длине реактора; обратное (продольное) перемешивание и перемешивание по сечению аппарата отсутствуют.

В РИВ состав реакционной массы изменяется по длине реактора, поэтому материальный баланс по одному из компонентов необходимо составлять для элементарного объема аппарата dV[64].

Материальный баланс по одному из компонентов в общем виде выражают соотношением [18]:

∑Gприх = ∑Gрасх + ∑Gпотерь.

Gi = Gi + dGi + vrdV.

Учитывая, что dGi = d[Gi,0(1-xi)] = -Gi,0dxi, находим выражение по одному из компонентов для элементарного объема реактора dV:

Gi,0dxi = vrdV = GvCi,0dxi,

где Gv – объемный расход реакционной массы;

Gi,0 – массовый расход реакционной массы;

Ci,0 – концентрация реагента на входе в реактор.

Чтобы получить проектное уравнение для РИВ, необходимо в последнем уравнении разделить переменные и проинтегрировать его, учитывая, что скорость реакции зависит от концентрации веществ или степени превращения. После несложных операций получаем:

откуда время контакта реагентов в РИВ [61]:

Так как нам известно время реакции, выражаем объем:

.

Таким образом, объем реактор составит:

V= 3,5 мин ∙ 11,287 л/мин = 39,505 л = 0,034 м3.

6. Операторная модель химико-технологической системы

Операторная схема жидкофазного гидролиза хлористого аллила в аллиловый спирт представлена на рисунке 9.

Хлорпроизводное и водный раствор гидролизирующего агента подают на всасывающую линию компрессора 2, который эмульгирует смесь и сжимает её до давления 15 атм. Причем переключающее устройство гидравлического клапана пускает в действие поршневую ступень компрессора. При этом, в системе давление повышается до желаемого уровня.

В подогревателе 3 реакционная масса нагревается до температуры 1400С, и в изолированном от теплопотерь реакторе 4 процесс ведут до высокой степени конверсии хлорпроизводного (95% и более). После этого жидкость дросселируют в клапане редуктора 5 почти до атмосферного давления, причем часть ее в испарителе - сепараторе 6 испаряется и пары отделяются от жидкости. Органические продукты отгоняют с острым водяным паром; из нижней части испарителя 6 отводят раствор хлористого натрия и избыток щелочи.

В ректификационной колонне 7 аллиловый спирт отделяют, азеотропной перегонкой от диаллилового эфира. Из верхней части колонны при 77,8°С отбирают тройную азеотропную смесь аллилового спирта, диаллилового эфира и воды. Смесь поступает в сепаратор 8, где разделяется на два слоя: нижний (89,5% воды, 10% аллилового спирта и 0,5% диаллилового эфира), и верхний (90% диаллилового эфира; 8,6% аллилового спирта и 1,4% воды). Из сепаратора 8 верхний слой перетекает в аппарат 9, куда также подают воду для извлечения аллилового спирта в сепараторе 10. Из нижней части колонны 7 жидкость направляют в ректификационную колонну 11 для выделения аллилового спирта.

В процессе синтеза, с ректификационных колонн 7, 11, 13 аллиловый спирт поступает в сборник 14.

Рис. 9. Операторная схема получения аллилового спирта из хлористого аллила:

1 - смеситель; 2 - компрессор; 3 - подогреватель; 4 – реактор; 5 – редуктор; 6 – испаритель - сепаратор; 7, 11, 13 - ректификационная колонна; 8, 10 – сепаратор; 9, 12 – смеситель; 14- сборник

Щелочь из испарителя - сепаратора 6 вновь возвращается на стадию синтеза.

Побочные продукты от ректификационных колонн 11 и 13: вода и диаллиловый эфир, поступают на стадию утилизации сырья.

Выводы

Разработка и оптимизация методов получения аллилового спирта является актуальной в химической технологии.

Пропеновый спирт, полупродукт производства глицерина, синтетических смол и пластических материалов, и используется в производстве фармацевтических препаратов и в химическом синтезе вообще, но самое большое применение аллиловый спирт нашел в производстве различных сложных эфиров аллила, из которых наиболее важными являются диаллил - фталат и диаллил - изофталат , которые служат в качестве мономеров и реполимеров .

