مقدمه
اولين بار استايرن از تقطير شيرة درخت حنا در سال 1800 توسط بوناستر ( Bonaster ) بدست آمد. توليد تجاري استايرن توسط دو شركت باديش آنيلين سودا فابريك ( BASF ) و داوكميكال ( Dow Chemical ) شروع و در دوران جنگ جهاني دوم به اوج خود رسيد [19].
استايرن به عنوان فنيل اتيلن ، وينيل بنزن ، كتيرول ويا سينامين شناخته شده است و يكي از با اهميت ترين منومرهاي صنعتي غير اشباع آروماتيكي مي باشد. استايرن به طور طبيعي به مقدار كم در بعضي از گياهان وغذاها توليد مي شود. همچنين مشخص شد كه دارچيـن ، هستـه خرما و بادام زميني و نيز در قيـر هم موجود مي باشد.
گسترش و توسعه فرايندهاي تجاري توليد استايرن كه بر پايه هيدروژن گيري از اتيل بنزن بنا شده ، در سال 1930 ساخته شده است. نياز براي لاستيكهاي استايرن و بوتادي ان در طول جنگ جهاني دوم موجب يك جنبش براي توليد هر چه بيشتر شد.
پس از 1949 يك منومر با توانايي پليمريزاسيون بالا ، داراي خلوص بالا ، تميز بي رنگ و ارزان توليد شد. مصارف زمان صلح پلاستيكهاي با پايه استايرن گسترش پيدا كرد و هم اكنون پلي استايرن يكي از ارزانترين ترمو پلاستيكها بر اساس هزينه و حجم مي باشد. استايرن در حالت و شرايط عادي به صورت مايع مي باشد ، لذا به راحتي مي 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

چكيده ……………………………………………………………………………………………………………………1
مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………….1

فصل اول

شناخت و معرفي استايرن ………………………………………………………………………………………………..3
1-1- خصوصيات فيزيكي …………………………………………………………………………………………………..3
1-2- خواص شيميايي …………………………………………………………………………………………………….6
1-3- كاربرد استايرن ……………………………………………………………………………………………………….7

فصل دوم

توليد استايرن ……………………………………………………………………………………………………………….9
2-1- هيدروژن گيري از اتيل بنزن …………………………………………………………………………………………9
2-1-1- مكانيسم واكنش ………………………………………………………………………………………………….9
2-1-2- هيدروژن گيري آدياباتيك …………………………………………………………………………………………11
2-1-3- هيدروژن گيري تكدما …………………………………………………………………………………………….13
2-1-4- تهيه استايرن به روش شركت DOW …….ا……………………………………………………………………14
2-1-5- هيدروژن زدايي در حضور اكسيژن ……………………………………………………………………………….15
2-2- فرايند استايرن و اكسيد پروپيلن …………………………………………………………………………………….16
2-3- توليد استايرن با استفاده از بوتادي ان ………………………………………………………………………………17
2-4- توليد استايرن با استفاده از تولوئن …………………………………………………………………………………18
2-5- روشهاي ديگر ………………………………………………………………………………………………………..19
2-6- تقطير استايرن ………………………………………………………………………………………………………20
2-7- پليمريزاسيون استايرن ……………………………………………………………………………………………..23

فصل سوم

كليات راكتور………………………………………………………………………………………………………………25
3-1- راكتور هيدروژن گيري از اتيل بنزن ………………………………………………………………………………..25
3-1-1- شكل ظاهري …………………………………………………………………………………………………….25
3-1-2- كاتاليست ………………………………………………………………………………………………………….26
3-1-3- ماده گرم كننده …………………………………………………………………………………………………….28
3-1-4- خوراك ورودي به راكتور ……………………………………………………………………………………………29
3-1-5- افت فشار …………………………………………………………………………………………………………..30
3-2- فرضيات بكار برده شده ………………………………………………………………………………………………31

فصل چهارم

مدلسازي و يافتن معادلات حاكم …………………………………………………………………………………………33

4-1- واكنشها و سينتيك آنها ……………………………………………………………………………………………….33
.4-2- يافتن معادلات حاكم بر قرص كاتاليست …………………………………………………………………………….35
. 4-3- يافتن معادلات حاكم بر راكتور ……………………………………………………………………………………….38

فصل پنجم

.حل معادلات ديفرانسيلي …………………………………………………………………………………………………..49
. 5-1- حل معادلات حاكم بر بستر كاتاليست ………………………………………………………………………………49
.5-2- حل معادلات حاكم بر قرص هاي كاتاليست ………………… ………………………………………………………51
.5-3- پارامترهاي هندسي راكتور ……………………………………………………………………………………………55
.5-4- دبي مولي خوراك ورودي به راكتور …………………………………………………………………………………..56
.5-4-1- دبي مولي خوراك ورودي به راكتور در دماي 800 درجه كلوين ………………………………………………..57
.5-4-2- دبي مولي خوراك ورودي به راكتور در دماي 810 درجه كلوين …………………………………………………58
.5-4-3- دبي مولي خوراك ورودي به راكتور در دماي 820 درجه كلوين ………………………………………………..60

فصل ششم

.نتايج حاصل از حل معادلات …………………………………………………………………………………………………63
.مقايسة نتايج بدست آمده با نتايج موجود در مراجع …………………………………………………………………….129

