Гутник примеры и задачи по технологии орг синтеза часть 12
Получение олигомеров олефинов
Олигомеры олефинов (полимеры с молекулярной массой от 500 до 5000) получают в присутствии катализаторов (Н3РО4, Н2SО4, НF, ВF3, АlСl3 и др.). Процесс ведут в реакторах трубчатого или полочного типа. Достигается следующий выход олигомеров в расчете на превращенное сырье: на этилен 20 -30%, на пропилен 70 - 80%, на н-бутен 90 - 95%. Температура и давление процесса зависят от природы катализатора, сырья и ассортимента получаемых продуктов: температура изменяется от 20 до 300 °С, давление от 0,1 до 0,7 МПа. Производительность катализатора в трубчатых реакторах 9004-1200 кг/(кг-ч), в реакторах полочного типа до 500 кг/(кг*ч) при объемной скорости подачи сырья 0,6-4 ч-1.
Pr-67. На установке полимеризации бутан-бутеновой фракции в присутствии ортофосфорной кислоты перерабатывают 16000кг сырья в час. Определить число трубчатых реакторов, если массовая скорость подачи сырья равна 0,7 м-1, .насыпная плотность катализатора 950 кг/м3, внутренний диаметр трубок 86 мм, их длина 7 м, а число трубок в одном реакторе 196.
Скачать решение задачи Pr-67 (цена 100р)
Pr-68 На установке полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты перерабатывают в час 17000 м3 углеводородного газа такого массового состава: 15% пропилена, 36% пропана, 23% бутенов, 27% бутана. Определить производительность установки по полимербензину, если степень конверсии бутенов равна 100%, а пропилена
Скачать решение задачи Pr-68 (цена 100р)
Задача 471. На установке полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты перерабатывают 15000 кг пропан-пропиленовой фракции в час. Массовая скорость подачи сырья 0,9 ч-1. Определить число слоев катализатора, если диаметр реактора полочного типа 2 м, а высота одного слоя катализатора 1,35 м. Насыпная плотность катализатора 1000 кг/м3.
Задача 472 Составить материальный баланс установки полимеризации пропилена в присутствии ортофосфорной кислоты, если расход пропан-пропиленовой фракции равен 15000 кг/ч, а массовая доля пропилена в сырье 28%. Степень конверсии пропилена 88%.
Скачать решение задачи 472 (цена 100р)
Задача 473. Составить материальный баланс установки полимеризации олефинов в присутствии ортофосфорной кислоты. Объемный расход углеводородного газа 20000 м3/ч, а его объемный состав таков: пропилен 25%, пропан 38%, бутены 17%, бутан 20%. Степень конверсии бутенов 90%, пропилена 85%.
Скачать решение задачи 473 (цена 100р)
Задача 474. На установку полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты подают в час 16000 кг пропан-пропиленовой фракции, в которой объемная доля пропилена 30%, а пропана 70%. Степень конверсии пропилена 92%, тепловой эффект реакции 1340 кДж на 1 кг олигомеров. Определить количество образующегося водяного пара, если температуру в реакторе трубчатого типа поддерживают за счет подачи водного конденсата при 200 °С. Теплота парообразования воды 35 кДж/моль
Скачать решение задачи 474 (цена 100р)
Задача 475. На установку полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты подают в час 15000 кг пропан-пропиленовой фракции с массовой долей пропилена 32%. Выделяющуюся теплоту (1340 кДж на 1 кг олигомеров) снимают, подавая в межтрубное пространство кипящую воду при 220 °С. Определить степень конверсии пропилена, если образуется 3100 кг водяного пара в час. Теплота парообразования воды 33,5 кДж/моль.
Скачать решение задачи 475 (цена 100р)
Задача 476. На установке полимеризации в присутствии ортофосфорной кислоты перерабатывают в час 18000 кг пропан-пропиленовой и бутан-бутеновой фракций. Определить число трубчатых реакторов, если плотность жидкого сырья 585 кг/м3, объемная скорость подачи сырья 2 ч-1, внутренний диаметр трубок 60 мм, длина трубок 6 м, а число трубок в одном реакторе 168.
