Курсовая работа / Производство стирола - 2003 / Алексей-ОХТ / т2
.doc300
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 Мн^0 молей водяного пара, МА, Мъ, Мг молей этилбензола, водорода и стирола, а равновесная конверсия этилбензола составляет ха , то при равновесии общее число молей будет равно
МА=1-хА,МВ=Мг=хА,М„2о=М, •
23 62 68 68 69 35 76 77 78 79
0,295
48 86 87 88 89
^Н•,О'
8.3
при
Если температура реакции равна 580°С, то Кр =0,150, и тогда ^овщ = 0,1 МПа (1 кгс/см2) и в отсутствие разбавителя получим:
~х\. 8.4
Решая это квадратное уравнение, находим ха =0,36. Если же исходный этилбензол разбавить водяным паром (в мольном соотношении 10:1), то, решая квадратное уравнение
Кг(1-хА)(1+ХА+Ю) = х\, 8.5
— _,, получим ха =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 % Ре2Оу 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: