Proiectarea unui reactor tip schimbător de căldură cu catalizator în țevi

TEMA DE PROIECTARE

Să se proiecteze un reactor tip schimbător de căldură cu catalizator în ţevi în care să se obţină o producţie de 20000 t/an acetat de vinil.

CAP.I TEHNOLOGIA DE FABRICAŢIE A ACETATULUI DE VINIL

1.1. Descrierea procesului tehnologic

Acetatul de vinil este un lichid incolor, inflamabil (p.f. = 72 ˚C, d420 = 0,935). Homopolimerul acetatului de vinil se utilizează numai sub formă de emulsii şi soluţii. Din el se separă alcoolul polivinilic folosit în mare parte ca fibră, precum şi acetali (formal, butiral), adezivi şi electroizolanţi. Copolimerii cu clorură de vinil se utilizează ca material plastic ce poate fi extrudat, injectat, calandrat. Alţi copolimeri, în special esterii acrilici se utilizează în industria de adezivi şi produse periculogene. O mică parte din acetalul de vinil se utilizează ca intermediar la fabricarea sulfatiazotului.

Acetalul de vinil se fabrică prin adiţia acidului acetic la acetilenă, după procedeele mai vechi, şi prin reacţia acidului acetic cu etilena, după procedeele recente.

Pentru procedeele care utilizează acetilena distingem două variante:

- procedeul în fază lichidă;

- procedeul în fază gazoasă.

Actualmente procedeele în fază lichidă au fost abandonate, deci interes prezintă cele în fază de vapori.

Reacţia principală constă în adiţia acidului acetic la acetilenă:

H3C – COOH + HC ≡ CH → H3C – COOH – CH2

H298 = - 22,18 kcal/mol

În timpul procesului se formează şi produse secundare conform reacţiilor:

2 CH3COOH → (CH3CO)2O + H2O

C2H2 + H2O → CH3CHO

CH3COOH + CH2CHOCOCH3 → (CH3COO)2CHCH3

C2H2 → 2C + H2

Catalizatorul folosit de obicei se obţine prin impregnarea cărbunelui activ cu acetat de zinc (20 ÷ 50 faţă de cărbune), de cadmiu sau mercur. Mecanismul prin care se formează acetatul de vinil se pare că este de tip heterolitic:

HC ≡ CH + Zn(CH3COO)2 → HC+ = CHZn-(CH3COO)2 ↔

↔CH3COOHC = CHZnOCOCH3 + CH3COOH ↔ CH2=CHOCOCH3+Zn(CH3COO)2

Procedeul în fază de vapori prezintă mari avantaje faţă de procedeul în fază lichidă:

- randamente mai mari, 90 – 95 % faţă de acetilenă şi 93 – 99 % faţă de acid acetic;

- formare de cantităţi mici de diacetat de etiliden (max. 2 %) şi alte produse secundare;

- coroziune redusă.

Industrial, catalizatorul se prepară prin îmbinarea cărbunelui activ, neutru şi lipsit de metale, cu o soluţie de acetat de zinc preparată prin dizolvarea oxidului de zinc în acid acetic diluat la 100 ˚C. După îmbinare, catalizatorul se usucă cu aer preîncălzit la 60 – 100 ˚C, soluţia de acetat de zinc se poate recircula. Catalizatorul se răceşte cu aer.