Задача 477. Производительность установки полимеризации с реактором полочного типа составляет 2000 кг полимеров в час. Массовая доля пропилена в исходном сырье 36%, степень конверсии пропилена 89%. Определить число слоев катализатора, если объемная скорость подачи сырья равна 2,2 ч-1, высота одного слоя 1,1 м, диаметр реактора 2 м, плотность жидкого сырья 528 кг/м3.
Задача 478. На установке полимеризации пропан-пропиленовой фракции (массовая доля пропилена 35%) выделяющуюся теплоту снимают за счет подачи в межтрубное пространство кипящей воды при 210°С. При этом в час образуется 3200 кг водяного пара. Определить массовый расход пропан-пропиленовой фракции, если в процессе полимеризации выделяется теплота в количестве 1340 кДж на 1 кг олигомеров. Теплота парообразования воды 34,2 кДж/моль.
Получение полиэтилена
В зависимости от условий полимеризации этилена получают полиэтилен высокого давления (при 150-200 МПа и 180-240 °С), среднего давления (при 2-5 МПа и 130-170 °С в растворителе) и низкого давления (при 0,1-0,5 МПа и 60-70 °С в присутствии катализаторов в растворителе. Для полимеризации используют трубчатые реакторы, автоклавные реакторы с мешалками, колонные аппараты.
Pr-69 Производительность трубчатого реактора полимеризации этилена прн 170 МПа равна 6000 кг полиэтилена в час. Реак тор имеет диаметр 60 мм и длину 1000 м. Определить объемную скорость подачи этилена (при указанном давлении и средней температуре газа 190 °С), если степень конверсии этилена равна 12,5%.
Скачать решение задачи Pr-69 (цена 100р)
Задача 479. Этилен, сжатый до 180 МПа, поступает в трубчатый реактор полимеризации с объемной скоростью подачи 12 ч-1. Объемный расход этилена, измеренный до его компримирования, равен 40000 м3/ч, степень конверсии этилена 13%. Средняя температура газа в реакторе 195°С. Определить производительность по полиэтилену в расчете на 1 м3 реактора.
Скачать решение задачи 479 (цена 100р)
Задача 480. Объемный расход этилена на установке полимеризации, измеренный до компримирования, равен 42000 м3/ч. Газ поступает в трубчатый реактор при 180 МПа; средняя температура газа в реакторе 190 °С. Определить время пребывания газовой смеси в реакторе объемом 3,6 м3.
Задача 481. Производительность установки полимеризации этилена 5,8 т полиэтилена в час при степени конверсии этилена 13%. Исходный этилен сжимают до 165 МПа; средняя температура газа в реакторе 190 °С. Определить линейную скорость газовой смеси в трубчатом реакторе диаметром 32 мм.
Задача 482. Степень конверсии этилена в автоклавном реакторе 26%; объемный расход этилена, находящегося при 200 МПа и 190 °С, равен 15,5 м3/ч. Определить производительность реактора по полиэтилену в расчете на 1 м3 реакционного объема, если время пребывания этилена в реакторе 2 мин.
Скачать решение задачи 482 (цена 100р)
Задача 483. Производительность автоклавного реактора полимеризации этилена 5500 кг полиэтилена в час. Процесс ведут при 190 МПа и 200 °С до степени полимеризации этилена 24,5%. Определить объем реактора, если время пребывания в нем этилена 2 мин.
Задача 484. Производительность автоклавного реактора полимеризации этилена 5250 кг полиэтилена в час. В реакторе поддерживают температуру 210 °С; этилен подают при 180 МП а с объемной скоростью 30 ч-1. Определить диаметр и высоту реакционной зоны, если их соотношение равно 1 : 15, а степень конверсии этилена 25%.
Скачать решение задачи 484 (цена 100р)
Задача 485. В каскад автоклавных реакторов полимеризации этилена при среднем давлении подают 8000 м3 этилена в час. В качестве растворителя используют бензин. На снятие выделяющейся теплоты расходуют 90% этилена и 35% бензина. Определить массовый расход бензина, если массовая доля полиэтилена в растворе, выходящем из каскада реакторов, равна 20%.