فصل هفتم

نتيجه گيري و جمع بندي نهايي …………………………………………………………………………………………..133
.7-1- نتايج حاصل از تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست ………………………………………………………………133
.7-2- نتايج حاصل از تغييرات دماي ورودي واكنشگرها ………………. ………………………………………………134
.7-3- نحوه تغييرات عامل تاثير در جهت شعاع راكتور …………………………………………………………………135
.7-4- نتايج تغييرات فشار ……………………………………………………………………………………………….137
.7-5- جمع بندي نهايي ………………………………………………………………………………………………….138
نظرات و پيشنهادات………………………………………………………………………………………………………..139
هرست علائم………………………………………………………………………………………………………………140
منابع و مراجع ………………………………………………………………………………………………………………142
ضميمه ( برنامة نوشته شده با استفاده از نرم افزار Matlab ) …………………ا…………………………………….145

فهرست شکلها

شكل ( 6-1 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيل بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن ……………………………………………………………. 64 شكل ( 6-2 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيل بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………………….64
شكل ( 6-3 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيل بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………..65
شكل ( 6-4 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيل بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن………………………………………………………………65
شكل ( 6-5 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيل بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن…………………………………………………………………66
شكل ( 6-6 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيل بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………………. 66

شكل ( 6-7 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي استايرن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………….68
شكل ( 6-8 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي استايرن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………68
شكل ( 6-9 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي استايرن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليستاكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن…………………………………………………………………….69
شكل ( 6-10 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي استايرن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن………………………………………………………………69
شكل ( 6-11 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي استايرن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………..70
شكل ( 6-12 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي استايرن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………………. 70

شكل ( 6-13 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………………… 72

شكل ( 6-14 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………………72
6-15 بر روي تغييرات دبي مولي بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليستاكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن ………………………………………………………………………………………….. 73
شكل ( 6-16 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليستاكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن………………………………………………………………….73
شكل ( 6-17 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليستاكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن…………………………………………………………………74
شكل ( 6-18 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي بنزن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………………….74
شكل ( 6-19 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي تولوئن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………76
شكل ( 6-20 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي تولوئن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………76
شكل ( 6-21 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي تولوئن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن………………………………………………………….77
شكل ( 6-22 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي تولوئن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست كسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………77
شكل ( 6-23 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي تولوئن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسم ت هموژن…………………………………………………………77
( 6-24 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي تولوئن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن………………………………………………………………. 78

شكل ( 6-25 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي متان در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………… 80

شكل ( 6-26 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي متان در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………….80
شكل ( 6-27 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي متان در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………81
شكل ( 6-28 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي متان در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………..81
شكل ( 6-29 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي متان در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن……………………………………………………………….82
شكل ( 6-30 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي متان در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن …………………………………………………………….82

6-31 بر روي تغييرات دبي مولي اتيلن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليستاكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………………………………………84
شكل ( 6-32 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيلن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليستاكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………..84
شكل ( 6-33 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيلن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليستاكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن……………………………………………………………….85
شكل ( 6-34 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيلن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………..85
شكل ( 6-35 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيلن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………86
شكل ( 6-36 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي اتيلن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن …………………………………………………………….86

شكل ( 6-37 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي هيدروژن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن…………………………………………………………….. 88

شكل ( 6-38 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي هيدروژن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………..88
شكل ( 6-39 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي هيدروژن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن……………………………………………………………..89
شكل ( 6-40 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي هيدروژن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن……………………………………………………………….89
شكل ( 6-41 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي هيدروژن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست 9اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن……………………………………………………………….90

شكل ( 6-42 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي هيدروژن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ………………………………………………………………..90

شكل ( 6-43 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي بخار آب در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………….. 92

شكل ( 6-44 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مولي بخار آب در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×175/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………. 92
شكل ( 6-45 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مونو اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي.كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………. 94
شكل ( 6-46 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مونو اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………. 97

6-47 بر روي تغييرات دبي مونو اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر رويكاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن………………………………………………………………………………………….. 95
شكل ( 6-48 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مونو اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر رويكاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………………. 95

شكل ( 6-49 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مونو اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………..96

96 شكل ( 6-50 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي مونو اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن …………………………………………………………. 96

شكل ( 6-51 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي دي اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن ……………………………………………………………. 98

شكل ( 6-52 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي دي اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ………………………………………………………… 98

شكل ( 6-53 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي دي اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………………..99

شكل ( 6-54 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي دي اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ………………………………………………………… 99

شكل ( 6-55 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي دي اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر رويكاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن ………………………………………………………….. 100

شكل ( 6-56 ) : تأثير تغييرات دما بر روي تغييرات دبي دي اكسيد كربن در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ………………………………………………………..100

شكل ( 6-57 ) : تأثير تغييرات دماي ورودي واكنش گرها بر روي تغييرات دما در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………..102

شكل ( 6-58 ) : تأثير تغييرات دماي ورودي واكنش گرها بر روي تغييرات دما در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن …………………………………………………..103.

