3.Области применения продукта.

Стирол (винилбензол, фенилэтилен)

является исходным мономером для производства полистирола.

Впервые стирол был выделен в 1831 г. Однако до Второй мировой войны стирол и его полимеры широко не применялись в промышленности. В промышленном масштабе стирол был получен впервые в Германии в 1930 г. Производство стирола началось в США в 1933 г., но синтезиро­ванный из него полистирол был низкого качества и высокой стоимости. Стирол использовали только для производства полистирола в виде порошка для литья под давлением. Наличие же больших производственных мощ­ностей по производству мономерного стирола стимулировало расширение исследований по применению полистирола в новых областях, в частности в производстве товаров массового потребления.

Развитие исследований в области синтеза полимеров и сополимеров стирола привело к созданию большой группы полимерных материалов с самыми разнообразными свойствами.

Из мономеров для производства каучука общего назначения стирол как сомономер по объему производства находится на третьем месте, уступая изопрену и бутадиену. До начала 1960-х годов, когда появились стереорегулярные бутадиеновые и изопреновые каучуки, бутадиен-стирольные каучуки были наиболее массовыми среди всех выпускаемых эластомеров.

В промышленном масштабе выпускаются различные многокомпонент­ные сополимеры стирола. Наиболее крупнотоннажные из них - акрилонитрилбутадиенстирольные (АБС-сополимеры), вырабатываемые в ши­роком ассортименте в зависимости от соотношения исходных мономеров и условий проведения процесса. На их основе получены самые разнообразные ударопрочные конструкционные материалы с усиливающими наполните­лями или в сочетании с другими полимерами. Пластмассы на основе АБС-сополимеров получили широкое распространение в различных областях промышленности благодаря высокой химической стойкости, ударопрочности, теплостойкости и другим свойствам. Эти пластмассы легко пере­рабатываются литьем, экструзией, прессованием.Выпускаются также сополимеры винилхлорид-бутадиен-стирол, акрилат-стирол-диеновый каучук, сополимер стиролакрилонитрилметилметакрилат, сополимер акрилонитрил-стирол-эфир или амид α-цианкоричной кислоты и др.

4.Функциональная и химическая схемы производства и их описание.

Производство стирола дегидрированием этилбензола

Физико-химические основы процесса.

Дегидрирование этилбензола до стирола представляет собой обратимую эндотерми­ческую гетерогенную каталитическую реакцию, описываемую уравнением:

Реакция катализируется оксидами и сульфидами металлов восьмой группы периодической системы.В промышленности ­торы обладают достаточной активностью в реакции дегидриро­вания и имеют селективность по стиролу до 90% .

Энергия активации реакции дегидрирования составляет 152 кДж/моль, поэтому скорость ее сильно зависит от темпера­туры. Это также указывает на то, что реакция протекает в ки­нетической области. Реакция (г) протекает с поглощением теп­ла и увеличением объема газообразных продуктов. Следователь­но, сдвигу равновесия вправо способствует повышение темпе­ратуры и понижение давления — общего и парциального этил-бензола. Так, например, при температуре 595°С равновесная степень превращения этилбензола при давлении 0,1 МПа рав­на 0,4, а при давлении 10 кПа — 0,8. Вследствие этого процесс дегидрирования этилбензола проводится при температуре 600°С и общем давлении 0,1 МПа, что соответствует парциальному давлению этилбензола около 10 кПа. Понижение парциально­го давления этилбензола при заданной степени конверсии по­зволяет также вести процесс дегидрирования при более низкой температуре.

Для снижения парциального давления этилбензола в реак­ционную смесь вводят перегретый водяной пар в массовом от­ношении к этилбензолу 2,5:1. Пар, одновременно, играет роль теплоносителя, обеспечивая приток тепла для осуществления эндотермической реакции (а).

Реакция дегидрирования этилбензола на железооксидных катализаторах сопровождается побочными реакциями деструк­ции (крекинга) этилбензола и взаимодействия их продуктов, приводящими к образованию бензола, толуола, а также мета­на, этана и оксидов углерода, переходящих в газ:

Технологическая схема производства стирола дегидрированием этилбензола.

Технологический процесс производства стирола из этилбензола состоит из двух основных этапов : дегидрирование этилбензола и выделение стирола-ректификата. Процесс построен как циркуляционный и предусматривает возвращёние в цикл избытка этилбензола и использование конденсата водяного пара для выработки свежего перегретого пара.

Технологическая схема этого процесса представлена на рис.3.

Рис.3. Технологическая схема производства стирола

дегидрированием этилбензола:

1 — котел-утилизатор, 2 — испаритель, 3 — теплообменник, 4 — трубча­тая печь, 5 — реактор, 6 — водяной холодильник, 7 — рассольный холодильник, 8 — сепаратор отделения газа, 9 — сепаратор отделения конденсата, 10, 11, 12, 13 — ректификационные колонны.

Описание технологической схемы.

Свежий и возвратный (циркуляционный) этилбензол смеши­ваются с небольшим количеством пара, вырабатываемого в кот­ле-утилизаторе 1, и проходят последовательно испаритель 2 и теплообменник 3, обогреваемые горячей реакционной смесью. Нагретые до 520—530°С пары бензола смешиваются затем с пе­регретым до 700°С водяным паром, вырабатываемом в трубча­той печи 4, и подаются в реактор 5. Продукты реакции отдают тепло в теплообменнике 3, испарителе 2 и котле-утилизаторе 1, охлаждаются окончательно в водяном холодильнике 6 и рас­сольном холодильнике 7 и поступают в сепаратор 8 для отделе­ния конденсата от газа. Углеводородный газ используется на обогрев печи 4. Конденсат из газового сепаратора 8 поступает в сепаратор 9, где разделяется на водную и углеводородную фазы. Водный слой подается в печь 4 и используется для выработки водяного пара, а углеводородный слой («печное масло») направ­ляется на ректификацию. В состав печного масла входят сти­рол (до 55% масс.), остаточный этилбензол (40% мае.), побоч­ные продукты (бензол 2% и толуол 2% мае.) и смолы. Чтобы избежать полимеризации стирола в печное масло перед ректи­фикацией вводится ингибитор, а ректификацию проводят в ва­кууме, что позволяет снизить температуру процесса. Система ректификации состоит из четырех колонн. Печное масло из се­паратора 9 подается в вакуум-ректификационную колонну 10, где. из него отгоняется бензол, толуол и большая часть не всту­пившего в реакцию этилбензола. Этот дистиллят поступает в ''колонну 11 и разделяется на бензольно-толуольную фракцию (бентол) и этилбензол, который возвращается на дегидрирова­ние. Кубовая жидкость из колонны 10, содержащая стирол, подается в вакуум-ректификационную колонну 12, в которой из нее отгоняются остатки этилбензола с частью стирола. Этот отгон возвращается на ректификацию в колонну 10. Кубовая жидкость из колонны 12, представляющая сырой стирол, по­ступает на окончательную ректификацию в колонну 13, из ко­торой отбирается дистиллят в виде 99,8% -ного стирола.