Задача 486. В каскад автоклавных реакторов полимеризации этилена при среднем давлении подают 8200 м3 этилена в час и 6250 кг бензина (растворитель). Часть (30%) бензина расходуется на снятие выделяющейся теплоты, Определить степень конверсии этилена, если массовая доля полиэтилена в растворе, выходящем из каскада реакторов, равна 18%.
Задача 487. Производительность установки полимеризации этилена при низком давлении равна 5000 кг полиэтилена в час. Определить объемный расход этилена и полезный реакционный объем, если степень конверсии этилена равна 98%, массовая концентрация полимера в суспензии, выходящей из реактора, 80 кг/м3, а время пребывания реакционной массы в реакторе 6 ч.
Задача 488. Производительность реактора полимеризации этилена при низком давлении 15 кг полиэтилена в час с 1 м3 реакционного объема. Определить массовый расход бензина на снятие выделяющейся теплоты, если объем реактора 80 м3, количество выделяющейся теплоты 3600 кДж на 1 кг полиэтилена, а теплота испарения растворителя 380 кДж/кг.
Получение пропилена и полиизобутилена
Полипропилен получают при 60-70 °С и 1 - 1,2 МПа в емкостных аппаратах с мешалками в среде жидкого углеводорода (чаще всего используют пропан-пропнленовую фракцию). Выделяющуюся теплоту снимают за счет испарения углеводорода.
Полиизобутен получают полимеризацией изобутена и среде жидкого этилена при - 100 °С. Выделяющуюся теплоту отводят за счет кипения растворителя.
Задача 489. Производительность установки полимеризации пропилена равна 2500 кг полипропилена в час. Определить массовый расход жидкой пропан-пропиленовой фракции с массовой долей пропана 40%. Степень конверсии пропилена 98%.
Задача 490. На установку полимеризации пропилена подают в час 1400 м3 газа с объемной долей пропилена 99%. Степень конверсии пропилена 98%. Определить объемный расход суспензии, в которой массовая концентрация полимера равна 178 кг/м3.
Задача 491. На установку полимеризации подают в час 4100 кг пропан-пропнленовой фракции с массовой долей пропилена 58%. Степень конверсии пропилена 97%. Выделяющуюся теплоту (1395 кДж на 1 кг полипропилена) снимают за счет испарения пропана и части растворителя (бензин). Определить массовый расход растворителя на снятие выделяющейся теплоты, если теплота испарения пропана равна 11,4 кДж/моль, а теплота испарения растворителя 380 кДж/кг.
Скачать решение задачи 491 (цена 100р)
Задача 492. В ленточный полимеризатор подают в час 50000 кг раствора изобутена в этилене; массовая доля изобутена 20%. Степень конверсии изобутена 100%. Определить, в каком избытке (к требуемому для снятия выделяющейся теплоты) расходуется этилен, если тепловой эффект полимеризации 53 кДж в расчете на 1 моль изо-С4Н6, а теплота испарения С2Н4 13,4 кДж/моль.
Скачать решение задачи 492 (цена 100р)
Задача 493. В ленточный полимеризатор подают в час 60000 кг раствора изобутена в этилене; массовая доля изобутена в растворе 18%. Ширина слоя полимера, снимаемого со стальной ленты полимеризатора, 0,4 м, толщина слоя 2 см. Степень конверсии изобутена 100%. Определить скорость движения ленты, если плотность полимера равна 910 кг/м3.
Задача 494. Скорость движения стальной ленты в полимеризаторе 30 м/мин, а слой полиизобутена, снимаемый с ленты, имеет ширину 0,45 м и толщину 2,5 см. Определить массовый расход изобутена и этилена, если их массовое соотношение в смеси, подаваемой на полимеризацию, равно 1 : 5. Плотность полимера 910 кг/м3, степень конверсии изобутена 100%.