شكل ( 6-59 ) : تأثير تغييرات دماي ورودي واكنش گرها بر روي تغييرات دما در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………………………. 104

شكل ( 6-60 ) : تأثير تغييرات دماي ورودي واكنش گرها بر روي تغييرات دما در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×35/2 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن…………………………………………………….103
شكل ( 6-61 ) : تأثير تغييرات دماي ورودي واكنش گرها بر روي تغييرات دما در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن…………………………………………………….. 104

شكل ( 6-62 ) : تأثير تغييرات دماي ورودي واكنش گرها بر روي تغييرات دما در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×70/4 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن ……………………………………………………104

6-63 تأثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات فشار در جهت شعاعراكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 800 درجه كلوين در قسمت هموژن …………………………………………………………………….105

شكل ( 6-64 ) : تأثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات فشار در جهت شعاعراكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 800 درجه كلوين در قسمت هتروژن …………………………………………………..105

شكل ( 6-63 ) : تأثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات فشار در جهت شعاعراكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 800 درجه كلوين در قسمت هموژن……………………………………………………. 106

شكل ( 6-64 ) : تأثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات فشار در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 800 درجه كلوين در قسمت هتروژن ……………………………………………………. 106

شكل ( 6-65 ) : تأثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات فشار در جهت شعاعراكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 810 درجه كلوين در قسمت هموژن………………………………………………………. 107

شكل ( 6-66 ) : تأثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات فشار در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 810 درجه كلوين در قسمت هتروژن ………………………………………………………107

107 شكل ( 6-67 ) : تأثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات فشار در جهت شعاعراكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 820 درجه كلوين در قسمت هموژن ……………………………………………………….107

شكل ( 6-68 ) : تأثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات فشار در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 820 درجه كلوين در قسمت هتروژن ……………………………………………………… 108

شكل ( 6-69 ) : تأثير تغييرات دماي ورودي واكنش گرها بر روي تغييرات دماي بخار در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هموژن …………………………………….110

شكل ( 6-70 ) : تأثير تغييرات دماي ورودي واكنش گرها بر روي تغييرات دماي بخار در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در شعاع 3-10×75/1 متري از كاتاليست ها در قسمت هتروژن …………………………………..110

شكل ( 6-71 ) : تاثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات عامل تأثير واكنش اول در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 800 درجة كلوين…………………………….. …………………………. 112
در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 820 درجة كلوين ……………………………………… 120

شكل ( 6-83 ) : تاثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات عامل تأثير واكنش پنجم در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 800 درجة كلوين ……………………………………………………….. 121

شكل ( 6-84 ) : تاثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات عامل تأثير واكنش پنجم در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 810 درجة كلوين ……………………………………………………….. 121

شكل ( 6-85 ) : تاثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات عامل تأثير واكنش پنجم در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 820 درجة كلوين …………………………………………………….. 121

شكل ( 6-86 ) : تاثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات عامل تأثير واكنش ششم در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 800 درجة كلوين ………………………………………………………… 122

شكل ( 6-87 ) : تاثير تغييرات شعاع قرص هاي كاتاليست (dP) بر روي تغييرات عامل تأثير واكنش ششم در جهت شعاع راكتور بر روي كاتاليست اكسيد آهن در دماي 810 درجة كلوين ……………………………………………………….. 123

فهرست جداول

جدول( 1-1 ) : برخي از خواص فيزيكي استايرن…………………………………………………………………………….4
جدول ( 1-4 ) : شاخص انكساري و چگالي استايرن…………………………………………………………………………5
جدول ( 1-5 ) : اطلاعات ويسكوزيته ، كشش سطحي و ظرفيت گرماي ويژه …………………………………………..5
.جدول ( 2-1 ) : ظرفيت جهاني توليد تايرن…………………………………………………………………………………19
جدول ( 2-2 ) : ظرفيت توليد استايرن………………………………………………………………………………………20
جدول ( 2-3 ) : نمونه اي از استايرن خام بعد از هيدروژن زدايي …………………………………………………………20
جدول (4-2 ) : ظرفيت گرمايي گازها در حالت گاز آرماني CPig R=A+BT ……ا………………………………………..43
.جدول ( 5-1 ) : پارامترهاي هندسي راكتور غير آدياباتيك………………………………………………………………….55
جدول (5-2 ) : جرم مولكولي اجزاء…………………………………………………………………………………………..56
جدول ( 6-1 ) : نحوة تغييرات دبي مولي اتيل بنزن در ورودي و خروجي راكتور ………………………………………..67
جدول ( 6-2 ) : نحوة تغييرات دبي مولي استايرن در ورودي و خروجي راكتور …………………………………………71
جدول ( 6-3 ) : نحوة تغييرات دبي مولي بنزن در ورودي و خروجي راكتور …………………………………………….75
جدول ( 6-4 ) : نحوة تغييرات دبي مولي تولوئن در ورودي و خروجي راكتور ………………………………………….79
جدول ( 6-5 ) : نحوة تغييرات دبي مولي متان در ورودي و خروجي راكتور …………………………………………….83
جدول ( 6-6 ) : نحوة تغييرات دبي مولي اتيلن در ورودي و خروجي راكتور ……………………………………………87
جدول ( 6-7 ) : نحوة تغييرات دبي مولي هيدروژن در ورودي و خروجي راكتور ………………………………………91
جدول ( 6-8 ) : نحوة تغييرات دبي مولي بخار آب در ورودي و خروجي راكتور ……………………………………….93
جدول ( 6-9 ) : نحوة تغييرات دبي مولي مونو اكسيد كربن در ورودي و خروجي راكتور ………………………………97
جدول ( 6-10 ) : نحوة تغييرات دبي مولي دي اكسيد كربن در ورودي و خروجي راكتور……………………………….101
جدول ( 6-11 ) : نحوة تغييرات دما در ورودي و خروجي راكتور …………………………………………………………105
جدول ( 6-12 ) : نحوة تغييرات فشار در ورودي و خروجي راكتور ………………………….. ………………………..109
جدول ( 6-13 ) : نحوة تغييرات دماي بخار در ورودي و خروجي گرمكن حرارتي ……………………………………..111
جدول ( 6-14 ) : نحوة تغييرات عامل تأثير واكنش اول در ورودي و خروجي راكتور …………………………………..113
جدول ( 6-19 ) : نحوة تغييرات عامل تأثير واكنش ششم در ورودي و خروجي راكتور ……………………………….124

فصل اول

استايرن مايعي با رايحة خوش است و مهمترين خصوصيات آن در جدول ( 1-1 ) آورده شده است. فشار بخار راهي كليدي براي ساخت تجهيزات و جداسازي استايرن مي باشد. اطلاعات فشار بخار كه با حساسيت ويژه اي بدست آمده است در جدول ( 1-2 ) آورده شده است. استايرن در بيشتر حلالهاي آلي به هر ميزان حل مي گردد. همچنين حلال خوبي براي لاستيكهاي مصنوعي و پليمرهاي خطي سنگين مي باشد. همچنين استايرن به مقدار كم در مواد پلي والنت – هيدروكسي مانند گليكول و دي گليكول حل مي شود. همچنين استايرن و آب به مقدار كم در يكديگر حل مي گردند. تركيب مخلوط آزئوتروپ در فشار استاندارد در حدود 65% وزني استايرن و 35% وزني آب مي باشد و پايين ترين نقطه جوش اين مخلوط 8/94 درجه سانتيگراد است . در جدول ( 1-3 ) برخي از اين اطلاعات آورده شده است.
مهمترين پارامترهاي كنترل و بازرسي توليد و مصرف استايرن شاخص انكساري و چگالي آن مي باشد كه در جدول ( 1-4 ) آورده شده است. جدول ( 1-5 ) اطلاعات ويسكوزيته ، كشش سطحي و ظرفيت گرمايي ويژه آورده شده است.

جدول( 1-1 ) : برخي از خواص فيزيكي استايرن
145/15 °C نقطة جوش
-30/6 °C نقطة انجماد
0/297 g ml چگالي نقطة سه گانه
3/83 MPa فشار نقطة سه گانه
362/1 °C دماي نقطة سه گانه
3/37 ml gr حجم ويژه نقطة سه گانه
-4/263 MJ mol گرماي احتراق
147/4 KJ mol گرماي تشكيل ( گاز C°25 )
103/4 KJ mol گرماي تشكيل ( مايع C°25 )
-11/0 KJ mol گرماي جوشش
-69/8 KJ mol گرماي پليمريزاسيون
421/7 J gr گرماي تبخير (C °25 )
356/7 J gr گرماي تبخير (C °145 )
53 mg Kg گرماي انحلال (C °15 )
50 mg Kg گرماي انحلال (C °25 )
45 mg Kg گرماي انحلال (C °35 )
جدول ( 1-2 ) : فشار بخار استايرن
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 پذيري استايرن و آب ( درصدها وزني هستند )
دما C° آب در استايرن استايرن 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 انكساري و چگالي استايرن
دما C° شاخص انكساري دانسيته
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 شيميايي [1]
مهمترين واكنش استايرن پليمريزه شدن و تبديل به پلي استايرن است. ولي با منومرهاي ديگر نيز پليمريزاسيون انجام داده و توليد نوع جديدي از هموپليمر مي كند. كوپليمر شدن با بوتادي ان ، لاستيك مصنوعي Bunas ( لاستيك امولوسيوني بوتادي ان E-SBR ) توليد مي كند.
اكسيداسيون و سوختن استايرن در هوا از اهميت ويژه اي برخوردار است اين واكنش ، راديكالي با جرم مولكولي بسيار بالا توليد مي كند. استايرن همچنين به تركيبات ديگر شامل بنزآلدئيد ، فرمالدئيد و فرميك اسيد اكسيد مي شود ، انواع ديگر واكنشهاي آلكني و شاخه آلكني استايرن با مواد اكسيد كننده قوي مي باشد. استايرن مي تواند متحمل واكنش افزايشي به پيوند دوگانه در كنار زنجيره و هم در حلقه شود. واكنش با برم در اضافه شدن سرد ، استايرن دي برميد را توليد مي كند كه اين ماده به خوبي كريستاليزه مي شود. از اين واكنش براي شناسايي استايرن و محاسبه مقدار آن در حلال استفاده مي شود. از جدا كردن و بيرون آوردن يك هيدروژن برميد از استايرن دي برميد ، آلفا – برمو استايرن توليد مي گردد. همچنين مي توان از حرارت دادن آن به همراه اكسيد كلسيم ، فنيل استيلن توليد كرد. اضافه كردن كلر ، توليد استايرن دي كلرايد مي كند كه با حذف يك هيدروژن كلرايد ميتواند به صورتهاي آلفا كلرو استايرن و بتا كلرو استايرن تبديل شود. هالوهيدرين ها يك ماده واسطه مهم در علم شيمي تهيه مواد مي باشند. آنها با مواد قليايي واكنش داده و توليد اكسيد استايرن مي نمايد. همچنين هيدروليز بيشتر آنها توليد فنيل گليكول مي كند.
استايرن و يد در حضور اكسيد جيوه (II ) و آب توليد يد و هيدرين مي كند. فنيل اتانول يكي از مواد واسطه مهم در توليد مواد معطر است. اين ماده از هيدراسيون استايرن به وسيله اضافه كردن مقداري استات جيوه (II ) بدست مي آيد.
به طور مشابه متيل اتر بوسيله اضافه كردن متانل در حضور اسيد سولفوريك بدست مي آيد. واكنشهاي زيادي از استايرن با تركيبات گوگرد و نيتروژن مورد بحث و بررسي قرار گرفته است. استايرن با دي اكسيد گوگرد ، كلريد گوگرد ، سديم يا آمونيوم دي تيونيت ، مركاپتان ، آنيلين ، آمين ، دي آزو متان و سديم هيدرازين واكنش داده تا پيوند دوگانه كربن-كربن شاخه اتيلني شكسته شود. حرارت دادن استايرن به همراه گوگرد در دماي بالا توليد هيدروژن سولفيد ، استايرن سولفيد و دي فنيل تيوفن مي كند.
استايرن در دماهاي پايين با نمكهاي نقره و مس تشكيل كمپلكس مي دهد كه اين تركيب مناسب براي خالص سازي و جداسازي استايرن از مخلوط ديگر هيدروكربنها مي باشد. رنگ كمپلكس مسي باعث عدم استفاده از اين فلز و ديگر آلياژها و تركيبات آن در تركيب با استايرن شده است.
تركيبات ليتيوم مانند C2H5Li پليمريزاسيون استايرن را آغاز مي كنند. در حضور اتر ، استايرن تقريباً به طور كامل بوسيله سديم پليمريزه مي شود. پليمريزاسيون كنترل شده اُلفين ها ، طيف وسيعي از توليدات صنعتي را شامل مي شود كه ما را با پليمرهاي جديدي مانند پلاستيكها ، روغنها و منسوجات آشنا مي كند. هيدروكربنهاي آروماتيك مانند بنزن مي توانند همانگونه كه ديگر اُلفين ها مي توانند در حضور 3AlCl به استايرن اضافه شوند ، اضافه شوند.

1-3- كاربرد استايرن [19]
از استايرن جهت توليد لاستيك مصنوعي استايرن – بوتادي ان ( SBR ) و پلاستيكهاي پلي استايرن و آكريلونيتريل – بوتادي ان – استايرن ( ABS ) استفاده مي شود. پلي استايرن پودر سفيد رنگي است و در اكثر حلالهاي آلي حل مي شود و آن را به عنوان عايق الكتريسيته براي روكش سيمها و كابلها با فركانس زياد در صنعت بكار مي 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
توليد استايرن

توليد استايرن به حدود 540 سال قبل بر مي گردد. هر چند مقادير و مواد جديد در فرايندهاي بر پا شده به طور مستمر توسعه مي يابد و شركتهاي جديد مجتمعهاي جديد مي سازند ، ولي هنوز خوراك ورودي براي تمام واحدهاي تجاري توليد استايرن ، اتيل بنزن مي باشد. حال به روشهاي توليد استايرن اشاره مي كنيم.

2-1- هيدروژن گيري كاتاليستي از اتيل بنزن
هيدروژن گيري مستقيم از اتيل بنزن براي تبديل به استايرن روشي است كه در حدود 85% توليدات تجاري استايرن از اين روش و شيوه مي باشد. واكنش در فاز گاز به همراه بخار آب بر روي كاتاليست كه بنياد اكسيد آهن دارد ، انجام مي شود. واكنش گرماگير مي باشد و مي تواند هم در راكتور ايزوترمال و هم در راكتور آدياباتيك انجام گيرد. از هر دو روش در عمل استفاده مي شود [16].
در زير به روشهاي هيدروژن زدايي پرداخته مي شود.

