Instalația de obținere a stirenului prin dehidrogenarea etilbenzenului

1. Tema de proiectare

Să se realizeze o instalație continuă de separare prin rectificare din schema tehnologică de fabricație a stirenului prin dehidrogenarea etilbenzenului, cu o capacitate de producție de 350.000 t/an.

2. Scopul fabricării stirenului

Stirenul este un compus organic cu formula moleculară C8H8, este un derivate al benzenului, are un miros dulceag, este incolor și uleios și se evaporă cu ușurință. Stirenul mai este cunoscut sub numele de vinil-benzen, feniletenă sau etenilbenzen. Denumirea de stiren provine de la copacul de Styrax din seva căruia se poate extrage acest compus chimic.

Acesta este utilizat în domeniul obținerii polimerilor și al copolimerilor, prezența grupării vinil conferindu-i stirenului capacitatea de a polimeriza. În momentul în care stirenul intră în contact cu aerul atmosferic începe să oxideze, formând peroxizi care inițializează reacția de polimerizare, mecanismul reacției poate fi radicalic, cât și ionic. Producția de stiren s-a dezvoltat foarte mult în anul 1940 când acesta se utiliza ca intermediar de sinteză pentru cauciucul sintetic.

Cele mai importante produse comerciale care se bazează pe procedeul de fabricație al stirenului sunt cauciucul, masele plastice, materialele de izolație, fibrele de sticlă, țevile și automobilele.

Stirenul se poate obține prin mai multe metode, cele mai utilizate la nivel industrial fiind următoarele:

- dehidrogenarea etilbenzenului;

- clorurarea în catenă a etilbenzenului, urmată de hidroliza la alcoolul corespunzător și deshidratare la stiren;

- oxidarea etilbenzenului la hidroperoxidul de etilbenzen care reacționează cu propena pentru a rezulta α-feniletanol și propenoxid, având loc deshidratarea α-feniletanolului la stiren;

- transformarea acetofenonei în α-fenil-etil-amină care se va supune descompunerii termice după tratarea cu acid clorhidric.

Cel mai utilizat procedeu industrial de obținere al stirenului constă în dehidrogenarea etilbenzenului, procedeul tehnologic fiind bazat pe două etape: sinteza etilbenzenului și dehidrogenarea etilbenzenului. Pentru a obține etilbenzen se pot aplica două metode: alchilarea benzenului cu etenă sau separarea etilbenzenului din fracția xilenică rezultată la formarea catalitică a hidrocarburilor naftenice.

Reacția de dehidrogenare a etilbenzenului este endotermă, are loc la temperaturi aflate în intervalul 550 - 650oC și necesită o presiune de 1,5 - 2 atm, dar utilizează și catalizatori speciali cu rolul de a micșora formarea unor cantități mari de produse secundare precum benzen, toluen, metan, etenă și polimeri. De regulă, se utilizează și diluanți inerți (abur, dioxid de carbon, azot, metan) pentru a micșora presiunea parțială a etilbenzenului pentru a minimiza depunerile de cărbune pe catalizator în timpul desfășurării reacției și favorizează reacția de dehidrogenare.

Cel mai utilizat diluant inert pentru reacția de obținere a stirenului este aburul, acesta prezentând și avantajul regenerării catalizatorului prin formarea gazului de apă cu cocsul depus pe suprafața catalizatorului. Catalizatorii utilizați în prezent sunt autoregenerativi, componentele principale care intră în structura lor fiind oxidul de zinc, oxidul de calciu și oxidul de aluminiu, cel din urmă fiind și activator.

3. Analiza conceptuală a dezvoltării instalației

Diagrama ceapă pune în evidență sistemele care stau la baza proiectării instalației de obținere a stirenului prin dehidrogenarea etilbenzenului.

Figura 1,Diagrama ceapă a procesului de obținere a stirenului prin dehidrogenarea etilbenzenului

Se poate utiliza diagrama de flux a procesului pentru a pune în evidență utilajele importante și curenții ce fac parte din instalație:

Figura 2, Diagrama de flux a procesului de obținere a stirenului