مقدمه
اولین بار استایرن از تقطیر شیره درخت حنا در سال 1800 توسط بوناستر ( Bonaster ) بدست آمد. تولید تجاری استایرن توسط دو شرکت بادیش آنیلین سودا فابریک ( BASF ) و داوکمیکال ( Dow Chemical ) شروع و در دوران جنگ جهانی دوم به اوج خود رسید [19].
استایرن به عنوان فنیل اتیلن ، وینیل بنزن ، کتیرول ویا سینامین شناخته شده است و یکی از با اهمیت ترین منومرهای صنعتی غیر اشباع آروماتیکی می باشد. استایرن به طور طبیعی به مقدار کم در بعضی از گیاهان وغذاها تولید می شود. همچنین مشخص شد که دارچیـن ، هستـه خرما و بادام زمینی و نیز در قیـر هم موجود می باشد.
گسترش و توسعه فرایندهای تجاری تولید استایرن که بر پایه هیدروژن گیری از اتیل بنزن بنا شده ، در سال 1930 ساخته شده است. نیاز برای لاستیکهای استایرن و بوتادی ان در طول جنگ جهانی دوم موجب یک جنبش برای تولید هر چه بیشتر شد.
پس از 1949 یک منومر با توانایی پلیمریزاسیون بالا ، دارای خلوص بالا ، تمیز بی رنگ و ارزان تولید شد. مصارف زمان صلح پلاستیکهای با پایه استایرن گسترش پیدا کرد و هم اکنون پلی استایرن یکی از ارزانترین ترمو پلاستیکها بر اساس هزینه و حجم می باشد. استایرن در حالت و شرایط عادی به صورت مایع می باشد ، لذا به راحتی می توان آن را جابجا نمود.

شناخت و معرفی و بررسی فرآیند تولید استایرن و مدلسازی راکتور تولید آن

شناخت و معرفی و بررسی فرآیند تولید استایرن و مدلسازی راکتور تولید آن

فهرست مطالب

چکیده ……………………………………………………………………………………………………………………1
مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………….1

فصل اول

شناخت و معرفی استایرن ………………………………………………………………………………………………..3
1-1- خصوصیات فیزیکی …………………………………………………………………………………………………..3
1-2- خواص شیمیایی …………………………………………………………………………………………………….6
1-3- کاربرد استایرن ……………………………………………………………………………………………………….7

فصل دوم

تولید استایرن ……………………………………………………………………………………………………………….9
2-1- هیدروژن گیری از اتیل بنزن …………………………………………………………………………………………9
2-1-1- مکانیسم واکنش ………………………………………………………………………………………………….9
2-1-2- هیدروژن گیری آدیاباتیک …………………………………………………………………………………………11
2-1-3- هیدروژن گیری تکدما …………………………………………………………………………………………….13
2-1-4- تهیه استایرن به روش شرکت DOW …….ا……………………………………………………………………14
2-1-5- هیدروژن زدایی در حضور اکسیژن ……………………………………………………………………………….15
2-2- فرایند استایرن و اکسید پروپیلن …………………………………………………………………………………….16
2-3- تولید استایرن با استفاده از بوتادی ان ………………………………………………………………………………17
2-4- تولید استایرن با استفاده از تولوئن …………………………………………………………………………………18
2-5- روشهای دیگر ………………………………………………………………………………………………………..19
2-6- تقطیر استایرن ………………………………………………………………………………………………………20
2-7- پلیمریزاسیون استایرن ……………………………………………………………………………………………..23

فصل سوم

کلیات راکتور………………………………………………………………………………………………………………25
3-1- راکتور هیدروژن گیری از اتیل بنزن ………………………………………………………………………………..25
3-1-1- شکل ظاهری …………………………………………………………………………………………………….25
3-1-2- کاتالیست ………………………………………………………………………………………………………….26
3-1-3- ماده گرم کننده …………………………………………………………………………………………………….28
3-1-4- خوراک ورودی به راکتور ……………………………………………………………………………………………29
3-1-5- افت فشار …………………………………………………………………………………………………………..30
3-2- فرضیات بکار برده شده ………………………………………………………………………………………………31

فصل چهارم

مدلسازی و یافتن معادلات حاکم …………………………………………………………………………………………33

4-1- واکنشها و سینتیک آنها ……………………………………………………………………………………………….33
.4-2- یافتن معادلات حاکم بر قرص کاتالیست …………………………………………………………………………….35
. 4-3- یافتن معادلات حاکم بر راکتور ……………………………………………………………………………………….38

فصل پنجم

.حل معادلات دیفرانسیلی …………………………………………………………………………………………………..49
. 5-1- حل معادلات حاکم بر بستر کاتالیست ………………………………………………………………………………49
.5-2- حل معادلات حاکم بر قرص های کاتالیست ………………… ………………………………………………………51
.5-3- پارامترهای هندسی راکتور ……………………………………………………………………………………………55
.5-4- دبی مولی خوراک ورودی به راکتور …………………………………………………………………………………..56
.5-4-1- دبی مولی خوراک ورودی به راکتور در دمای 800 درجه کلوین ………………………………………………..57
.5-4-2- دبی مولی خوراک ورودی به راکتور در دمای 810 درجه کلوین …………………………………………………58
.5-4-3- دبی مولی خوراک ورودی به راکتور در دمای 820 درجه کلوین ………………………………………………..60

