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
Top Related