Процесс олигомеризации пропилена обычно проводится в интервале температур 170 – 230 град. С , давлении 1,7 – 8,0 МПа и продолжительности контакта 5-60 сек.. Эти параметры для каждого конкретного случая определяются тем целевым продуктом, производству которого он предназначен. Поэтому в задании на курсовое проектирование содержится лишь следующее: жидкий разветвлённый олефин как целевой продукт данного синтеза и производительность установки по нему ( указываются преподавателем ).

Разработке технологической схемы предшествует анализ вероятного протекания олигомеризации в интервале указанных выше условий ( темпе-

ратуры , давления и продолжительности процесса ) и установление близких к оптимальным условий работы реактора, позволяющие получать максимальное количество целевого продукта при максимальном использовании реакционного пространства реактора и близких к минимальным значениях расходных показателях по сырью ( пропилену ).

Анализ проводится с применением составленной на кафедре программы ( файл Олиг2009), позволяющей установить эти параметры .

В основе этой программы лежит следующее. Общая кинетическая схема олигомеризации - система последовательных реакций, при составлении которой принято, что после каждого акта присоединения очередной молекулы пропилена образуется стабильный продукт, способный к дальнейшему присоединению олефина.

   Кинетическая схема реакции выглядит следующим образом:

               К₁        К₂         К₂        К₂        К₂

      С₃Н₆ à С₆Н₁₂ à С₉Н₁₈ à С₁₂Н₂₄ à С₁₅Н₃₀ à С₁₈Н₃₆

       Константы скоростей реакций ( И.М. Колесников ) приняты равными

К₁ = 0.01 с^-1 и К₂ = 0.1 м³ и из-за отсутствия данных о влиянии на них температуры и давления в учебных целях принято, что они являются в этих условиях постоянными.

   Определённую сложность составляет расчёт исходной концентрации в реакционной смеси пропилена ( моль\л ). Так как процесс осуществляется в жидкой фазе, программа в начале ее работы реализует расчёт мольно-объемной концентрации ( иначе мольной плотности ) пропилена в заданных условиях.

Эта величина, в зависимости от принимаемых к расчёту температуры и давления в системе, рассчитывается по уравнению Бенедикта-Вебба-Рубина:

    P=RTv+(B₀RT-A₀-C₀/T²)v²+bRT-a)v³-aev⁶+cv³/(1+gv²)exp(-hv²).

     Здесь Р- давление в системе, атм; 

               Т – температура, К;   

              v – мольно-объёмная концентрация, моль/л;     

              R – газовая постоянная ( 0.082055 л атм/моль град.)

  Константы для пропилена; A₀=6.11220; B₀=0.0850647; C₀10^-6 = 0.439182;

а= 0.774056; b = 0.0187059; с10^-6 = 0.102611; е10³=0.455696;h10²=1/829.

Расчёт мольно-объёмной концентрации пропилена для каждого случая реализуется программой, в которой предусмотрен её расчёт.

      В соответствии с приведённой кинетической схемой, программа содер- жит также систему шести дифференциальных уравнений, позволяющую определять содержание как неконвертированного пропилена, так и всех продуктов реакции в каждый момент синтеза в соответствии с установленным шагом интегрирования.

d[C₃H₆]/dt = k₁[C₃H₆] [C₃H₆] –k₂[C₃H₆] [C₆H₁₂] - k₂[C₃H₆] [C₉H₁₈]-

- k₂[C₃H₆] [C₁₂H₂₄]- k₂[C₃H₆] [C₁₅H₃₀]- k₂[C₃H₆] [C₁₈H₃₆]

d[C₆H₁₂]/dt= k₁[C₃H₆] [C₆H₁₂]- k₂[C₃H₆] [C₆H₁₂]

d[C₉H₁₈]/dt= k₂[C₃H₆] [C₆H₁₂]- k₂[C₃H₆] [C₉H₁₈]

d[C₁₂H₂₄]/dt= k₂[C₃H₆] [C₉H₁₈]- k₂[C₃H₆] [C₁₂H₂₄]

d[C₁₅H₃₀]/dt= k₂[C₃H₆] [C₁₂H₂₄]- k₂[C₃H₆] [C₁₅H₃₀]

d[C₁₈H_36/]/dt= k₂[C₃H₆] [C₁₅H₃₀]

   Следующий этап работы заключается в использовании программы расчета состава продуктов процесса олигомеризации. Последняя предусматривает работу установки по одному из двух направлений. Первое – реализация процесса, когда в реактор поступает в качестве сырья только пропилен. К этой части расчёта приступают в том случае, когда любой из продуктов, прежде всего димер пропилена, может рассматриваться как целевой. Тогда расчет осуществляется лишь с применением варианта №1 программы.

Соответствующий путь расчёта указывается в теле программы.

Однако здесь следует иметь в виду, что когда целевыми продуктами являются три-, тетра-, пента- или гексамеры пропилена, а димерная фракция не является целевой , то она может быть возвращена на олигомеризацию с целью увеличения выхода упомянутых более высокомолекулярных целевых продуктов. В этом случае по той же программе необходим повторный расчет состава продуктов реакции с учётом на входе в реактор того количества упомянутых димеров, которые образовались в процессе синтеза. Количество их установлено в расчетах при использовании варианта 1 программы. В программе вариант № 2 расчета предусматривает схему олигомеризации с рециклом димеров. Эту операцию необходимо повторять до тех пор, пока количество димера в реакционной массе не станет равным количеству его на входе в реактор, после чего принимается, что установка вышла на работу в стационарном режиме.