Курсовая работа / Производство стирола - 2003 / Алексей-ОХТ / т2

300

часть 2. технология крупнотоннажных производств...

глава 8. производство стирола и оксидов олефинов

301

процессе гидрирования - дегидрирования каждая элементарная стадия обратима.

Реакция дегидрирования - эндотермичная, поэтому высокая температура способствует ее протеканию (табл. 8.1).

Таблица 8.1. Конверсия этилбензола (при разбавлении его водяным паром в мольном соотношении п: 1)

Кажущаяся энергия активации процесса дегидрирования этил-бензола довольно высокауИ равна 152кДж/моль. Это определяет сильную зависимость скорости реакции от температуры. Равновесие реакции определяется уравнением изменения свободной энергии:

' Д(7=29720-31,1Г. 8.2

Согласно принципу Ле-Шателье-Брауна, повышению конвер­сии способствует снижение исходного парциального давления этил-бензола (см. табл. 8.1). Этого можно добиться, проводя процесс при пониженном общем давлении или разбавляя этилбензол инертным веществом, например водяным паром, азотом или диоксидом уг­лерода, при сохранении общего давления, близкого к атмосферно­му. Для того чтобы определить оптимальное разбавление, выведем общее уравнение для равновесия такого процесса.

Если в исходной смеси содержится 1 моль этилбензола и М_н^₀ молей водяного пара, М_А, М_ъ, М_г молей этилбензола, водорода и стирола, а равновесная конверсия этилбензола составляет ха , то при равновесии общее число молей будет равно

М_А=1-х_А,М_В=М_г=х_А,М„₂о=М, •

23 62 68 68 69 35 76 77 78 79

0,295

48 86 87 88 89

^Н•,О'

8.3

'тогда К_р = К_м(%М)

при

Если температура реакции равна 580°С, то К_р =0,150, и тогда ^овщ = 0,1 МПа (1 кгс/см²) и в отсутствие разбавителя получим:

~х\. 8.4

Решая это квадратное уравнение, находим х_а =0,36. Если же исходный этилбензол разбавить водяным паром (в мольном соот­ношении 10:1), то, решая квадратное уравнение

К_г(1-х_А)(1+ХА+Ю) = х\, 8.5

— _,, получим х_а =0,713.

Таким образом, процесс дегидрирования этилбензола необхо­димо проводить при достаточно высокой температуре (600—630 °С) при разбавлении водяным паром в массовом соотношении (2,5— 3): 1 и общем атмосферном давлении. При дегидрировании этил-бензола происходит отщепление водорода. Таким образом, при протекании реакции объем системы возрастает. Следовательно, по­вышению степени конверсии благоприятствует низкое давление. Так, при 595 "С и Р~ 0,1 МПа равновесная конверсия этилбензо­ла равна 40%, а при Р= 0,01 МПа-80%.

В качестве катализаторов дегидрирования применяют сложные композиции на основе оксидов цинка или железа. Раньше наибо­лее распространенным был катализатор стирол-контакт на основе 2лО. В последнее время используют, главным образом, железоок-сидные катализаторы, содержащие 55—80 % Ре₂О_у 2—28 % О₂0₃,15— 35 % К₂СО₃ и некоторые оксидные добавки. В нашей стране широ­ко используется катализатор К-24 следующего состава (% мае.): Я?₂0₃ - 66-70; А;С0₃ - 19-20; О₂0₃-7-8; 2пО₂ - 2,4-3,0; ^А'0₃ -2,0—2,6. Значительное содержание К₂С0₃ в катализаторе обус­ловлено тем, что данное химическое соединение способствует до­полнительной самогенерации катализатора за счет конверсии уг­леродистых отложений водяным паром. Катализатор работает непрерывно в течение двух месяцев, после чего он подвергается ре­генерации, предусматривающей выжигание кокса воздухом. При этом общий срок работы катализатора составляет два года.

При дегидрировании этилбензола наряду со стиролом проис­ходит образование ряда побочных продуктов. В частности, в соот­ветствии со схемой химических превращений, приведенной ниже, в наибольших количествах получают бензол и толуол: