Производство стирола в мире, его физико-химические свойства и методы получения. Метод дегидрирования этилбензола. Промышленное производство стирола: сырье, технологическая схема, расчёт баланса и реактора. Безопасность и экологичность производства.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА Отделение химической технологии переработки нефти и газа и экологии4.2 Загрязнение атмосферыВ 1831 г. из смолы styrax было получено новое органическое соединение, названное «стиролом». Переход жидкого стирола в твердый стеклообразный продукт объясняли окислением, аналогичным окислению льняного масла, и твердый полистирол был назван «окисью стирола». Кракау впервые провел реакцию полимеризации стирола, применив в качестве катализатора металлический натрий. Кракау нашел, что натрий способствует полимеризации, в то время как йод и ряд других веществ замедляют ее. В этих работах впервые показано влияние ультрафиолетовых лучей на процесс полимеризации стирола.Важнейшее место в производстве пластических масс и синтетических каучуков принадлежит стиролу, обладающему высокой способностью к полимеризации. Однако наибольшее распространение получил метод получения стирола каталитическим дегидрированием этилбензола, который в свою очередь синтезируют в процессе алкилирования бензола этиленом. В процессе UOP найдено оптимальное соотношение между степенью превращения этилбензола в стирол и селективностью процесса. Среди других способов получения стирола следует отметить метод совместного производства стирола и оксида пропилена, однако по уровню удельных капитальных вложений технология дегидрирования имеет заметные преимущества. Среди них: установка компании BASF в Людвигсхафене (Германия) мощностью 550 тыс. т/год (пуск в 2005 г.); установка компании Basell (Shell BASF) в Сингапуре - 550 тыс. т/год (пуск в 2007 г.); установка компании Dalian Petrochemical Со. в Даляне (Китай) - 400 тыс. т/год; установка компании National Petroleum Со. в Бандар-Имаме (Иран) - 150 тыс. т/год (пущена в 2001 г.); установка компании Petrokemya в Эль-Джубейле (Саудовская Аравия) - 550 тыс. т/год.Плохо растворим в воде (0,05 % масс.), и образуя с ней азеотропную смесь с температурой кипения 34,8 °С, смешивается во всех отношениях с метанолом, этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, четыреххлористым углеродом. Стирол легко окисляется кислородом воздуха с образованием бензальдегида и формальдегида и перекисей, инициирующих его полимеризацию. Стирол легко полимеризуется с выделением тепла, особенно при нагревании, образуя метастирол - стекловидную твердую массу, которая представляет твердый раствор полистирола в стироле. Во избежание самопроизвольной полимеризации стирол хранится и транспортируется в присутствии ингибиторов - гидрохинона, п-трет-бутилпирокатехина, диоксим-п-хинона и др., которые перед использованием удаляются перегонкой продукта в вакууме или промывкой раствором гидроксида натрия. Наличие ?-электронного сопряжения в стироле облегчает раскрытие двойной связи винильной группы и является причиной спонтанного протекания процесса полимеризации при температурах выше температуры кристаллизации стирола (-30 °С) Для исключения неконтролируемого процесса полимеризации при хранении стирола в него добавляются ингибиторы - вещества, препятствующие полимеризации мономера.Стирол применяют для производства различных полимеров: от эластичной пены до высококачественных технических пластмасс. В основном стирол расходуется на производство полистирола, обладающего высокой химической и водостойкостью, низкой стоимостью, является диэлектриком. Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков на его основе базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок. Наиболее широкое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиенстирольным каучуком. Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сандвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты).Существует несколько способов получения стирола: 1) Термическое декарбоксилирование коричной кислоты проводится при температуре 120-130 ОС и атмосферном давлении. Жидкофазная дегидратация фенилэтилового спирта осуществляется в присутствии фосфорной кислоты или бисульфита калия. Дегидратация в паровой фазе проводится над катализаторами: оксидами алюминия, тория или вольфрама. Стирол можно получить по реакции ацетофенона с этиловым спиртом над силикагелем: Выход составляет около 30 %.
План
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Литературный обзор
1.1 История
1.2 Производство стирола в мире
1.3 Физико-химические свойства стирола
1.4 Применение стирола
1.5 Методы получения стирола
1.6 Метод дегидрирования этилбензола
1.6.1 Химизм реакции
1.6.2 Влияние термодинамических факторов на выбор условий процесса
1.6.3 Катализаторы, применяемые в процессах дегидрирования
1.6.4 Технологическое оформление процесса
1.6.5 Реактор дегидрирования
2. Технологическая часть
2.1. Исходное сырье, продукты и их характеристики
2.2 Технологическая схема и описание
2.3 Расчет материального баланса
2.3.1 Расчет основных расходных коэффициентов
2.4 Технологический расчет реактора
2.4.1 Назначение, устройство и основные размеры. Определение числа реакторов