فصل ششم

.نتایج حاصل از حل معادلات …………………………………………………………………………………………………63
.مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج موجود در مراجع …………………………………………………………………….129

فصل هفتم

نتیجه گیری و جمع بندی نهایی …………………………………………………………………………………………..133
.7-1- نتایج حاصل از تغییرات شعاع قرص های کاتالیست ………………………………………………………………133
.7-2- نتایج حاصل از تغییرات دمای ورودی واکنشگرها ………………. ………………………………………………134
.7-3- نحوه تغییرات عامل تاثیر در جهت شعاع راکتور …………………………………………………………………135
.7-4- نتایج تغییرات فشار ……………………………………………………………………………………………….137
.7-5- جمع بندی نهایی ………………………………………………………………………………………………….138
نظرات و پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………..139
هرست علائم………………………………………………………………………………………………………………140
منابع و مراجع ………………………………………………………………………………………………………………142
ضمیمه ( برنامه نوشته شده با استفاده از نرم افزار Matlab ) …………………ا…………………………………….145

فهرست شکلها

شکل ( 6-1 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیل بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن ……………………………………………………………. 64 شکل ( 6-2 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیل بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………………….64
شکل ( 6-3 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیل بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………..65
شکل ( 6-4 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیل بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن………………………………………………………………65
شکل ( 6-5 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیل بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن…………………………………………………………………66
شکل ( 6-6 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیل بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………………. 66

شکل ( 6-7 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی استایرن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………….68
شکل ( 6-8 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی استایرن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………68
شکل ( 6-9 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی استایرن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیستاکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن…………………………………………………………………….69
شکل ( 6-10 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی استایرن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن………………………………………………………………69
شکل ( 6-11 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی استایرن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………..70
شکل ( 6-12 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی استایرن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………………. 70

شکل ( 6-13 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………………… 72

شکل ( 6-14 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………………72
6-15 بر روی تغییرات دبی مولی بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیستاکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن ………………………………………………………………………………………….. 73
شکل ( 6-16 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیستاکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن………………………………………………………………….73
شکل ( 6-17 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیستاکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن…………………………………………………………………74
شکل ( 6-18 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی بنزن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………………….74
شکل ( 6-19 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی تولوئن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………76
شکل ( 6-20 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی تولوئن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………76
شکل ( 6-21 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی تولوئن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن………………………………………………………….77
شکل ( 6-22 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی تولوئن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست کسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………77
شکل ( 6-23 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی تولوئن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسم ت هموژن…………………………………………………………77
( 6-24 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی تولوئن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن………………………………………………………………. 78

شکل ( 6-25 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی متان در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………… 80

شکل ( 6-26 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی متان در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………….80
شکل ( 6-27 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی متان در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………81
شکل ( 6-28 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی متان در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………..81
شکل ( 6-29 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی متان در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن……………………………………………………………….82
شکل ( 6-30 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی متان در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن …………………………………………………………….82

6-31 بر روی تغییرات دبی مولی اتیلن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیستاکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………………………………………84
شکل ( 6-32 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیلن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیستاکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………..84
شکل ( 6-33 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیلن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیستاکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن……………………………………………………………….85
شکل ( 6-34 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیلن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………..85
شکل ( 6-35 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیلن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………86
شکل ( 6-36 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی اتیلن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن …………………………………………………………….86

شکل ( 6-37 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی هیدروژن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن…………………………………………………………….. 88

شکل ( 6-38 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی هیدروژن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………..88
شکل ( 6-39 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی هیدروژن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن……………………………………………………………..89
شکل ( 6-40 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی هیدروژن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………….89
شکل ( 6-41 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی هیدروژن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست 9اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن……………………………………………………………….90

شکل ( 6-42 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی هیدروژن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ………………………………………………………………..90

شکل ( 6-43 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی بخار آب در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………….. 92

شکل ( 6-44 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مولی بخار آب در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×175/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………. 92
شکل ( 6-45 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مونو اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی.کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………. 94
شکل ( 6-46 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مونو اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………. 97

6-47 بر روی تغییرات دبی مونو اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر رویکاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………………………………….. 95
شکل ( 6-48 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مونو اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر رویکاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………. 95

شکل ( 6-49 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مونو اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………..96

96 شکل ( 6-50 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی مونو اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن …………………………………………………………. 96

شکل ( 6-51 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی دی اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن ……………………………………………………………. 98

شکل ( 6-52 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی دی اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ………………………………………………………… 98

شکل ( 6-53 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی دی اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………..99

شکل ( 6-54 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی دی اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ………………………………………………………… 99

شکل ( 6-55 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی دی اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر رویکاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن ………………………………………………………….. 100

شکل ( 6-56 ) : تأثیر تغییرات دما بر روی تغییرات دبی دی اکسید کربن در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ………………………………………………………..100

شکل ( 6-57 ) : تأثیر تغییرات دمای ورودی واکنش گرها بر روی تغییرات دما در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………..102

شکل ( 6-58 ) : تأثیر تغییرات دمای ورودی واکنش گرها بر روی تغییرات دما در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن …………………………………………………..103.

شکل ( 6-59 ) : تأثیر تغییرات دمای ورودی واکنش گرها بر روی تغییرات دما در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………………………. 104

شکل ( 6-60 ) : تأثیر تغییرات دمای ورودی واکنش گرها بر روی تغییرات دما در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×35/2 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………….103
شکل ( 6-61 ) : تأثیر تغییرات دمای ورودی واکنش گرها بر روی تغییرات دما در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن…………………………………………………….. 104

شکل ( 6-62 ) : تأثیر تغییرات دمای ورودی واکنش گرها بر روی تغییرات دما در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×70/4 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………104

6-63 تأثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات فشار در جهت شعاعراکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 800 درجه کلوین در قسمت هموژن …………………………………………………………………….105

شکل ( 6-64 ) : تأثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات فشار در جهت شعاعراکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 800 درجه کلوین در قسمت هتروژن …………………………………………………..105

شکل ( 6-63 ) : تأثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات فشار در جهت شعاعراکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 800 درجه کلوین در قسمت هموژن……………………………………………………. 106

شکل ( 6-64 ) : تأثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات فشار در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 800 درجه کلوین در قسمت هتروژن ……………………………………………………. 106

شکل ( 6-65 ) : تأثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات فشار در جهت شعاعراکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 810 درجه کلوین در قسمت هموژن………………………………………………………. 107

شکل ( 6-66 ) : تأثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات فشار در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 810 درجه کلوین در قسمت هتروژن ………………………………………………………107

107 شکل ( 6-67 ) : تأثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات فشار در جهت شعاعراکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 820 درجه کلوین در قسمت هموژن ……………………………………………………….107

شکل ( 6-68 ) : تأثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات فشار در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 820 درجه کلوین در قسمت هتروژن ……………………………………………………… 108

شکل ( 6-69 ) : تأثیر تغییرات دمای ورودی واکنش گرها بر روی تغییرات دمای بخار در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هموژن …………………………………….110

شکل ( 6-70 ) : تأثیر تغییرات دمای ورودی واکنش گرها بر روی تغییرات دمای بخار در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در شعاع 3-10×75/1 متری از کاتالیست ها در قسمت هتروژن …………………………………..110

شکل ( 6-71 ) : تاثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات عامل تأثیر واکنش اول در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 800 درجه کلوین…………………………….. …………………………. 112
در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 820 درجه کلوین ……………………………………… 120

شکل ( 6-83 ) : تاثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات عامل تأثیر واکنش پنجم در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 800 درجه کلوین ……………………………………………………….. 121

شکل ( 6-84 ) : تاثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات عامل تأثیر واکنش پنجم در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 810 درجه کلوین ……………………………………………………….. 121

شکل ( 6-85 ) : تاثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات عامل تأثیر واکنش پنجم در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 820 درجه کلوین …………………………………………………….. 121

شکل ( 6-86 ) : تاثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات عامل تأثیر واکنش ششم در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 800 درجه کلوین ………………………………………………………… 122

شکل ( 6-87 ) : تاثیر تغییرات شعاع قرص های کاتالیست (dP) بر روی تغییرات عامل تأثیر واکنش ششم در جهت شعاع راکتور بر روی کاتالیست اکسید آهن در دمای 810 درجه کلوین ……………………………………………………….. 123

فهرست جداول

جدول( 1-1 ) : برخی از خواص فیزیکی استایرن…………………………………………………………………………….4
جدول ( 1-4 ) : شاخص انکساری و چگالی استایرن…………………………………………………………………………5
جدول ( 1-5 ) : اطلاعات ویسکوزیته ، کشش سطحی و ظرفیت گرمای ویژه …………………………………………..5
.جدول ( 2-1 ) : ظرفیت جهانی تولید تایرن…………………………………………………………………………………19
جدول ( 2-2 ) : ظرفیت تولید استایرن………………………………………………………………………………………20
جدول ( 2-3 ) : نمونه ای از استایرن خام بعد از هیدروژن زدایی …………………………………………………………20
جدول (4-2 ) : ظرفیت گرمایی گازها در حالت گاز آرمانی CPig R=A+BT ……ا………………………………………..43
.جدول ( 5-1 ) : پارامترهای هندسی راکتور غیر آدیاباتیک………………………………………………………………….55
جدول (5-2 ) : جرم مولکولی اجزاء…………………………………………………………………………………………..56
جدول ( 6-1 ) : نحوه تغییرات دبی مولی اتیل بنزن در ورودی و خروجی راکتور ………………………………………..67
جدول ( 6-2 ) : نحوه تغییرات دبی مولی استایرن در ورودی و خروجی راکتور …………………………………………71
جدول ( 6-3 ) : نحوه تغییرات دبی مولی بنزن در ورودی و خروجی راکتور …………………………………………….75
جدول ( 6-4 ) : نحوه تغییرات دبی مولی تولوئن در ورودی و خروجی راکتور ………………………………………….79
جدول ( 6-5 ) : نحوه تغییرات دبی مولی متان در ورودی و خروجی راکتور …………………………………………….83
جدول ( 6-6 ) : نحوه تغییرات دبی مولی اتیلن در ورودی و خروجی راکتور ……………………………………………87
جدول ( 6-7 ) : نحوه تغییرات دبی مولی هیدروژن در ورودی و خروجی راکتور ………………………………………91
جدول ( 6-8 ) : نحوه تغییرات دبی مولی بخار آب در ورودی و خروجی راکتور ……………………………………….93
جدول ( 6-9 ) : نحوه تغییرات دبی مولی مونو اکسید کربن در ورودی و خروجی راکتور ………………………………97
جدول ( 6-10 ) : نحوه تغییرات دبی مولی دی اکسید کربن در ورودی و خروجی راکتور……………………………….101
جدول ( 6-11 ) : نحوه تغییرات دما در ورودی و خروجی راکتور …………………………………………………………105
جدول ( 6-12 ) : نحوه تغییرات فشار در ورودی و خروجی راکتور ………………………….. ………………………..109
جدول ( 6-13 ) : نحوه تغییرات دمای بخار در ورودی و خروجی گرمکن حرارتی ……………………………………..111
جدول ( 6-14 ) : نحوه تغییرات عامل تأثیر واکنش اول در ورودی و خروجی راکتور …………………………………..113
جدول ( 6-19 ) : نحوه تغییرات عامل تأثیر واکنش ششم در ورودی و خروجی راکتور ……………………………….124

