Химизм получения ацетонанила-Н

В основу синтеза положена реакция конденсации анилина с ацетоном в кислой среде с получением идентифицированных в настоящее время:

а) целевых продуктов:

· 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин (ТМДГХ), (I)

б) побочных продуктов:

· п,п¹-диамино-2,2-дифенилпропан (ДАДФП или ИПБА), (II)

· п,п¹-диаминодифенилметан (ДАДФМ), (III)

· дифениламин (ДФА), (IV)

· метиланилин (МА), (V)

· 2-метилпентен-2-он-4 (окись мезитила), (VI)

· триметилбензол (мезитилен), (VII)

в) неиндентифицированных соединений вторичных аминов (смолы).

В дальнейшем реакционная смесь подвергается полимеризации для получения полимера (ТМДГХ), (VIII)

Химизм процесса описывается следующими известными реакциями:

	+ 2(CH3)2CO, t, P, HCl

+ 2H₂O

(I)

	C6H5NH2 + (CH3)2CO, t, P, HCl

+ H₂O

(II)

+ C6H5NH2, t, P, HCl

– NH – + NH₄Cl

(IV)

C₆H₅NH₂

+ CH₂O, t, P, HCl

H₂N – – CH₂ – – NH₂ + H₂O

(III)

+ CH₃OH, t, P, HCl

– NH – CH₃ + H₂O

(V)

+ (CH₃)₂C=CH-CO-CH₃, t, P, HCl

+ H₂O

(I)

+ (CH₃)₂CO, t, P, HCl

(CH₃)₂C=CH-CO- CH₃ + H₂O

(VI)

CH₃

(CH₃)₂CO

+ (CH₃)₂CO, t, P, HCl

+ 3H₂O

(VII)

CH₃ CH₃

CH₃ CH₃

t, HCl

(CH₃)₂ (VIII) (CH₃)₂

H H n, где n=2-4

Материальный баланс

4.1 Получение хлористого водорода на установке стриппинга

Загружено:

№ п/п	Наименование загруженных ингредиентов	Мол. масса, г-моль	Мас. доля, %	Масса, кг	Количество вещества, к-моль	Объём, м3 Плотность, кг/м3
техн.	100%
	Кислота соляная абгазная, в том числе:			730,00			0,64 1149
	Хлористый водород	36,50	30,00		219,00	6,00000
	Вода	18,02	70,00		511,00	28,35738
	Итого загружено:			730,00

Получено:

№ п/п	Наименование полученных веществ	Мол. масса, г-моль	Мас. доля, %	Масса, кг	Количество вещества, к-моль	Объём, м3 Плотность, кг/м3	Выход от теории, %
техн.	100%
	Хлористый водород, в			61,94			38,02 1,63	99,84
	том числе:
	Хлористый водород	36,50	99,00		61,32	1,68002		28,00
	Вода	18,02	1,00		0,62	0,03437
	Азеотроп соляной кислоты, в том числе:			667,70			0,60 1116
	Хлористый водород	36,50	23,56		157,32	4,31022		71,84
	Вода	18,02	76,44		510,38	28,32281
	Сдувка хлористого водорода, в том числе:			0,36			0,22 1,63
	Хлористый водород	36,50	99,00		0,36	0,00976		0,16
	Вода	18,02	1,00		0,00	0,00020
	Итого получено:			730,00

4..2. Насыщение реакционной смеси хлористым водородом

Мошность производства - 10000 т/год

Количество рабочих дней – 330 дня

Часовая производительность

Содержание основного вещества в готовом продукте 96%

Общий выход продукта в реакции на анилин -96,3% (с учетом циркуляции)

Общий выход продукта в реакции на анилин -70,9% (за один проход)

Разделение анилина по потокам (%)

- свежий 73,67

- с анилиновой фракцией - 19,79

- с кубовыми остатками регенерации толуола – 6,54

Мольное соотношение анилин : ацетон : хлористый водород=1:0,55:0,2

Расчёт.

1. Масса поступающего анилина

В том числе анилина:

Свежего – 909,8*0,7367=670,3

С анилиновой фракцией – 909,8*0,1979=180

С кубовыми остатками регенерации толуола -909,8*0,654=59,5

2. Масса поступающего свежего анилина

670,3/0,9943=674,1

В том числе: анилин 670,3

Примеси 674,1*0,0057=3,8 кг

3. Масса поступающей анилиновой фракции 180/0,6=300

В том числе: анилин – 180

Мономер – 300*0,36=108

Примеси 300*0,04=12

4. Масса поступающих кубовых остатков регенерации толуола

59,5*0,9131=65,2

В том числе: анилин – 59,5

Примеси – 65,2*0,0869=5,7

5. Масс поступающего свежего ацетона

В том числе: ацетон – 315,2*0,99=312,1

Вода -31,5*0,005=1,6

Примеси – 315,2*0,005=1,6

6. Масса поступающего хлористого водорода

В том числе хлористый водород – 72,2*0,9894=71,4

Вода 72,2*0,0106=0,8

Таблица материального баланса насыщения реакционной массы

ПРИХОД	Масс.доля, %	Массовый расход, кг/ч	Плотность, кг/м3	Объем м3
Наименование компонентов	100%	техн.
1.Хлористый водород			72,2
Хлористый водород	98,84	71,4
Вода	1,06	0,8
2. Ацетон свежий			315,2		0,398
Ацетон
вода	0,5
примеси	0,5
3. анилин свежий			674,1		0,66
анилин	99,43	670,3
примеси	0,57	3,8
4. Анилиновая фракция					0,292
анилин
мономер
примесси
5. Куб регенерации толуола			65,2		0,063
анилина	91,31	59,5
примеси	8,69	5,7
Итого:			1426,7

Расход	Масс.доля, %	Массовый расход, кг/ч	Плотность, кг/м3	Объем м3
Наименование компонентов	100%	техн.
1 реакционная масса			1426,7		1,389
анилин	63,8	909,8
мономер	7,6
ацетон	21,9	312,1
хлористый водород		71,4
примиси	1,6
вода	0,2	2,4
Итого:			1426,7

Расчёт

Стадии приготовления реакционной смеси

.Мольное соотношение

анилин : ацетон свеж : ацетон регенирир

1 : 0,97 : 2,12

1. Масса поступающего свежего ацетона

В том числе ацетон 555,9*0,99=550,4

вода 555,9*0,005=2,8

примеси 555,9*0,005=2,8

2. Масса поступающего ацетона регенерированного

В том числе ацетон 1221,2*0,985=1202,9

вода 1221,2*0,01=12,2

примеси 1221,2*0,005=6,1

Таблица материального баланса стадии реакционной массы

ПРИХОД	Масс.доля, %	Массовый расход, кг/ч	Плотность, кг/м3	Объем м3
Наименование компонентов	100%	техн.
1.Реакционная масса			1426,7		1,389
анилин	63,8	909,8
мономер	7,6
ацетон	21,9	312,1
хлористый водород	5,0	71,4
вода	0,2	23,0
примеси	1,6	2,4
2. Анилин свежий			555,9		0,702
ацетон		550,4
вода	0,5	2,8
примеси	0,5	2,8			0,292
3.Ацетон регенерированный			1221,2
ацетон	98,5	1202,9
вода		12,2
примеси	0,5	6,1

Приход	Масс.доля, %	Массовый расход, кг/ч	Плотность, кг/м3	Объем м3
Наименование компонентов	100%	техн.
1 реакционная масса			3203,9		3,191
анилин	28,4	909,8
мономер	3,4
ацетон	64,5	2065,4
хлористый водород	2,2	71,4
примиси	1,0	31,9
вода	0,5	17,4

Расчёт

Стадии синтеза мономера

1. Конверсия анилина -72,72

2. Селективность по:

Мономеру-82%

Димеру-1,8%

Тримеру-1,5%

Ацетонанилу-12,2%

Диаминодифенилпропан-2,5%

(ДАДФП)

Расчёт

1. Масса превращённого анилина

909,8*0,7272=661,6

В том числе превращенные в

Мономер 661,6*0,82=542,5

Димер 661,6*0,18=12,0

Тример 661,6*0,015=10,0

Ацетонанил 661,6*0,122=80,6

ДАДФП 661,6*0,025=16,5

2. Расчет реакции

93 2*58 173 2*18

Реакции: анилин 542,5

ацетон

Получено: мономер

вода

3. Расчет реакции

2*93 4*58 376 4*18

Реакции: анилин 12

ацетон

Получено: димер

вода

4. Расчет реакции

3*93 6*58 519 6*18

Реакции: анилин 10

ацетон

Получено: тример

вода

5. Расчет реакции

4*93 8*58 642 8*18

Реакции: анилин 80,6

ацетон

Получено: ацетонанил

вода

6. Расчет реакции

2*93 58 226 18

Реакции: анилин 16,5

ацетон

Получено: ДАДФП

вода

7. Расчет реакции

3*58 120 3*18

Реакции: ацетон 34,2

Получено: ацителен

вода

8. Масса превращеного сырья

Анилин 909,8-661,6=248,2

Ацетон 2065,4-676,6-15-12,5-100,6-5,1-34,2=1216,4

ПРИХОД	Масс.доля, %	Массовый расход, кг/ч	Плотность, кг/м3	Объем м3
Наименование компонентов	100%	техн.
1.Реакционная масса			3203,9		3,191
анилин	28,4	909,8
мономер	3,4
ацетон	64,5	2065,4
хлористый водород	2,2	71,4
вода		17,4
примеси	1,0	31,9
Итого:			3203,9

Расход	Масс.доля, %	Массовый расход, кг/ч	Плотность, кг/м3	Объем м3
Наименование компонентов	100%	техн.
1 реакционная масса			3203,9		2,939
анилин	7,7	248,2
ацетон	38,0	1216,4
мономер	34,9	1117,1
димер	0,7	22,4
тример	0,6	18,6
ацетонанил	4,7
хлористый водород	2,2	71,4
вода	8,8	280,9
примеси	2,5	78,9
Итого:			3203,9

Тепловой баланс

Уравнение теплового баланса

Qc+Qxp+Qнил=Qпроц+Qисп

Где Qс – теплота выносимая сырьем

Расчет

1. Теплота, вносимая сырьем – Qс

анилином, С=191 Дж/моль*К

Q=

2. Теплота, выносимая сырьем – Qс

Формула для расчета

2.1 анилином, С=191 Дж/моль*К

Q=

2.2 ацетоном, Сж=125 Дж/моль*К

Q=

2.3 мономером, (С12H15N)С=12*11,72+15*17,99=469,1 Дж/моль*К

Q=

2.4 Хлористый водород, С=299,16 Дж/моль*К

Q=

2.5 Водой, С=75,31 Дж/моль*К

Q=

Итого: Qc=37458Вт

Теплота химических реакций

Формула для расчета

Q==

Где: m-масса продукта M-молярная масса -тепловой эффект реакции

2.6 Теплота реакции синтеза мономера

Q==

2.7 Теплота реакции синтеза димера

Q==

2.8 Теплота реакции синтеза тримера

Q==

2.9 Теплота реакции синтеза ацетонанила

Q==

2.10 Теплота реакции синтеза ДАДФП

Q==

Итого: Qхр=46444 Вт

3. Теплота выносимая продуктами

3.1 анилином, С=19 Дж/моль

Q==

3.2 ацетоном, С=125 Дж/моль

Q==

3.3 мономером, С=469,1

Q==

3.4 димеромC24H30N2 C=938,2

Q==

3.5 тримеромC36H45N3 C=1407,3

Q==

3.6 ацетоаниломC48H60N4 C=1876,4

Q==

Итого: Qпрод=219738 Вт

4. Теплота испарения анилина

Q==

Где: m-масса испаряющегося вещества

-мольная теплота испарения, M-молярная масса

Q==

5. Теплота, подводимая теплоносителем

Qтепл=Qпрод-Qс-Qхр+Qисп=219738-4644-37458+309612=445448 Вт

6. Масса необходимого пара

m= = 0,21=738 кг/ч

где: r-теплота преобразования