1. На основании анализа литературных данных выбран метод получения аллилового спирта гидролизом хлористого аллила.

Гидролиз проводят в жидкой фазе при 140 - 150 °С, давлении 10 - 15 атм.

Аллиловый спирт по этой реакции получается высокой чистоты с конечным выходом 92%.

2. Термодинамический расчет показал, что реакция является эндотермической (ΔH > 0), протекает с небольшим поглощением тепла. Процесс характеризуется маленькими значениями Кр. С увеличением температуры константа равновесия увеличивается, а, следовательно, увеличивается выход продукта. В указанных условиях реакция протекает самопроизвольно, т.к. значения энергии Гиббса отрицательны (

G < 0). Процесс идет с поглощением тепла и с увеличением температуры, значит, в соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции. Изменение концентрации реагирующих веществ приведет к смещению равновесия в сторону образования продуктов реакции (по принципу Ле-Шателье).

3. Реакция протекает по механизму электрофильного замещения.

4. Для проведения процесса гидролиза хлористого аллила в соответствии с условиями протекания реакции выбран реактор с трубчатого типа. Смесь реакционных веществ предварительно сжимают до рабочего давления.

5. Материальный баланс процесса жидкофазного гидролиза хлористого аллила рассчитывается исходя из теоретических данных. Процесс осуществляется при температуре 140 оС; конечный выход аллилового спирта 92%, степень конверсии 86%. Селективность получаемого спирта составляет 88%. Расчет материального баланса показывает, что для получения 12,24 кг/мин аллилового спирта необходимо взять 21,35 кг/мин хлористого аллила и 5,04 кг/мин воды.

Из расчета материального баланса видно, что процесс подчиняется закону сохранения массы. Выход продукта невелик, т.к. имеются потери из-за неполного превращения исходных веществ. Определение тепловой нагрузки на реактор показало, что тепловой баланс подчиняется закону сохранения энергии. Реакция эндотермическая, QF > 0, то есть для поддержания заданной температуры химической реакции необходимо подводить тепло в количестве 180169,75 кДж/мин. С учетом тепловой нагрузки поверхность теплообмена равна 151,59 м2.

6. В работе предложена операторная схема процесса. Предусмотрено возвращение не прореагировавшей щелочи в реакцию. После химического превращения исходных реагентов в реакторе, они направляются на ректификацию, где происходит отделение аллилового спирта. Также в процессе используются компрессор и редуктор для создания необходимых технологических условий.

Список литературы

1. Краткая химическая энциклопедия, «Современная энергия» т.1, М: 1961

2. Химическая энциклопедия т.4, гл. ред. Зефиров Н.С., М: 1995, «Большая Российская энциклопедия»

3. Лосев И.И., Е.Б. Тростянская, химия синтетических полимеров, «Химия», М: 1964.

4. Общая органическая химия, под ред. Д.Бартона, В.Д. Опписса, т.2 Кислородсодержащие соединения, под ред. Дж. Ф. Стоддарта - пер. с англ.под ред. Н.Н. Кочеткова и А.И. Усова- М: Химия 1982.- 856с.

5. Синтезы органических препаратов, сб.1, М: 1949. - стр. 25-28

6. «Справочник химика» т. 2, Л.-М.: Химия, 1964. - стр. 412-413

7. Гурвич Я.А. «Справочник молодого аппаратчика- химика» М.: Химия, 1991.- стр. 229

8. Рабинович В.А., Хавин З.Я. «Краткий химический справочник» Л.: Химия, 1977. - стр. 122

9. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. «Краткий справочник по химии» Киев: Наукова думка, 1965. - 837с.

10. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. «Органическая химия» М.: Высшая школа, 1969. - 973с.

11. Жиряков В.Г. «Органическая химия» М.: Химия, 1978. - 408с.

12. Кузьменко Н.Е. и др. Химия. Для школьников ст. кл. и поступающих в вузы: Учеб. Пособие Н.Е. Кузьменко, В.В.Еремин, В.А. Попков.- 4-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2001. - 544с.

13. В. Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин и др. «Органическая химия», уч. Для вузов в 2х книгах, М.: Дрофа, 2003 кн.1 Основной курс - - 640 с.