Оптимизация работы реактора и блока ректификационного разделения продуктов процесса жидкофазного алкилирования бензола пропиленом для повышения качества и увеличения выхода изопропилбензола

Оглавление ……………………………………………………………………………………………………….. 2
Введение …………………………………………………………………………………………………………… 5
Глава 1. Современное состояние процессов алкилирования бензола олефинами . 13
1.1 Совершенствование процесса алкилирования бензола пропиленом …………….. 14
1.1.1 Новые технические решения в оформлении реакторного блока процесса
алкилирования бензола пропиленом…………………………………………………14
1.1.2 Модернизация химико-технологических схем процесса алкилирования
бензола олефинами……………………………………………………………………18
1.1.3 Использование совмещенных процессов в технологии алкилирования
бензола олефинами……………………………………………………………………26
1.2 Создание новых каталитических систем процесса алкилирования бензола
олефинами ………………………………………………………………………………………………………. 28
1.2.1 Гетерогенные нецеолитные катализаторы алкилирования бензола олефинами
………………………………………………………………………………………….29
1.2.2 Катализаторы на основе цеолитов в технологии алкилирования бензола
олефинами……………………………………………………………………………..30
1.3 Опыт моделирования процесса алкилирования бензола олефинами ……………. 32
1.3.1. Модель алкилирования бензола пропиленом на β-цеолитном катализаторе
………………………………………………………………………………………….33
1.3.2 Модель алкилирования бензола пропиленом в присутствии
диметилдихлоросилана……………………………………………………………….35
1.3.3 Модель алкилирования бензола пропиленом на катализаторе МСМ-22……36
1.3.4 Модель алкилирования бензола пропиленом на цеолитных катализаторах
ZSM-12 и β-цеолитах………………………………………………………………….37
1.3.5 Модель алкилирования бензола пропиленом на цеолитных катализаторах Z-2
………………………………………………………………………………………….39
1.3.6 Модель алкилирования бензола пропиленом на алюмосилитатном
катализаторе AS-2…………………………………………………………………….42
1.4 Постановка цели и задач исследования…………………………………………43
3

Выводы по главе 1…………………………………………………………………….45
Глава 2. Характеристика объекта исследования, методология и методы
диссертационного исследования ……………………………………………………………………… 47
2.1 Технологическая схема установки получения изопропилбензола…………….47
2.2 Основные факторы, влияющие на процесс алкилирования……………………54
2.3 Стратегия системного анализа в исследовании химико-технологических
систем как основная методология работы…………………………………………..56
2.4 Метод математического моделирования………………………………………..58
2.5 Проверка математической модели на адекватность……………………………59
2.6 Методы оптимизации химико-технологических процессов……………………61
2.7 Исследование химико-технологических процессов с применением методов
квантовой химии………………………………………………………………………63
Выводы по главе 2…………………………………………………………………….67
Глава 3. Разработка математической модели процесса алкилирования бензола
пропиленом на хлоралюминиевом катализатор…………………………………….68
3.1 Химизм процесс алкилирования…………………………………………………………………. 68
3.1.1 Механизм целевой реакции…………………………………………………….70
3.1.2 Механизм побочных реакций…………………………………………………..72
3.2 Термодинамический анализ процесса алкилирования бензола пропиленом с
использованием методов квантовой химии………………………………………………………. 74
3.3 Составление формализованной схемы превращений веществ в процессе
алкилирования бензола пропиленом ………………………………………………………………… 76
3.4 Составление кинетической модели процесса алкилирования бензола
пропиленом …………………………………………………………………………………………………….. 78
3.5 Оценка термодинамических параметров переходного состояния с
использованием квантово-химических методов ……………………………………………….. 81
3.6 Решение обратной кинетической задачи …………………………………………………….. 87
3.7 Составление уравнений материального и теплового балансов процесса
алкилирования бензола пропиленом ………………………………………………………………… 89
3.8 Программная реализация кинетической модели …………………………………………. 93
4

3.8 Проверка модели на адекватность ………………………………………………………………. 96
Выводы по главе 3 …………………………………………………………………………………………. 100
Глава 4. Оптимизация работы реактора и блока ректификационного разделения
продуктов процесса получения изопропилбензола на хлоралюминиевом
катализаторе………………………………………………………………………….102
4.1 Оптимизация технологического режима работы реактора алкилирования
бензола пропиленом ………………………………………………………………………………………. 102
4.1.1 Влияние технологических параметров на показатели процесса
алкилирования бензола пропиленом ………………………………………………………………. 102
4.1.2 Оптимизация расхода катализаторного комплекса………………………….104
4.1.3 Оптимизация работы реакторного блока алкилирования ………………………… 106
4.2 Оптимизация схемы направления и режимов работы блока
ректификационного разделения продуктов …………………………………………………….. 109
4.2.1 Разработка компьютерной модели блока ректификационного разделения
продуктов процесса алкилирования бензола пропиленом на хлоралюминиевом
катализаторе в среде HYSYS …………………………………………………………………………. 110
4.2.2 Изменение схемы направления потоков блока ректификации производства
ИПБ ………………………………………………………………………………………………………………. 111
4.2.3 Внедрение математической модели реактора алкилирования бензола
пропиленом на хлоралюминиевом катализаторе в компьютерную модель
установки производства ИПБ HYSYS ……………………………………………………………. 116
Выводы по главе 4 …………………………………………………………………………………………. 121
Основные выводы: ………………………………………………………………………………………… 124
Список литературы: ………………………………………………………………………………………. 126
Приложение А ………………………………………………………………………………………………. 139
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………….. 141
5