2-1-1- مكانيسم واكنش
واكنش اصلي تبديل اتيل بنزن به استايرن و هيدروژن گرماگير و برگشت پذير مي باشد.
C6H5CH2CH3 ↔ C6H5CHCH2 + H2
اين واكنش گرمايي با بازده كم و به صورت كاتاليستي با بازده بالا پيشرفت مي كند.
چون واكنش گازي برگشت پذير از يك مول ماده اوليه دو مول محصول توليد ميكند ، در نتيجه فشار پايين واكنش را در جهت رفت قرار مي دهد.
واكنشهاي جانبي اتيل بنزن تبديل به بنزن و تولوئن مي شود.
C6H5CH2CH3 → C6H6 + CH2CH2
C6H5CH2CH3 + H2 → C6H5CH3 + CH4
از ديگر واكنشهاي جانبي اتيل بنزن توليد كربن مي باشد.
C6H5CH2CH3 → 8C+5H2
هر چند اين واكنش به مقدار كم انجام مي پذيرد ، ولي همين مقدار كم كربن براي كاتاليست به عنوان يك سم عمل مي كند كه در اين حالت نقش بخار آب ورودي مشخص مي گردد. بخار آب با كربن واكنش داده و توليد مادة بي زيان 2CO مي كند.
C + 2H2O → CO2 + 2H2
بخار آب نيز خود در چندين واكنش جانبي شركت مي كند كه در فصلهاي بعدي ذكر خواهد شد. بخار آب در اين فرايند سه وظيفة مهم بر عهده دارد كه به شرح زير است :
1- بخار آب فشار جزئي اتيل بنزن را كاهش مي دهد و تعادل را به سمت توليد استايرن مي برد.
2- ورود حرارت لازم براي واكنش.
3- بخار آب با واكنش با كربن به دي اكسيد كربن و هيدروژن تبديل مي شود.
كاتاليستهاي مورد استفاده در اين زمينه متعدد مي باشد. كاتاليست 105 شركت Shell براي سالهاي متمادي براي اين كار مناسب بود. اين كاتاليست اولين كاتاليستي بود كه شامل پتاسيم به عنوان پيش برنده واكنش ، گاز و آب و توليد دي اكسيد كربن و هيدروژن بود. اين كاتاليست به طور معمول از 3/84 % وزني آهن به صورت اكسيد آهن ( 3Fe 2 O ) و 4/2 % وزني كروم به صورت اكسيد كروم ( 3Cr2O ) و 3/13 % وزني پتاسيم به صورت اكسيد پتاسيم (K 2O ) تشكيل شده است. اين كاتاليست از خواص فيزيكي و فعاليت و بازده بسيار خوبي برخوردار بود.