Получение полистирола
Полистирол получают в промышленности тремя разными методами: блочным с неполной конверсией стирола при 75 - 215°С и степени конверсии стирола 90-97% в полимеризаторах емкостного типа и колонных агрегатах; эмульсионным при 95-96 °С и степени конверсии стирола 99,5% в емкостных аппаратах; суспензионным при 80 °С и степени конверсии стирола до 99% в емкостных аппаратах
Задача 495. Степень конверсии стирола в первом форполи-меризаторе 45%; процесс полимеризации ведут на установке производительностью 2000 кг полистирола в час до степени конверсии стирола 95%. Определить объемный расход стирола и массовое содержание полимера и мономера в реакционной смеси на выходе из первого форполимеризатора. Плотность стирола 906 кг/м3.
Задача 496. Предварительную полимеризацию стирола проводят последовательно в реакторах объемом по 10 м3. Время пребывания реакционной массы в каждом аппарате 18 ч; коэффициент заполнения аппаратов 0,8. Определить общее число реакторов для обеспечения производительности установки, равной 1900 кг полистирола в час, при общей степени конверсии стирола 95%. Плотность стирола и реакционной массы в реакторах 906 кг/м3.
Задача 497. Предварительную полимеризацию стирола осуществляют в каскаде из двух реакторов. Степень конверсии стирола в первом аппарате 48%, во втором 80%; объемный расход стирола 2,1 м3/ч. Определить количество теплоты, выделяющейся в каждом реакторе, если тепловой эффект полимеризации стирола равен 69 кДж в расчете на 1 моль мономера. Плотность стирола 906 кг/м3.
Скачать решение задачи 497 (цена 100р)
Задача 498. Полимеризацию стирола ведут в колонном аппарате до степени конверсии 95%. Производительность установки 2000 кг полистирола в час; степень конверсии стирола на стадии форполимеризации 75%. Определить количество выделяющейся теплоты на каждой стадии. Тепловой эффект полимеризации стирола 69 кДж в расчете на 1 моль мономера.
Задача 499. Полимеризацию стирола проводят в каскаде из двух форполимеризаторов и колонном агрегате. Время пребывания реакционной массы в каждом форполимеризаторе 8 ч, а в колонном агрегате 6 ч. Колонна имеет диаметр 1,2 м и высоту Им. Определить объемный расход стирола и число колонн для обеспечения работы 8 форполимеризаторов вместимостью по 4 м3. Принять плотности стирола и реакционных масс одинаковыми.
Задача 500. Массовый расход, стирола на установке эмульсионной полимеризации 1300 кг/ч; объемная доля стирола в смеси, поступающей на полимеризацию, 34%:. Определить число реакторов для проведения непрерывного процесса, если время пребывания смеси в каскаде реакторов 4 ч, объем каждого реактора 5 м3, коэффициент заполнения реактора 0,84. Плотность стирола 906 кг/м3.
Задача 501. Сополимер стирола и а-метилстирола состоит из 70% полистирола и 30% полимера а-метилстирола. Массовая доля сополимера в латексе, получаемом при эмульсионной полимеризации, 28%. Определить количество теплоты, выделяющейся при получении 2000 кг латекса в час, и расход воды на охлаждение реакционной массы, если начальная температура воды 15 °С, а конечная 30 °С. Теплота полимеризации (в расчете па 1 моль мономера) для стирола 69 кДж/моль, для а-метилстирола 35 кДж/моль.
Скачать решение задачи 501 (цена 100р)
Получение бутадиеновых каучуков
Каучуки на основе бутадиена получают эмульсионной сополимеризацией (бутадиен-стирольные, бутадпен-а-метилстирольные, бутадиен-нитрильные) или полимеризацией бутадиена в растворе (стереорегулярный бутадиеновый). Эмульсионную сополимеризацию ведут при низкой (5°С) и высокой (30-50°С) температурах. Полимеризацию бутадиена в растворе ведут при 30 °С. Для этих процессов используют батареи последовательно соединенных полимеризаторов.