فصل اول

استایرن مایعی با رایحه خوش است و مهمترین خصوصیات آن در جدول ( 1-1 ) آورده شده است. فشار بخار راهی کلیدی برای ساخت تجهیزات و جداسازی استایرن می باشد. اطلاعات فشار بخار که با حساسیت ویژه ای بدست آمده است در جدول ( 1-2 ) آورده شده است. استایرن در بیشتر حلالهای آلی به هر میزان حل می گردد. همچنین حلال خوبی برای لاستیکهای مصنوعی و پلیمرهای خطی سنگین می باشد. همچنین استایرن به مقدار کم در مواد پلی والنت – هیدروکسی مانند گلیکول و دی گلیکول حل می شود. همچنین استایرن و آب به مقدار کم در یکدیگر حل می گردند. ترکیب مخلوط آزئوتروپ در فشار استاندارد در حدود 65% وزنی استایرن و 35% وزنی آب می باشد و پایین ترین نقطه جوش این مخلوط 8/94 درجه سانتیگراد است . در جدول ( 1-3 ) برخی از این اطلاعات آورده شده است.
مهمترین پارامترهای کنترل و بازرسی تولید و مصرف استایرن شاخص انکساری و چگالی آن می باشد که در جدول ( 1-4 ) آورده شده است. جدول ( 1-5 ) اطلاعات ویسکوزیته ، کشش سطحی و ظرفیت گرمایی ویژه آورده شده است.

جدول( 1-1 ) : برخی از خواص فیزیکی استایرن
145/15 °C نقطه جوش
-30/6 °C نقطه انجماد
0/297 g ml چگالی نقطه سه گانه
3/83 MPa فشار نقطه سه گانه
362/1 °C دمای نقطه سه گانه
3/37 ml gr حجم ویژه نقطه سه گانه
-4/263 MJ mol گرمای احتراق
147/4 KJ mol گرمای تشکیل ( گاز C°25 )
103/4 KJ mol گرمای تشکیل ( مایع C°25 )
-11/0 KJ mol گرمای جوشش
-69/8 KJ mol گرمای پلیمریزاسیون
421/7 J gr گرمای تبخیر (C °25 )
356/7 J gr گرمای تبخیر (C °145 )
53 mg Kg گرمای انحلال (C °15 )
50 mg Kg گرمای انحلال (C °25 )
45 mg Kg گرمای انحلال (C °35 )
جدول ( 1-2 ) : فشار بخار استایرن
دما C° فشار KPa
20 0/6
50 3/2
80 12/2
100 25/7
145/2 101/3
Log P = 6.082-1445.58 (209.43+ T)