2-1-2- هيدروژن گيري آدياباتيك [17]
در بيشتر از 75 در صد از تمام واحدهاي عملياتي استايرن از راكتورهاي هيدروژن زدايي كه در چند راكتور بستري انجام مي شود ، استفاده مي كنند.
گرماي لازم براي واكنش از طريق گازهاي گرم ورودي هر مرحله تأمين مي شود. همچنين بوسيله تزريق بخار سوپرهيت يا انتقال حرارت غير مستقيم صورت مي پذيرد.
خوراك اتيل بنزن جديد با اتيل بنزن برگشتي مخلوط شده و تبخير مي شود. بخار رقيق كننده بايد به اتيل بنزن تزريق شود تا از تشكيل كك جلوگيري كند. اين جريان بوسيله مبدل حرارتي گرمتر مي شود ( در حدود 640 درجه سانتيگراد ) و مواد به سمت بستر كاتاليستي در راكتور اول هدايت مي شود.
در واكنش آدياباتيك درجه حرارت كاهش مي يابد ، در نتيجه جريان خروجي قبل از ورود به راكتور دوم دوباره گرم مي شود. ميزان تبديل اتيل بنزن مي تواند با سيستم متغير باشد ، ولي بيشتر اوقات در حدود 35 درصد در راكتور اول و 65 درصد در كل سيستم است. راكتور در پايين ترين فشار ممكن شروع به كار مي كند.
نسبت بخار به اتيل بنزن ورودي به راكتور معياري براي بدست آوردن بازده با كمترين هزينه مي باشد. خروجي راكتور به يك واحد بازيابي حرارتي براي كاستن انرژي مصرفي فرستاده مي شود و سپس سرد شده و به سه جزء ، گازهاي خروجي از سيستم ، جريان استايرن ناخالص و بخار سرد شده جدا مي شود.
جريان استايرن ناخالص به سيستم جداسازي و تقطير هدايت مي شود. بخار كندانس شده تصفيه و مورد استفاده مجدد قرار مي گيرد و گاز خروجي كه بيشتر هيدروژن و دي اكسيد كربن مي باشد ، نيز تصفيه و با تبديل به هيدروكربنهاي آروماتيك بازيابي مي شود ( شكل (2-1 )).
2-1-3- هيدروژن زدايي تك دما [3]
روش هيدروژن زدايي تك دما ( ايزوترمال ) براي اولين بار توسط شركت BASF ارائه شد كه براي سالهاي زيادي از آن استفاده مي گردد. راكتور مانند مبدلهاي حرارتي لوله اي ساخته مي شود. اتيل بنزن و بخار آب از لوله هاي داخلي كه بوسيله بستر كاتاليستي پر شده است ، وارد مي شود. حرارت لازم براي واكنش بوسيله گازهاي داغ از طريق پوستة مبدل حرارتي به راكتور منتقل مي گردد.
شركت Lurg-GmBH سازنده يك راكتور ايزوترمال مي باشد كه از يك مخلوط كربنات ليتيم ، پتاسيم وسديم مذاب بعنوان منتقل كننده حرارت استفاده مي كند. تبديل و انتخاب پذيري بالايي براي اين سيستم ادعا شده است. يك واحد كارخانه در مونت از سال 1985 بوسيله Mont Erison ساخته شده است كه تكنولوژي پيشنهادي آن تحت ليسانس Lurg مي باشد.
در ادامه اين روش انتخاب شـده و راكتور غير آدياباتيك ( ايزوترمال ) بستر ثابت با جريان شعاعي مدلسازي مي شود.
2-1-4- تهيه استايرن به روش شركت DOW [19]
در اين طريقه مطابق شكل ( 2-3 ) اتيل بنزن و بخار آب ( F °1310 ) وارد راكتور گرديده و در مجاورت كاتاليزور اكسيد آهن و آلومينيوم عمل هيدروژن زدايي انجام مي گيرد ، محصولات خارج شده از راكتور كه
شامل استايرن و مقداري بنزن و تولوئن مي باشند پس از عبور از يك برج خشك كن ( Quench-tower ) تا F° 221 سرد شده و سپس در مخزن كندانسور گازهاي اضافي را از دست داده و وارد decanter مي شوند. پس از آن به مخلوط مقداري ماده inhibitor افزوده و آنها را به برج تفكيك مي فرستند ، در برج تفكيك بنزن و تولوئن از قسمت بالا خارج شده و استايرن از پايين برج به دستگاه هاي تقطير تحت خلاء فرستاده مي شوند و بدين طريق استايرن خشك و خالص تهيه مي گردد
2-1-5- هيدروژن زدايي در حضور اكسيژن [1]
تلاشهاي بسياري براي جداسازي هيدروژن از فرايند براي پيش بردن واكنش رفت به عمل آمده است. يك فرايند جديد كه اكنون پيشنهاد شده بوسيله شركت ليسانس دهنده آن Lummus بر پايه تكنولوژي و دانش علمي شركت UOP مي باشد.
اين شركت از يك سري كاتاليست فلزات كمياب براي اكسيداسيون انتخابي هيدروژن استفاده مي كند تاتبديل اتيل بنزن بيش از 10 % افزايش يابد. اين فرايند به نام فرايند Styro-Plus نامگذاري شده است ، ولي امروزه با نام فرايند SMART SM خوانده مي شود.
2-2- فرايند استايرن و اكسيد پروپيلن [19]
در اين روش استايرن بعنوان محصول فرعي ( by – production ) دستگاه هاي تهيه اكسيد پروپيلن تهيه مي گردد و طي چهار مرحله اصلي زير آنرا بدست مي آورند.
مرحله اول :
اكسيداسيون مستقيم اتيل بنزن تحت فشار 10 – 5 اتمسفر و درجه حرارت 140 – 120 درجه سانتيگراد و در فاز مايع صورت گرفته و هيدروپروكسي اتيل بنزن و استو فنل توليد مي گردد.
⎧ C6H5 −CHOOH −CH3 C6H5 −C2H5 +O2 →⎨⎪
⎩⎪C6H5 −CO −CH3 + H2O
مرحله دوم :
تركيب هيدروپروكسي اتيل بنزن حاصله با پروپيلن در مجاورت كاتاليست مناسب واكنش داده و اكسيد پروپيلن و مقداري α- متيل بنزن توليد مي كند ، اين عمل در فشار 30 – 10 اتمسفر در 100 درجه سانتيگراد انجام مي شود ( كاتاليست اين بخش مايع موليبدن يا كاتاليست چند فازي تيتانيوم است ).
C6H5 −CHOOH −CH3 +CH3 −CH = CH2 → CH3 −CHOCH2 +C6H5 −CHOH −CH3
مرحله سوم :
مرحله سوم هيدروژناسيون استوفنل ( توليد متيل – فنيل – كاربينول ) مي باشد كه در مجاورت كاتاليزور مخلوط مس – كرم – آهن و در فشار 10 اتمسفر و 150 درجه سانتيگراد انجام مي شود.
C6H5 −CO −CH3 + H2 → C6H5 −CHOH −CH3
مرحله چهارم :
در اين مرحله متيل – فنيل – كاربينول آب زدايي مي شود و استايرن توليد مي شود.
C6H5 −CHoH −CH3 →C6H5 −CH = CH 2 + H2O
مقالات و مطالعات شركتهاي Halco ، ARCO و Shell نشان مي دهد ، اين فرايند عملي و قابل اجرا مي باشد. اين فرايند نياز به مراحل تخليص و جداسازي براي توليد محصولات با خواص مخصوص دارد. اين فرايند سرمايه اوليه بسيار بالايي طلب مي كرد ، همچنين استايرن را با قيمت بالاتري نسبت به فرايندهاي مرسوم توليد مي كند. ولي براي توليد اكسيد پروپيلن ( يكي از محصولات ) مي توان فرايند كلي را سود بخش در نظر گرفت. در حدود 15 % از توليدات جهاني استايرن از اين روش توليد مي گردد.

2-3- توليد استايرن با استفاده از بوتادي ان [1]
يكي ديگر از روشهاي توليد استايرن كه تلاشها و پژوهشهاي بسياري روي آن انجام شده است ، ديمريزاسيون 3-1- بوتادي ان و تبديل آن به 4- وينيل سيكلو هگزان از طريق روش Diell Alder مي باشد.
اين واكنش گرمازا مي باشد كه هم مي توان آن را به صورت گرمايي و هم به صورت كاتاليستي انجام داد. فرايندهاي حرارتي به درجه حرارت 140 درجه سانتيگراد و فشار 4 مگا پاسكال نياز دارد. فرايند حرارتي تقريباًبراي جداسازي محصول از بوتادي ان مناسب تر مي باشد. بازده 4- وينيل سيكلو هگزان در حدود 90 % است.
فرايند كاتاليستي بر اساس نيتروسيل هاليد – كمپلكس آهن بنا شده و در محدوده دمايي 0 تا 80 درجه سانتيگراد و فشار 1/0 الي 3/1 مگا پاسكال عمل مي كند. بازده كم اين فرايند يكي از مشكلات و عيوب آن مي باشد. اين روش مي تواند جريانهاي 4- C نفتا ، كراكينگ بخاري نفت و گاز و يا بوتادي ان خالص را به عنوان خوراك مـورد استفاده قرار داد. 4- وينيـل سيكلو هگزان سپس هيـدروژن زدايي شــده و به اتيل بنزن تبديل مي شود و يا تحت شرايط استثنايي به استايرن تبديل مي شود.
⎧ → C6H5CH2CH3
C6H9CH = CH2 ⎨⎪
⎩⎪→ C6H5CH = CH2
اين روش نيز هنوز براي سرمايه گذاري جالب و سودآور نمي باشد و قابليت و قيمت بوتادي ان در آينده مي تواند شرايط را عوض كند.

2-4- توليد استايرن با استفاده از تولوئن [1]
كوشش و تلاش هاي بسيار زيادي براي يافتن راهي براي توليد استايرن از تولوئن انجام گرفته است. تولوئن فراوان و در دسترس مي باشد و به طور كلي 15 درصد ارزانتر از اتيل بنزن مي باشد و چندان سمي نمي باشد ، ولي هنوز هيچ فرايندي تاكنون به صورت تجاري در اين زمينه انجام نگرفته است.
شركت Monsanto به طور گسترده بر روي فرايند توليد استايرن از اكسيداسيون هوايي تولوئن كار كرده است. براي اين عمل از يك بستر شناور با كاتاليستهاي اكسيد كننده استفاده شده مي شود.
2C6H5CH3 +O3 → C6H5CH = CHC6H5 + H2O
سپس آن را با اتيلن به همراه كاتاليست موليبدن واكنش داده و استايرن توليد مي كند.
C6H5 −CH = CH −C6H5 +C2H4 → 2C6H5 −CH = CH2
2-5- روشهاي ديگر
يك مخلوط آروماتيك كه شامل استايرن مي باشد از كراكينگ حرارتي نفتا و نفت بدست مي آيد. بازيابي بر اساس تقطير استخراجي با دي متيل فرمالدئيد يا دي متيل استاميد بوسيله جذب يا بوسيله تشكيل و يا بر اساس جداسازي غشايي بنا شده است كه هيچ يك از اين فرايندها بصورت تجاري به كار گرفته نشده است.
ظرفيت جهاني توليد و ميزان توليد استايرن براي برخي از كشورهاي دنيا در سالهاي مختلف به ترتيب در جداول ( 2-1 ) و ( 2-2 ) ديده مي شوند [19].

مدل سازی ریاضی راکتورهای شعاعی جهت تولید استایرین
مقدمه
اولين بار استايرن از تقطير شيرة درخت حنا در سال 1800 توسط بوناستر ( Bonaster ) بدست آمد. توليد تجاري استايرن توسط دو شركت باديش آنيلين سودا فابريك ( BASF ) و داوكميكال ( Dow Chemical ) شروع و در دوران جنگ جهاني دوم به اوج خود رسيد [19].
استايرن به عنوان فنيل اتيلن ، وينيل بنزن ، كتيرول ويا سينامين شناخته شده است و يكي از با اهميت ترين منومرهاي صنعتي غير اشباع آروماتيكي مي باشد. استايرن به طور طبيعي به مقدار كم در بعضي از گياهان وغذاها توليد مي شود. همچنين مشخص شد كه دارچيـن ، هستـه خرما و بادام زميني و نيز در قيـر هم موجود مي باشد.
گسترش و توسعه فرايندهاي تجاري توليد استايرن كه بر پايه هيدروژن گيري از اتيل بنزن بنا شده ، در سال
1930 ساخته شده است. نياز براي لاستيكهاي استايرن و بوتادي ان در طول جنگ جهاني دوم موجب يك جنبش براي توليد هر چه بيشتر شد.
پس از 1949 يك منومر با توانايي پليمريزاسيون بالا ، داراي خلوص بالا ، تميز بي رنگ و ارزان توليد شد. مصارف زمان صلح پلاستيكهاي با پايه استايرن گسترش پيدا كرد و هم اكنون پلي استايرن يكي از ارزانترين ترمو پلاستيكها بر اساس هزينه و حجم مي باشد. استايرن در حالت و شرايط عادي به صورت مايع مي باشد ، لذا به راحتي مي توان آن را جابجا نمود.

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان