Să se proiecteze un reactor pentru obținerea stirenului prin dehidrogenarea etil-benzenului

1. Tema proiectului

Să se proiecteze un reactor pentru obtinerea stirenului (St) prin dehidrogenarea etil-benzenului. (EB)

Date de proiectare

• Producţia anuală: Pa = 23000 t/an stiren;

• Temperatura alimentării: Talim = 887 K;

• Presiunea alimentării: Palim = 2,1 atm;

• Raportul molar abur : etil-benzen: m = 13;

• Fondul anual de timp: FAT = 8000 h/an;

• Viteza fictiva: u=1,5 m/s.

Reactorul este catalitic în strat fix, tip coloană, operat în regim adiabat.

1.1 Introducere

Stirenul, cunoscut şi ca feniletilen, vinilbenzen, C6H5–CH=CH2, este un monomer aromatic nesaturat important din punct de vedere industrial. În natură se găseşte în cantităţi mici în unele plante şi alimente. În secolul al nouăsprezecelea stirenul a fost izolat prin distilarea balsamului natural numit storax A fost identificat în cinnamon, boabe de cafea şi alune.

În 1930 a luat amploare procesul de obţinere a stirenului prin dehidrogenarea etilbenzenului. Necesitatea stirenului sintetic în timpul celui de-al doilea Război Mondial a dus la producerea acestuia în cantităţi foarte mari. Acest efort considerabil pentru război a dus la construirea a mai multor fabrici de dimensiuni mari, şi producţia de stiren a devenit repede o industrie importantă. După 1946 s-a putut produce stiren de o puritate mult mai mare, care prin polimerizare ducea la obţinerea unui material plastic mult mai bun calitativ şi mai ieftin.

Stirenul însuşi este un lichid care poate fi manevrat cu usurinţa şi în siguranţă. Datorită grupării vinilice polimerizează şi copolimerizează uşor. Stirenul este un lichid incolor, insolubil în apă, dar solubil în solvenţi organici cu un miros distinct, dulceag.

Presiunea de vapori este un parametru foarte important de care trebuie sa se ţina cont în proiectarea instalaţiei de distilare a stirenului. Stirenul este miscibil cu majoritatea solvenţilor organici în orice procent. Este un bun solvent pentru mulţi polimeri.

Cea mai importană reacţie a stirenului este cea de polimerizare prin care trece în polistiren, dar şi cea de copolimerizare cu alţi monomeri.

Producţia de stiren datează de mai bine de 60 de ani şi este intr-o continuă dezvoltare, căutandu-se noi metode de obţinere a stirenului. 85% din cantitatea de stiren care este produsă este obţinută prin dehidrogenarea etilbenzenului.

Reactoarele de dehidrogenare pot fi cu funcţionare adiabatică sau izotermă, în fază de vapori. Randamentul reacţiei de dehidrogenare este mai mare de 90 % la o conversie de 35-40 %.

Etilbenzenul, feniletanul este un compus alchilaromatic mononuclear. Este folosit aproape în exclusivitate (>99%) ca intermediar pentru producerea monomerului de stiren, unul din cei mai folosiţi compuşi industriali. Producţia de stiren care foloseşte etilbenzen ca materie primă foloseşte circa 50% din producţia mondială de benzen.

2. Locul si rolul reactorului in schema tehnologica

Dehidrogenarea etil-benzenului are loc în fază gazoasă, în prezenţa unui catalizator solid, granular. Schema de principiu a instalaţiei este prezentată în figura 1. Se utilizează etil-benzen de înaltă puritate (sub 0,2% xileni şi 0,04% dietil-benzen).

Catalizatorul folosit este MnO2 impregnat în granule de silice de formă cilindrică, cu dimensiunea 5x15 mm. De asemenea, se mai poate utiliza un catalizator din oxizi de Fe depuşi pe Al2O3, conţinând K2O în proporţie de 5-30% şi cantităţi mici, cu rol de promotor, de CaO, MgO, MoO.