Задача 502. В батарею реакторов с целью получения бутадиен-стирольного каучука высокотемпературной сополимеризацией подают углеводородную (бутадиен и стирол в массовом соотношении 7 : 3) и водную фазы в массовом соотношении 1,05 : 1. Степень конверсии мономеров 60%, массовая доля сухого остатка (полимеры) в латексе 32%. Определить массовые расходы мономеров и воды для производства 3000 кг каучука в час.
Скачать решение задачи 502 (цена 100р)
Задача 503. При низкотемпературной сополимеризации бутадиена и а-метилстирола 62%-пая степень конверсии достигается за 15 ч. Водную фазу подают в массовом отношении к углеводородной, равном 1,8 : 1. Определить суммарный объем реактора для обеспечения производительности установки 2800 кг каучука в час и съем каучука с 1 м3 реактора, если плотность латекса равна 1020 кг/м3.
Задача 504. Массовая доля полимера в латексе, получаемом низкотемпературной сополимеризациен бутадиена и стирола (массовое отношение мономеров в исходной смеси 55 : 45), равна 21 %. Производительность установки по латексу 15000 кг/ч. Определить массовые расходы мономеров и количество теплоты, выделяющейся при полимеризации, если степень конверсии мономеров равна 61 %. Теплота полимеризации бутадиена 72 кДж в расчете на 1 моль мономера, теплота полимеризации стирола 69 кДж/моль.
Задача 505. Для производства каучука СКН-26 с массовой долей полпакрилонитрила 26% используют бутадиен (массовая доля С4Н6 равна 94%) и акрилонитрил (массовая доля акрилонитрил а 99%); степень конверсии мономеров 70%. Определить массовые расходы сырья и водной фазы, если производительность установки по каучуку 1500 кг/ч, а массовая доля каучука в латексе 18%.
Задача 506. Эмульсионную сополимеризацию бутадиена и акрилонитрила ведут при 5°С в каскаде полимеризаторов. Производительность установки 1600 кг каучука СКТН-40 (массовая доля полиакрилонитрила 40%) в час. Определить необходимую площадь поверхности теплообмена и число аппаратов с площадью поверхности охлаждения по 46 м2, если тепловой эффект полимеризации (в расчете на 1 моль мономера) составляет для бутадиена 72 кДж/моль, а для акрилонитрила 77 кДж/моль. Для охлаждения используют рассол при -6°С (на входе в рубашку п змеевик) и 2°С (на выходе); коэффициент теплопередачи 150 Вт/(м2*К).
Задача 507. Полимеризацию бутадиена в растворе ведут и каскаде из пяти автоклавных реакторов вместимостью по 16 м3. Массовая доля бутадиена в исходном растворе 12%; продолжительность полимеризации 4 ч при степени конверсии бутадиена 90 %:. Определить производительность установки по каучуку СКД, если плотность реакционной массы равна 1100 кг/м3, а коэффициент заполнения реакторов 0,85.
Скачать решение задачи 507 (цена 100р)
Задача 508. Полимеризацию бутадиена в растворе ведут при 30 °С в каскаде автоклавных реакторов с площадью поверхности теплообмена 45 м2 в каждом. Производительность установки 2500 кг каучука СКД в час. Тепловой эффект полимеризации бутадиена 72 кДж на 1 моль мономера, степень конверсии мономера 85%. В качестве хладоагента используют рассол при минус 10 °С (на входе в рубашку и змеевик) и 10°С (на выходе). Определить массовый расход бутадиена и необходимое число реакторов. Коэффициент теплопередачи 165 Вт/(м2-К).
Задача 509. Каучук СКД получают в каскаде автоклавных реакторов вместимостью по 16 м3. Массовая доля бутадиена в исходном растворе 11%, полимеризация длится 5 ч при степени конверсии мономера 92%. Производительность установки 2000 кг каучука в час, плотность полимеризации 1100 кг/м3. Определить необходимое число реакторов при коэффициенте заполнения аппарата 0,9.
Получение поливинилхлорида
В промышленности применяют три основных метода полимеризации вшшхлорида:
блочный - в интервале от минус 10 до минус 20 °С до степени конверсии мономера 65-70%;
суспензионный (наиболее распространенный) - при 30-70 °С и степени конверсии мономера 80-90%;
эмульсионный - при 40-60 °С и степени конверсии мономера 90-95%.
Для проведения полимеризации используют автоклавные реакторы вместимостью 15-40м3.
Задача 510. Объемный расход винилхлорида (плотность 973 кг/м3) на установке блочной полимеризации с двумя реакторами равен 5 м3/ч. В процессе полимеризации в первом реакторе выделяется 198,1 кВт теплоты. Определить степень конверсии винилхлорида в этом аппарате. Тепловой эффект полимеризации винихлорида 91,6 кДж в расчете на 1 моль мономера.
Задача 511. На установке суспензионной полимеризации винилхлорида производительностью 3000 кг поливинилхлорида в чае степень конверсии мономера равна 90% при времени процесса 9 ч. Объемное соотношение винилхлорида и водной фазы 1 : 1,7. Определить число реакторов, необходимых для проведения процесса периодическим способом, если вместимость реактора 25 м3, а коэффициент его заполнения 0,85. Плотность винилхлорида 973 кг/м3.
Задача 512. Массовая доля поливинилхлорида в латексе, получаемом эмульсионной полимеризацией винилхлорида, равна 42%. Степень конверсии мономера 95%, производительность установки 1500 кг полимера в час. Определить объемное соотношение винилхлорида и водной фазы, если плотность эмульсии 1120 кг/м3, а плотность винилхлорида 973 кг/м3.
Задача 513. В каскад из двух реакторов эмульсионной полимеризации винилхлорида подают в час 3,5 м3 эмульсии, в которой объемное соотношение винилхлорида и водной фазы равно 1 : 1,4. Степень конверсии- мономера в первом полимеризаторе 85%, а во втором 95% в расчете на исходный мономер. Определить производительность установки по поливинилхлориду и количество теплоты, выделяющейся в каждом реакторе, если тепловой эффект полимеризации винилхлорида равен 91,6 кДж к расчете на 1 моль мономера, а плотность винилхлорид;] 973 кг/м3.
Скачать решение задачи 513 (цена 100р)
Получение поливинилацетата
Наиболее широко применяется полимеризация винилацетата в растворителе (обычно - метанол). Степень конверсии мономера 65-70% при 60-70°С и времени полимеризации 8-10 ч.
Задача 514. Объемное соотношение винил ацетата и метанола на входе в каскад из Двух реакторов полимеризации равно 95:5. Степень конверсии винилацетата 65%; из каскада непрерывно отбирают в час 1600 кг раствора с массовой долей винилацетата 11,2%. Определить общий расход метанола в процессе и расход метанола в первом реакторе, учитывая что часть метанола дополнительно подают во второй реактор. Плотность винилацетата 934 кг/м3, плотность метанола 790 кг/м3.
Задача 515. Производительность установки полимеризации винил ацетата равна 400 кг полимера в час. Массовое со отношение винилацетата и метанола на входе Ё полимеризатор 23 : 1; массовая доля полимера в метанольном растворе, отбираемом из каскада двух последовательных реакторов колонного типа объемом 5 и 12 м3, равна 20%. Полимеризацию ведут до 70%-ной степени конверсии мономера. Определить коэффициенты заполнения реакторов, если время пребывания реакционной массы в каждом аппарате равно 4 ч. Плотность реакционной массы в первом аппарате 950 кг/м3, во втором 820 кг/м3.
Задача 516. Объемный расход винилацетата на установке полимеризации в растворе равен 1000 м3/ч. Из каскада двух реакторов непрерывно отбирают в час 2000 кг метанольного раствора, массовая доля полимера в котором равна 19%. Определить количество теплоты, выделяющейся при полимеризации в каждом аппарате, если степень конверсии мономера в первом реакторе равна 35%. Тепловой эффект полимеризации винилацетата 89,5 кДж на 1 моль винилацетата, а плотность мономера 934 кг/м3.