Obținerea stirenului prin dehidrogenarea etilbenzenului

Tema: sa se proiecteze un reactor pentru obtinerea stirenului prin dehidrogenarea etilbenzenului. Reactorul face parte dintr-o instalatie care trebuie sa produca 25000 +500*N tone stiren/an. (N =9)

1 . Rezumat

Proiectul cuprinde 8 capitole .

Primul capitol cuprinde o scurta introducere despre stiren.

In continuare este prezentata reactia chimica care sta la baza obtinerii stirenului , stoechiometria , precum si cinetica reactiei .

In capitolul 3 este motivata alegerea tipului de reactor , acesta fiind reactorul adiabat ales pentru simplitatea realizarii lui.

Capitolul 4 cuprinde dimensionarea reactorului ales, iar la sfarsit sunt prezentate notatiile folosite in proiect .

2. Introducere

Stiren

Obtinut prima data la inceputul secolului trecut din rasini epoxidice , stirenul incepe sa fie produs la scara industriala inainte de cel de-al doilea Razboi mondial , pentru ca in 1970 productia mondiala sa depaseasca 2,3 milioane de tone .

Dezvoltarea productiei de stiren este legata nemijlocit de industria de polimeri , practic intreaga cantitate produsa fiind utilizata ca monomer .

Dintre diferitele metode preparative , singura de importanta industriala este dehidrogenarea etilbenzenului , obtinut la randul sau prin alchilarea benzenului . Ponderea mare a costurilor materiilor prime in pretul de cost al stirenului face ca productia lui sa fie rentabila in instalatii de mare capacitate integrate in marile platforme petrochimice .

Datorita lipsei datelor directe , dinamica productiei de stiren in Romania va fi ilustrata prin productia de xileni , inclusiv etilbenzen si de polistiren .

Productia de xileni (inclusiv etilbenzen )

Anul 1965 1975 1980 1985

Tone 29.000 180.000 203.000 225.000

Procesul tehnologic

Dehidrogenarea etilbenzenului are loc in faza gazoasa , in prezenta unui catalizator solid , granular .

Etilbenzenul proaspat este evaporat si preincalzit intr-o serie de recuperatoare de caldura , pana la temperature de aproximativ 540 oC . La intrarea in reactorul 1 , etilbenzenul este amestecat cu abur supraincalzit la max. 800 0C , obtinut in cuptorul 2 , astfel incat sa se obtina temperatura de alimentare intre 580-620 oC . Presiunea de alimentare este cuprinsa de regula intre 1,4 – 1,6 atm , cunoscandu-se si varianta de operare la presiuni subatmosferice . Raportul molar abur – etilbenzen este cuprins intre 7.1 si 14.1 , mai mic pentru operarea izoterma si mai mare pentru ce adiabata .

Produsul de reactie este racit in recuperatoarele de caldura care servesc la preincalzirea etilbenzenului . Amestecul racit este introdus in separatorul primar 5 de unde stirenul brut (uleiul de cuptor ) este introdus intr-un tren de coloane de rectificare .

Conversia etilbenzenului este 0,35-0,4 la reactoarele adiabatice cu un singur strat , intre 0,5 si 0,6 la reactoarele adiabatice cu doua straturi si peste 0,6 la reactoarele izoterme . Selectivitatea la stiren este in jur de 0,9 (molar) .

Capacitatea tipica a unei instalatii este de 30.000 t stiren anual .

3.Alegerea tipului de reactor

3.1. Reactia chimica

• Stoechiometrie

Pe langa dehidrogenare, etilbenzenul sufera in reactorul catalitic si reactii de dezalchilare si hidrodezalchilare.

O alta serie de reactii secundare se datoreaza prezentei aburului in sistem. Desi aceste reacti pot fi formulate in mod diferit, urmatoarele 6 pot fi considerate mai importante.

Reactia chimica: C6H5-C2H5 ↔ C6H5-C2H3 + H2

Reactii secundare:

1. C6H5-CH2-CH3 ↔ C6H5-CH = CH2 + H2

2. C6H5-C2H5  C6H6 + C2H4

3. C6H5-C2H5 + H2 C6H5-CH3 + CH4

4. 0,5 C2H4 + H2O  CO + 2 H2

5. CH4 + H2O  CO + 3 H2

6. CO + H2O  CO2 + H2