دول ( 1-3 ) : انحلال پذیری استایرن و آب ( درصدها وزنی هستند )
دما C° آب در استایرن استایرن در آب
0 0/02 0/018
10 0/04 0/023
25 0/07 0/032
50 0/012 0/045
جدول ( 1-4 ) : شاخص انکساری و چگالی استایرن
دما C° شاخص انکساری دانسیته
0 ــــــــ 0/92236
20 1/54682 0/9050
25 1/54393 0/9007
30 0/54108 0/8964
50 ــــــــ 0/8702
100 ــــــــ 0/8505
-2- خواص شیمیایی [1]
مهمترین واکنش استایرن پلیمریزه شدن و تبدیل به پلی استایرن است. ولی با منومرهای دیگر نیز پلیمریزاسیون انجام داده و تولید نوع جدیدی از هموپلیمر می کند. کوپلیمر شدن با بوتادی ان ، لاستیک مصنوعی Bunas ( لاستیک امولوسیونی بوتادی ان E-SBR ) تولید می کند.
اکسیداسیون و سوختن استایرن در هوا از اهمیت ویژه ای برخوردار است این واکنش ، رادیکالی با جرم مولکولی بسیار بالا تولید می کند. استایرن همچنین به ترکیبات دیگر شامل بنزآلدئید ، فرمالدئید و فرمیک اسید اکسید می شود ، انواع دیگر واکنشهای آلکنی و شاخه آلکنی استایرن با مواد اکسید کننده قوی می باشد. استایرن می تواند متحمل واکنش افزایشی به پیوند دوگانه در کنار زنجیره و هم در حلقه شود. واکنش با برم در اضافه شدن سرد ، استایرن دی برمید را تولید می کند که این ماده به خوبی کریستالیزه می شود. از این واکنش برای شناسایی استایرن و محاسبه مقدار آن در حلال استفاده می شود. از جدا کردن و بیرون آوردن یک هیدروژن برمید از استایرن دی برمید ، آلفا – برمو استایرن تولید می گردد. همچنین می توان از حرارت دادن آن به همراه اکسید کلسیم ، فنیل استیلن تولید کرد. اضافه کردن کلر ، تولید استایرن دی کلراید می کند که با حذف یک هیدروژن کلراید میتواند به صورتهای آلفا کلرو استایرن و بتا کلرو استایرن تبدیل شود. هالوهیدرین ها یک ماده واسطه مهم در علم شیمی تهیه مواد می باشند. آنها با مواد قلیایی واکنش داده و تولید اکسید استایرن می نماید. همچنین هیدرولیز بیشتر آنها تولید فنیل گلیکول می کند.
استایرن و ید در حضور اکسید جیوه (II ) و آب تولید ید و هیدرین می کند. فنیل اتانول یکی از مواد واسطه مهم در تولید مواد معطر است. این ماده از هیدراسیون استایرن به وسیله اضافه کردن مقداری استات جیوه (II ) بدست می آید.
به طور مشابه متیل اتر بوسیله اضافه کردن متانل در حضور اسید سولفوریک بدست می آید. واکنشهای زیادی از استایرن با ترکیبات گوگرد و نیتروژن مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. استایرن با دی اکسید گوگرد ، کلرید گوگرد ، سدیم یا آمونیوم دی تیونیت ، مرکاپتان ، آنیلین ، آمین ، دی آزو متان و سدیم هیدرازین واکنش داده تا پیوند دوگانه کربن-کربن شاخه اتیلنی شکسته شود. حرارت دادن استایرن به همراه گوگرد در دمای بالا تولید هیدروژن سولفید ، استایرن سولفید و دی فنیل تیوفن می کند.
استایرن در دماهای پایین با نمکهای نقره و مس تشکیل کمپلکس می دهد که این ترکیب مناسب برای خالص سازی و جداسازی استایرن از مخلوط دیگر هیدروکربنها می باشد. رنگ کمپلکس مسی باعث عدم استفاده از این فلز و دیگر آلیاژها و ترکیبات آن در ترکیب با استایرن شده است.
ترکیبات لیتیوم مانند C2H5Li پلیمریزاسیون استایرن را آغاز می کنند. در حضور اتر ، استایرن تقریباً به طور کامل بوسیله سدیم پلیمریزه می شود. پلیمریزاسیون کنترل شده اُلفین ها ، طیف وسیعی از تولیدات صنعتی را شامل می شود که ما را با پلیمرهای جدیدی مانند پلاستیکها ، روغنها و منسوجات آشنا می کند. هیدروکربنهای آروماتیک مانند بنزن می توانند همانگونه که دیگر اُلفین ها می توانند در حضور 3AlCl به استایرن اضافه شوند ، اضافه شوند.

1-3- کاربرد استایرن [19]
از استایرن جهت تولید لاستیک مصنوعی استایرن – بوتادی ان ( SBR ) و پلاستیکهای پلی استایرن و آکریلونیتریل – بوتادی ان – استایرن ( ABS ) استفاده می شود. پلی استایرن پودر سفید رنگی است و در اکثر حلالهای آلی حل می شود و آن را به عنوان عایق الکتریسیته برای روکش سیمها و کابلها با فرکانس زیاد در صنعت بکار می برند.

شناخت و معرفی و بررسی فرآیند تولید استایرن و مدلسازی راکتور تولید آن

شناخت و معرفی و بررسی فرآیند تولید استایرن و مدلسازی راکتور تولید آن

فصل دوم
تولید استایرن

تولید استایرن به حدود 540 سال قبل بر می گردد. هر چند مقادیر و مواد جدید در فرایندهای بر پا شده به طور مستمر توسعه می یابد و شرکتهای جدید مجتمعهای جدید می سازند ، ولی هنوز خوراک ورودی برای تمام واحدهای تجاری تولید استایرن ، اتیل بنزن می باشد. حال به روشهای تولید استایرن اشاره می کنیم.

2-1- هیدروژن گیری کاتالیستی از اتیل بنزن
هیدروژن گیری مستقیم از اتیل بنزن برای تبدیل به استایرن روشی است که در حدود 85% تولیدات تجاری استایرن از این روش و شیوه می باشد. واکنش در فاز گاز به همراه بخار آب بر روی کاتالیست که بنیاد اکسید آهن دارد ، انجام می شود. واکنش گرماگیر می باشد و می تواند هم در راکتور ایزوترمال و هم در راکتور آدیاباتیک انجام گیرد. از هر دو روش در عمل استفاده می شود [16].
در زیر به روشهای هیدروژن زدایی پرداخته می شود.

