Universitatea Petrol-Gaze PloietiFacultatea Tehnologia Petrolului i PetrochimieSpecializarea Informatic IndustrialForma de nvmnt Licen+zi

Alchilarea benzen cu propilen la cumen

Profesor coordonator: Asist dr. Ing. Elena FenduStudent: Ardeleanu-Simion tefan

Cap. 1 Introducere

Izopropil-benzenul - (1-methylethyl)benzene conform IUPAC , deasemenea cunoscut sub denumirea de cumen, este una dintre cele mai folosite substane n industria petrochimic, folosind aproximativ 7-8% din consumul la nivel global de propilen.Astzi, cumenul este folosit aproape in exclusivitate la fabricarea fenolui si a acetonei.Acest proiect se refer la design-ul si simularea unei instalaii de dimensiuni medii de producere a aproximativ 98.000 t cumen/an.

Cap. 2 Sinteza sistemului de reacie

Date cineticeMecanismul alchilrii benzenului cu propilen implic implic un catalizator, prima reacie conducand la izopropil-benzen, i mai departe la di-izopropil-benzen

BenzenPropenizopropil benzen (cumen)Reactia de alchilare

k1=6510*e(-52564/RT)

Ca i produs secundar, n reactor, se obine si diizopropil-benzen n urma reaciei dintre cumenul obinut (reacia de mai sus) si propen.

Izopropil benzen izo-propildiizopropil-benzenReacia de formare a diizopropil-benzenului

k1=450*e(-55000/RT)De precizat c in expresiile ecuaiilor cinetice, viteza de reacie este exprimat n kmol/m3*s i energia de activare n kJ/kmol

n simulare s-a folosit un reactor adiabatic de tip Plug-Flow ReactorCaracteristici reactor: Diametru 1.3 m Lungime 7 m

Alimentarea reactorului este constituit din 3 fluxuri separate amestecate ntr-un mixer si preincalzite: un flux de benzen recirculat, un flux de benzen proaspt si un flux propan/propenStream (Summary)UOMS1

NameS1

DescriptionS1

PhaseLiquid

Thermodynamic SystemGS01

Total Molar Ratekg-mol / hr642.7380845

Total Mass Ratekg / hr46170.91368

TemperatureC170

Pressurebar35

Total Molecular Weight71.83472522

Total Molar Component Rateskg-mol / hr

BENZENE529.8926558

PROPENE102.472

CUMENE0.125500286

1HEXENE0

PDIPBN1.89774E-11

PROPANE10.24792836

Caracteristici flux alimentare reactor

Cap. 3 Sinteza sistemului de separare

Sistemul de separare este constitui din 3 coloane de separare avand ca scop separarea a 4 fluxuri: propan, benzen, cumen si diizopropil-benzen.

Schema sistemului de separare

Coloana 1 (DEPROP) este folosit pentru a separa propanul(DEPROP_OVHD) din produsul de reacie (FEED_DEPROP). Produsul din baza coloanei(DEPROP_BAZA) este trimis pentru separri ulterioare

Stream (Summary)DEPROP_BAZADEPROP_OVHDFEED_DEPROP

NameDEPROP_BAZADEPROP_OVHDFEED_DEPROP

PhaseLiquidVaporLiquid

Total Molar Rate529.611235210.24758524539.8588206

Total Mass Rate45703.70006451.902521946155.60259

Temperature201.991778835.0596563150

Pressure12.21234.8

Total Molecular Weight86.2966965644.0984398985.49569041

Total Molar Component Rates

BENZENE427.04575340.000578517427.046332

PROPENE000

CUMENE102.13952772.7211E-09102.1395277

1HEXENE000

PDIPBN0.425038513.39327E-150.42503851

PROPANE0.00091552910.2470067210.24792225

Total Molar Component Fractions

BENZENE0.8063381695.6454E-050.791033351

PROPENE000

CUMENE0.1928575552.65536E-100.189196738

1HEXENE000

PDIPBN0.0008025483.31128E-160.000787314

PROPANE1.72868E-060.9999435460.018982597

Bilan material coloana DEPROP

Variaia temperaturii in functie de numarul talerului pentru coloana DEPROP

Coloana 2 (DEZBENZENARE) este folosit pentru a separa benzenul din fluxul de la baza coloanei DEPROP, benzen ce urmeaz a fi reintrodus in circuitul instalaiei sub form de reflux. Alimentare- FEED_DEZBENZProduse: varf- DEZBENZ_OVHD baz- FEED_SEP_IPB

Stream (Summary)DEZBENZ_OVHDFEED_DEZBENZFEED_SEP_IPB

NameDEZBENZ_OVHDFEED_DEZBENZFEED_SEP_IPB

PhaseLiquidLiquidLiquid

Total Molar Rate426.7457269529.6112352102.8655085

Total Mass Rate33339.9373245703.7000612363.76274

Temperature82.618520890163.7671025

Pressure1.112.11.3

Total Molecular Weight78.1260015686.29669656120.1934733

Total Cp1.795684421.8511681172.203822701

Total Molar Component Rates

BENZENE426.6187092427.04575340.427044279

PROPENE000

CUMENE0.126102063102.1395277102.0134256

1HEXENE000

PDIPBN1.91207E-110.425038510.42503851

PROPANE0.0009155290.0009155299.1022E-25

Total Molar Component Fractions

BENZENE0.9997023580.8063381690.004151482

PROPENE000

CUMENE0.0002954970.1928575550.991716536

1HEXENE000

PDIPBN4.48059E-140.0008025480.004131983

PROPANE2.14537E-061.72868E-068.84864E-27

Bilan material coloana DEZBENZENARE

Variaia temperaturii in functie de numarul talerului pentru coloana DEZBENZENARE

Coloana 3 (OBT_CUMEN) este coloana care realizeaz separarea fluxului de la baza coloanei DEZBENZENARE in 2 produse, cumen (CUMEN_OVHD) si diizopropil-benzen (DIPB_BOT).

Stream (Summary)UOMCUMEN_OVHDDIPB_BOTFEED_SEP_IPB

NameCUMEN_OVHDDIPB_BOTFEED_SEP_IPB

PhaseLiquidLiquidLiquid

Total Molar Ratekg-mol / hr102.53835880.327149641102.8655085

Total Mass Ratekg / hr12310.6748753.0878812812363.76274

TemperatureC96.3562111174.2608393163.7671025

Pressurebar0.20.41.3

Total Molecular Weight120.059215162.2740011120.1934733

Total Specific EnthalpykJ / kg184.8186102367.4947818325.0631511

Total CpkJ / kg C1.950428732.2967947692.203822701

Total Molar Component Rateskg-mol / hr

BENZENE0.4270442796.54138E-210.427044279

PROPENE000

CUMENE102.01342567.57209E-09102.0134256

1HEXENE000

PDIPBN0.0978888760.3271496340.42503851

PROPANE009.1022E-25

Total Molar Component Fractionsfraction

BENZENE0.0041647271.99951E-200.004151482

PROPENE000

CUMENE0.9948806172.31457E-080.991716536

1HEXENE000

PDIPBN0.0009546560.9999999770.004131983

PROPANE008.84864E-27

Bilan material coloana OBT_CUMEN

Variaia temperaturii in functie de numarul talerului pentru coloana OBT_CUMEN

Cap. 4 Simulare i influen reciclu

Proiectul a fost realizat i simulat in mediul PRO/II, dezvoltat de compania SIMSCI, pentru industria chimic si petro-chimic.n cadrul simulrii s-au folosit urmtoarele echipamente impreuna cu specificaiile aferente:1. Mixer -> cadere de presiune=0 Fluxuri intrare: BENZEN, BENZENRECIRC, PROP care reprezinta alimentarea reactorului (benzen, reciclu de benzen respectiv amestecul propan propen) Flux iesire: S42. Schimbator cldur E1 folosit pentru preinclzirea materiei prime inaintea intrrii in reactor pan la temperature de 1700C cu o cdere de presiune de 0.50000 bar3. Reactorul REACTOR avnd specificaiile prezentate mai sus (caracteristici constructive si set reacii)4. Schimbtorul de cldur E2 folosit pentru inclzirea produsului reactorului pn la temperature de 1500C inaintea intrrii in sistemul de separare, si avnd o cdere d epresiune de 0.2 bar.5. Coloana DEPROP Are rolul de a separa propanul din produsul reactorului Alimentare: ieirea din schimbtorul E2 Specificaii: Debit reflux 4300 kg/hr 100 ppm benzene in produsul de vrf6. Schimbtorul de cldur E3, cu rolul de a rci produsul de baz al coloanei DEPROP pn la temperature de 900C, si avnd o cdere de presiune de 0.1 bar.7. Coloana DEZBENZENARE - are rolul de a separa benzenul din produsul de baz al coloanei DEPROP. Alimentare: produsul de baz al DEPROP Specificaii: grad de recuperare benzen 0.999%Raie de reflux masica 0.268. Coloana OBT_CUMEN- are rolul de a separa produsul principal al instalaiei (cumenul) de diizopropil-benzen. Alimentare: produsul de baz al coloanei DEPROP Specificaii: puritate masa 99.6% cumen la vrful coloanei Raie de reflux 1.29. Pompa P1- are rolul de a egala presiunea reciclului de benzen cu cea a benzenului proaspt

Schema instalatie obtinere cumen

Stream (Summary)UOMBENZENRECIRC

NameBENZENRECIRC

PhaseLiquid

Total Molar Ratekg-mol / hr426.2456632

Total Mass Ratekg / hr33300.89108

TemperatureC84.6081956

Pressurebar35.5

Total Molecular Weight78.12605257

Total Specific EnthalpykJ / kg158.1814423

Total CpkJ / kg C1.803742595

Total Molar Component Rateskg-mol / hr

BENZENE426.1182894

PROPENE0

CUMENE0.126465754

1HEXENE0

PDIPBN1.92066E-11

PROPANE0.000907976

Total Molar Component Fractionsfraction

BENZENE0.999701173

PROPENE0

CUMENE0.000296697

1HEXENE0

PDIPBN4.50599E-14

PROPANE2.13017E-06

Compoziie flux benzen recirculat

Din datele simulrii putem vedea ca se poate atinge o productie de 98000 t/an (12250 kg/hr), si o puritate a cumenului mai mare de 99.6% masa avand in vedere caracteristicile si datele instalaiei prezentate mai sus.

Bibliografie

1. Chemical Process Design: Computer-Aided Case Studies. Alexandre C. Dimian and Costin Sorin Bildea2. PRO/ii3. http://enggyd.blogspot.ro/2009/09/cumene-production-flow-sheet.html

Cuprins

Cap. 1 Introducere2Cap. 2 Sinteza sistemului de reacie3Date cinetice3Caracteristici reactor:4Cap. 3 Sinteza sistemului de separare5Coloana 1 (DEPROP)6Coloana 2 (DEZBENZENARE)8Coloana 3 (OBT_CUMEN)10Cap. 4 Simulare i influen reciclu12Bibliografie15

16