2-1-1- مکانیسم واکنش
واکنش اصلی تبدیل اتیل بنزن به استایرن و هیدروژن گرماگیر و برگشت پذیر می باشد.
C6H5CH2CH3 ↔ C6H5CHCH2 + H2
این واکنش گرمایی با بازده کم و به صورت کاتالیستی با بازده بالا پیشرفت می کند.
چون واکنش گازی برگشت پذیر از یک مول ماده اولیه دو مول محصول تولید میکند ، در نتیجه فشار پایین واکنش را در جهت رفت قرار می دهد.
واکنشهای جانبی اتیل بنزن تبدیل به بنزن و تولوئن می شود.
C6H5CH2CH3 → C6H6 + CH2CH2
C6H5CH2CH3 + H2 → C6H5CH3 + CH4
از دیگر واکنشهای جانبی اتیل بنزن تولید کربن می باشد.
C6H5CH2CH3 → 8C+5H2
هر چند این واکنش به مقدار کم انجام می پذیرد ، ولی همین مقدار کم کربن برای کاتالیست به عنوان یک سم عمل می کند که در این حالت نقش بخار آب ورودی مشخص می گردد. بخار آب با کربن واکنش داده و تولید ماده بی زیان 2CO می کند.
C + 2H2O → CO2 + 2H2
بخار آب نیز خود در چندین واکنش جانبی شرکت می کند که در فصلهای بعدی ذکر خواهد شد. بخار آب در این فرایند سه وظیفه مهم بر عهده دارد که به شرح زیر است :
1- بخار آب فشار جزئی اتیل بنزن را کاهش می دهد و تعادل را به سمت تولید استایرن می برد.
2- ورود حرارت لازم برای واکنش.
3- بخار آب با واکنش با کربن به دی اکسید کربن و هیدروژن تبدیل می شود.
کاتالیستهای مورد استفاده در این زمینه متعدد می باشد. کاتالیست 105 شرکت Shell برای سالهای متمادی برای این کار مناسب بود. این کاتالیست اولین کاتالیستی بود که شامل پتاسیم به عنوان پیش برنده واکنش ، گاز و آب و تولید دی اکسید کربن و هیدروژن بود. این کاتالیست به طور معمول از 3/84 % وزنی آهن به صورت اکسید آهن ( 3Fe 2 O ) و 4/2 % وزنی کروم به صورت اکسید کروم ( 3Cr2O ) و 3/13 % وزنی پتاسیم به صورت اکسید پتاسیم (K 2O ) تشکیل شده است. این کاتالیست از خواص فیزیکی و فعالیت و بازده بسیار خوبی برخوردار بود.

2-1-2- هیدروژن گیری آدیاباتیک [17]
در بیشتر از 75 در صد از تمام واحدهای عملیاتی استایرن از راکتورهای هیدروژن زدایی که در چند راکتور بستری انجام می شود ، استفاده می کنند.
گرمای لازم برای واکنش از طریق گازهای گرم ورودی هر مرحله تأمین می شود. همچنین بوسیله تزریق بخار سوپرهیت یا انتقال حرارت غیر مستقیم صورت می پذیرد.
خوراک اتیل بنزن جدید با اتیل بنزن برگشتی مخلوط شده و تبخیر می شود. بخار رقیق کننده باید به اتیل بنزن تزریق شود تا از تشکیل کک جلوگیری کند. این جریان بوسیله مبدل حرارتی گرمتر می شود ( در حدود 640 درجه سانتیگراد ) و مواد به سمت بستر کاتالیستی در راکتور اول هدایت می شود.
در واکنش آدیاباتیک درجه حرارت کاهش می یابد ، در نتیجه جریان خروجی قبل از ورود به راکتور دوم دوباره گرم می شود. میزان تبدیل اتیل بنزن می تواند با سیستم متغیر باشد ، ولی بیشتر اوقات در حدود 35 درصد در راکتور اول و 65 درصد در کل سیستم است. راکتور در پایین ترین فشار ممکن شروع به کار می کند.
نسبت بخار به اتیل بنزن ورودی به راکتور معیاری برای بدست آوردن بازده با کمترین هزینه می باشد. خروجی راکتور به یک واحد بازیابی حرارتی برای کاستن انرژی مصرفی فرستاده می شود و سپس سرد شده و به سه جزء ، گازهای خروجی از سیستم ، جریان استایرن ناخالص و بخار سرد شده جدا می شود.
جریان استایرن ناخالص به سیستم جداسازی و تقطیر هدایت می شود. بخار کندانس شده تصفیه و مورد استفاده مجدد قرار می گیرد و گاز خروجی که بیشتر هیدروژن و دی اکسید کربن می باشد ، نیز تصفیه و با تبدیل به هیدروکربنهای آروماتیک بازیابی می شود ( شکل (2-1 )).
2-1-3- هیدروژن زدایی تک دما [3]
روش هیدروژن زدایی تک دما ( ایزوترمال ) برای اولین بار توسط شرکت BASF ارائه شد که برای سالهای زیادی از آن استفاده می گردد. راکتور مانند مبدلهای حرارتی لوله ای ساخته می شود. اتیل بنزن و بخار آب از لوله های داخلی که بوسیله بستر کاتالیستی پر شده است ، وارد می شود. حرارت لازم برای واکنش بوسیله گازهای داغ از طریق پوسته مبدل حرارتی به راکتور منتقل می گردد.
شرکت Lurg-GmBH سازنده یک راکتور ایزوترمال می باشد که از یک مخلوط کربنات لیتیم ، پتاسیم وسدیم مذاب بعنوان منتقل کننده حرارت استفاده می کند. تبدیل و انتخاب پذیری بالایی برای این سیستم ادعا شده است. یک واحد کارخانه در مونت از سال 1985 بوسیله Mont Erison ساخته شده است که تکنولوژی پیشنهادی آن تحت لیسانس Lurg می باشد.
در ادامه این روش انتخاب شـده و راکتور غیر آدیاباتیک ( ایزوترمال ) بستر ثابت با جریان شعاعی مدلسازی می شود.
2-1-4- تهیه استایرن به روش شرکت DOW [19]
در این طریقه مطابق شکل ( 2-3 ) اتیل بنزن و بخار آب ( F °1310 ) وارد راکتور گردیده و در مجاورت کاتالیزور اکسید آهن و آلومینیوم عمل هیدروژن زدایی انجام می گیرد ، محصولات خارج شده از راکتور که
شامل استایرن و مقداری بنزن و تولوئن می باشند پس از عبور از یک برج خشک کن ( Quench-tower ) تا F° 221 سرد شده و سپس در مخزن کندانسور گازهای اضافی را از دست داده و وارد decanter می شوند. پس از آن به مخلوط مقداری ماده inhibitor افزوده و آنها را به برج تفکیک می فرستند ، در برج تفکیک بنزن و تولوئن از قسمت بالا خارج شده و استایرن از پایین برج به دستگاه های تقطیر تحت خلاء فرستاده می شوند و بدین طریق استایرن خشک و خالص تهیه می گردد
2-1-5- هیدروژن زدایی در حضور اکسیژن [1]
تلاشهای بسیاری برای جداسازی هیدروژن از فرایند برای پیش بردن واکنش رفت به عمل آمده است. یک فرایند جدید که اکنون پیشنهاد شده بوسیله شرکت لیسانس دهنده آن Lummus بر پایه تکنولوژی و دانش علمی شرکت UOP می باشد.
این شرکت از یک سری کاتالیست فلزات کمیاب برای اکسیداسیون انتخابی هیدروژن استفاده می کند تاتبدیل اتیل بنزن بیش از 10 % افزایش یابد. این فرایند به نام فرایند Styro-Plus نامگذاری شده است ، ولی امروزه با نام فرایند SMART SM خوانده می شود.
2-2- فرایند استایرن و اکسید پروپیلن [19]
در این روش استایرن بعنوان محصول فرعی ( by – production ) دستگاه های تهیه اکسید پروپیلن تهیه می گردد و طی چهار مرحله اصلی زیر آنرا بدست می آورند.
مرحله اول :
اکسیداسیون مستقیم اتیل بنزن تحت فشار 10 – 5 اتمسفر و درجه حرارت 140 – 120 درجه سانتیگراد و در فاز مایع صورت گرفته و هیدروپروکسی اتیل بنزن و استو فنل تولید می گردد.
⎧ C6H5 −CHOOH −CH3 C6H5 −C2H5 +O2 →⎨⎪
⎩⎪C6H5 −CO −CH3 + H2O
مرحله دوم :
ترکیب هیدروپروکسی اتیل بنزن حاصله با پروپیلن در مجاورت کاتالیست مناسب واکنش داده و اکسید پروپیلن و مقداری α- متیل بنزن تولید می کند ، این عمل در فشار 30 – 10 اتمسفر در 100 درجه سانتیگراد انجام می شود ( کاتالیست این بخش مایع مولیبدن یا کاتالیست چند فازی تیتانیوم است ).
C6H5 −CHOOH −CH3 +CH3 −CH = CH2 → CH3 −CHOCH2 +C6H5 −CHOH −CH3
مرحله سوم :
مرحله سوم هیدروژناسیون استوفنل ( تولید متیل – فنیل – کاربینول ) می باشد که در مجاورت کاتالیزور مخلوط مس – کرم – آهن و در فشار 10 اتمسفر و 150 درجه سانتیگراد انجام می شود.
C6H5 −CO −CH3 + H2 → C6H5 −CHOH −CH3
مرحله چهارم :
در این مرحله متیل – فنیل – کاربینول آب زدایی می شود و استایرن تولید می شود.
C6H5 −CHoH −CH3 →C6H5 −CH = CH 2 + H2O
مقالات و مطالعات شرکتهای Halco ، ARCO و Shell نشان می دهد ، این فرایند عملی و قابل اجرا می باشد. این فرایند نیاز به مراحل تخلیص و جداسازی برای تولید محصولات با خواص مخصوص دارد. این فرایند سرمایه اولیه بسیار بالایی طلب می کرد ، همچنین استایرن را با قیمت بالاتری نسبت به فرایندهای مرسوم تولید می کند. ولی برای تولید اکسید پروپیلن ( یکی از محصولات ) می توان فرایند کلی را سود بخش در نظر گرفت. در حدود 15 % از تولیدات جهانی استایرن از این روش تولید می گردد.

2-3- تولید استایرن با استفاده از بوتادی ان [1]
یکی دیگر از روشهای تولید استایرن که تلاشها و پژوهشهای بسیاری روی آن انجام شده است ، دیمریزاسیون 3-1- بوتادی ان و تبدیل آن به 4- وینیل سیکلو هگزان از طریق روش Diell Alder می باشد.
این واکنش گرمازا می باشد که هم می توان آن را به صورت گرمایی و هم به صورت کاتالیستی انجام داد. فرایندهای حرارتی به درجه حرارت 140 درجه سانتیگراد و فشار 4 مگا پاسکال نیاز دارد. فرایند حرارتی تقریباًبرای جداسازی محصول از بوتادی ان مناسب تر می باشد. بازده 4- وینیل سیکلو هگزان در حدود 90 % است.
فرایند کاتالیستی بر اساس نیتروسیل هالید – کمپلکس آهن بنا شده و در محدوده دمایی 0 تا 80 درجه سانتیگراد و فشار 1/0 الی 3/1 مگا پاسکال عمل می کند. بازده کم این فرایند یکی از مشکلات و عیوب آن می باشد. این روش می تواند جریانهای 4- C نفتا ، کراکینگ بخاری نفت و گاز و یا بوتادی ان خالص را به عنوان خوراک مـورد استفاده قرار داد. 4- وینیـل سیکلو هگزان سپس هیـدروژن زدایی شــده و به اتیل بنزن تبدیل می شود و یا تحت شرایط استثنایی به استایرن تبدیل می شود.
⎧ → C6H5CH2CH3
C6H9CH = CH2 ⎨⎪
⎩⎪→ C6H5CH = CH2
این روش نیز هنوز برای سرمایه گذاری جالب و سودآور نمی باشد و قابلیت و قیمت بوتادی ان در آینده می تواند شرایط را عوض کند.

2-4- تولید استایرن با استفاده از تولوئن [1]
کوشش و تلاش های بسیار زیادی برای یافتن راهی برای تولید استایرن از تولوئن انجام گرفته است. تولوئن فراوان و در دسترس می باشد و به طور کلی 15 درصد ارزانتر از اتیل بنزن می باشد و چندان سمی نمی باشد ، ولی هنوز هیچ فرایندی تاکنون به صورت تجاری در این زمینه انجام نگرفته است.
شرکت Monsanto به طور گسترده بر روی فرایند تولید استایرن از اکسیداسیون هوایی تولوئن کار کرده است. برای این عمل از یک بستر شناور با کاتالیستهای اکسید کننده استفاده شده می شود.
2C6H5CH3 +O3 → C6H5CH = CHC6H5 + H2O
سپس آن را با اتیلن به همراه کاتالیست مولیبدن واکنش داده و استایرن تولید می کند.
C6H5 −CH = CH −C6H5 +C2H4 → 2C6H5 −CH = CH2
2-5- روشهای دیگر
یک مخلوط آروماتیک که شامل استایرن می باشد از کراکینگ حرارتی نفتا و نفت بدست می آید. بازیابی بر اساس تقطیر استخراجی با دی متیل فرمالدئید یا دی متیل استامید بوسیله جذب یا بوسیله تشکیل و یا بر اساس جداسازی غشایی بنا شده است که هیچ یک از این فرایندها بصورت تجاری به کار گرفته نشده است.
ظرفیت جهانی تولید و میزان تولید استایرن برای برخی از کشورهای دنیا در سالهای مختلف به ترتیب در جداول ( 2-1 ) و ( 2-2 ) دیده می شوند [19].

مدل سازی ریاضی راکتورهای شعاعی جهت تولید استایرین
مقدمه
اولین بار استایرن از تقطیر شیره درخت حنا در سال 1800 توسط بوناستر ( Bonaster ) بدست آمد. تولید تجاری استایرن توسط دو شرکت بادیش آنیلین سودا فابریک ( BASF ) و داوکمیکال ( Dow Chemical ) شروع و در دوران جنگ جهانی دوم به اوج خود رسید [19].
استایرن به عنوان فنیل اتیلن ، وینیل بنزن ، کتیرول ویا سینامین شناخته شده است و یکی از با اهمیت ترین منومرهای صنعتی غیر اشباع آروماتیکی می باشد. استایرن به طور طبیعی به مقدار کم در بعضی از گیاهان وغذاها تولید می شود. همچنین مشخص شد که دارچیـن ، هستـه خرما و بادام زمینی و نیز در قیـر هم موجود می باشد.
گسترش و توسعه فرایندهای تجاری تولید استایرن که بر پایه هیدروژن گیری از اتیل بنزن بنا شده ، در سال
1930 ساخته شده است. نیاز برای لاستیکهای استایرن و بوتادی ان در طول جنگ جهانی دوم موجب یک جنبش برای تولید هر چه بیشتر شد.
پس از 1949 یک منومر با توانایی پلیمریزاسیون بالا ، دارای خلوص بالا ، تمیز بی رنگ و ارزان تولید شد. مصارف زمان صلح پلاستیکهای با پایه استایرن گسترش پیدا کرد و هم اکنون پلی استایرن یکی از ارزانترین ترمو پلاستیکها بر اساس هزینه و حجم می باشد. استایرن در حالت و شرایط عادی به صورت مایع می باشد ، لذا به راحتی می توان آن را جابجا نمود.

قیمت 25 هزار تومان

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان

350,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید