Proiect Licenta Rusu

download Proiect Licenta Rusu

of 62

Transcript of Proiect Licenta Rusu

TEMA DE PROIECTARES se proiecteze o instala ie tehnologic cu functionare continu pentru ob inerea fenolului cu o capacitate de produc ie de 15000 tone pe an.1CuprinsMEMORIU TEHNICCAPITOLUL 1. TEHNOLOGIA FABRICAIEI1.1. Proprietile produsului i domeniile de utilizare................................................41.2. Variante tehnologice.............................................................................................121.3. Alegerea variantei optime....................................................................................251.4. Descrierea procesului tehnologic adoptat...........................................................261.4.1. Caracteristicile materiilor prime i auxiliare. Indici de calitate.............271.4.2. Consideraii teoretice asupra procesului adoptat......................................28 1.4.2.1. Cinetica i mecanismul reaciilor.....................................................28 1.4.2.2. Termodinamica procesului...............................................................301.4.3. Bilanul de materiale.....................................................................................361.4.4. Bilantul termic...............................................................................................41CAPITOLUL II: PROIECTAREA UTILAJELOR2.1. Alegerea utilajului i a materialului de construcie...........................................442.2. Proiectarea tehnologic a reactorului de alchilare............................................45 2.1.1. Determinarea volumului de catalizator i a dimensiunilor geometrice.45 2.1.2. Calculul cderii de presiune........................................................................47 2.1.6. Calculul izolaiei...........................................................................................482.1.7. Calculul racordurilor...................................................................................50 2.1.8. Calculul suporilor.......................................................................................512.3. Fia tehnic a utilajului........................................................................................52CAPITOLUL III: UTILITI3.1. Apa.........................................................................................................................533.2. Aburul....................................................................................................................533.3. Energia electric...................................................................................................533.4. Aerul comprimat..................................................................................................543.5. Gazele inerte.........................................................................................................543.6. Solele de rcire......................................................................................................54CAPITOLUL IV: CONTROLUL REGLAREA SI AUTOMATIZAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC4.1. Controlul reglarea i automatizarea reactorului...............................................554.1.1. Dispozitive de msur i control.................................................................554.1.2. Elemente de automatizare...........................................................................55CAPITOLUL V. PRODUSE SECUNDARE, POSIBILITI DE VALORIFICARE, RECICLARE I PROTECIA MEDIULUI................................................................59CAPITOLUL VI. NORME DE PROTECIE A MUNCII I NORME P.S.I...........61BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................632MEMORIU TEHNICn cadrul acestei lucrri a fost conceput o instalaie de obinere a fenolului artnd necesitatea i oportunitatea temei propuse i alegnd procedeul tehnologic optim.Proiectarea utilajelor s-a realizat cu ajutorul calculelor cineticei termodinamice precumi cu cel a bilan ului de materialei a bilantului termic. n continuare s-a trecut la elemente de automatizare i control a procesului. De asemenea este prezentat fluxul tehnologic al fabricrii fenolului i schema de operaii a procesului, ntocmindu-se totodat bilanul de materiale i bilanul termic pe fazele de fabricaie pentru a se stabili necesarul de materii prime i auxiliare, respectiv de utiliti.Proiectarea utilajelor s-a realizat cu ajutorul calculelor cineticei termodinamice precumi cu cel a bilan ului de materialei a bilantului termic. Lucrarea se finalizeaz cu norme de protecia muncii i paz contra incendiilor pe baza toxicitii i inflamabilitii materiilor prime, auxiliare i a produselor principale i secundare, precum i cu bibliografia care a stat la baza ntocmirii materialului.CAPITOLUL I3TEHNOLOGIA DE FABRICA IE FenolulFenolul a fost descoperit n 1937 de F. Runge, n gudoanele de crbuni. Utilizarea gudroanelor decrbuni casursdematerii primepentrufabricareafenolului s-aredus treptat,astfel c n 1990 mai pu in de 3% din produc ia mondial de fenol provine din gudroanele de cocserie, restul fabricndu-se din surse de materii prime de natur petrochimic. Importan a deosebit a acestui produs rezult din numeroaselei variatele sale utilizri pentru ob inerea maselor plastice, a fibrelor sintetice, detergen ilor, antioxidan ilor, plastifian ilor, pesticidelor, medicamentelor, r inilor de fenol a substan elor plastice policarbonate (sticle, cd-uri, c ti), produse pentru igien personal, produsepentruigienacasei, produsecosmetice. Mai sunt utiliza i i pentrufabricarea hrtiei, lichidelor antigeli a lacurilor [1]. Fenolul a fost prima substant ntrebuintat n dezinfec ie. Sir Joseph Lister folose te pentru prima dat fenolul n anul 1865 ca antisepticla dezinfec ia rnilor i din cauza caracterului iritant a fost nlocuit n chirurgie de alte antiseptice. n timpul celui de al doilea rzboi mondial, prizonierii erau omor i n lagrele germane cu injec ii intracardiace cu fenol. n tehnica microscopic se folose te de asemenea formolul sau la conservarea organelor n anatomia patolgic. Fenolul are un efect caustic asupra membranei celulei nervoase. Din cauza efectului bactericid se folosea ca dezinfectant, fiind folositi la cultivarea plantelor productoare dedrogurica ierbicid. Fenolul mai este folosit la producerea r inilor artificiale ca bachelitacare este unpolicondensat al fenolului i formaldehidei.Laconstruc iile de lemn se folose te adezivul format din fenol-rezorcin- formaldehid.Esteo materiecomun n fabricarea coloran ilor, produselor farmaceutice (aspirina) i a polimerilor. Fenol este o substan chimic important n cercetarea biologic. Este utilizat n principal pentru izolarea i purificarea ADN i ARN. Fenolul este cea mai puternic dintre solu iile folosite n tratamentele de rentinerire a pieliii produce unpeelingnprofunzime. Estefolosit ngeneral pentruriduri pronun ate, peteextinse datorate expunerii prelungite la soare sau excrescente pre-canceroase [2]. Utilizarea extensiv a fenolilor toxici a condus la acumularea de cantita i mari a acestora n mediu. Fenomenul a stat la baza necesit ii cercetarii impactului acestora asupra mediului, influen ei lor asupra viet ilor, la dezvoltarea metodelor analitice pentru determinareacalitativi cantitativi lastudiul proceselor dedegradareafenolilori gsirii celor mai bune metode de remediere/reconstructie a mediului [3].1.1. Propriet ile produsuluii domenii de utilizare 1.1.1. Proprieti fiziceFenolul se caracterizeaz prin urmtoarele propriet i fizice [2]: Masa moleculara: 94,11 gmol1;Aspect: solid cristalin incolor, prin oxidare galbui portocaliu;Densitate:1,06 g/cm3; Solubilitatea n apa: 84g/l la 0C;Temperatura de topire: 40,9 C;Temperatura de fierbere: 181,9C;Temperatura de autoaprindere: 595C. Fenolii monohidroxilici sunt substan e solide, cu miros caracteristic, pu in solubili n ap, solubili n alcooli eter. n stare pur, fenolii sunt incolori, dar n contact cu 4aerulau tendin assecoloreze.Punctele de fierbere destul de ridicate,ale fenolilor se datoreaz asocia iilor moleculare prin pun i de hidrogen.

H5C6 OH HOHC6H5O C6H5 Pe lng punctele de fierbere, legtura de hidrogen influien eaz volatilitateai solubilitatea n ap a produ ilor [1]. De i formeaz o legtur de hidrogen cu apa, fenolul este pu in solubil n ap la temperatura camerei, din cauza nucleului benzenic nepolar. n ap cald (peste 65C), fenolul este miscibil n orice propor ie [4]. Dac se compar o-nitrofenolul cu izomerii corespunztori m- i p-, se constat c asocia iile intermoleculare intervin numai n cazul p-nitrofenolului. Acesta formeaz legturi de hidrogen intramoleculare care l men in n stare monomer. Ca urmare acest termen este mai volatil, fiind antrenabil cu vaporii de apidatorit lipsei legturilor de hidrogen cu apa, insolubil n acest solvent. Acest tip de legturi de hidrogen intermoleculare poart numele de legturi chelatice,compu ii respective numindu-se chela i. Moleculele care con in legturi chelatice sunt monomeri, ceea ce explic punctual de fierbere sczut al acestor compu ii antrenarea lor cu vapori de ap. Legturilechelaticesentlnesci lao-formilfenol (aldehidasalcilic) i ngeneral la compu ii cu grupe atrgtoare de electroni fa de ciclu [1]. 1.1.2. Propriet i chimice [1] Reac iile fenolilor sunt reac iile grupei hidroxili respectiv reac iile inelului aromatic.A.Reac ii la legtura O-H Aciditatea fenolilor este intermediar ntre cea a oxizilor carboxilicii cea a alcoolilor, iar n aceste condiii fenolii pot fi separa i de acizii carboxilici prin tratare cu NaOHi apoi cu CO 2 care pune n libertate numai fenolul. Ar O- + CO2 + H2OAr OH + HCO-3Cuhidroxizii alcani (pH = 12-14) formeaz sruri solubile n ap, numite fenoxizi. Ar OH + HO- Ar O- + H2OEterii fenolilor se ob in prin tratarea fenoxizilor cu agen i de alchilare u or polarizabili. C6H5OH + NaOH = C6H5O-Na+ + H2OC6H5O-Na+ + RI = C6H5OR + NaIC6H5O-Na+ + (CH3O)2SO2 = C6H5OCH3 + H3COSO2O-Na+ Eterii metalici ai fenolului se pot prepara u or prin reac ia fenolului cu diazometan. OH O CH3+ CH2N2eter+ N2 Reac ia cu halogenur de alil prezint particularitatea c, n func ie de de condi ii, alchilarea se produce la oxigen sau la un atom de carbon din inel.5OH+ CH2 CH CH2Brsolvent polaracetonasolvent nepolarbenzenalilfenilbenzenul O CH2CHCH2intermediar ciclohexandienonicOHCH2 CH CH2 OHCH2 CH CH2 Fenolii nu se esterific direct, la nclzirea lor cu acizii carboxilici. Sinteza esterilor fenolici serealizeaz prinreac iafenolilor cuagen i deacilare: cloruri sau anhidride ale acizilor carboxilici. OH+ H3CCOCltemperatura camereiamina tertialaO COCH3+ HClacetat de fenil n cazul clorurilor acide stabile n solu ie apoas (clorura de benzoil) esterul se poate ob ine prin tratarea solu iei de fenol n NaOH cu clorura acidului organic (metoda Schotten- Baumann).

OH+H5C6COCl NaOHO COC6H5+ NaCl + H2Obenzoat de fenilReac ia fenolilor cu anhidridele acizilor carboxilici se realizeaz n cataliz acid.

C6H5OH+ H3C COOH3CCOC6H5 O C+H3CCOOHOCH3fenolanhidrida aceticaacetat de fenilacid acetic6Esterii acetici nclzi i cu AlCl 3se transpun la o-ip-hidroxicetone. Se presupune c n aceast reac ie apare un ion aciliu R- C=O care produce o acilare Friedel-Crafts. B.Reac ii la legtura C-O Legtura C-O din fenoli este pu in reactiv, deci scindeaz greu. Efectul +M al atomuluideoxigeniimprimcaracterpar ialde legtur dubli prin aceasta o trie crescut. Datorit dificult ilor lascindarealegturii C-O, fenolii nureac ioneaz cu hidracizii (HX) spre a da halogenuri de aril. Unele reac ii sunt totu i posibile la fenolii cu grupe atrgtoare de electroni, activitate pentru Sn. Astfel 2,4-dinitrofenolul, sub ac iunea PCl5 formeaz halobenzenul. OHNO2NO2PCl5ClNO2NO2+HCl+POCl3Fenolul caatarereac ioneazcuPCl 5dar seob ineocantitatemic declorobenzen, produsul principal al reac iei fiind trifenilfosfitul. Reac iaBcherer, denlocuireagrupei OHcuamino, seapliclatransformarea - naftolului n - naftalin, n prezen a bisulfitului de amoniu. OHNH3HSO3-NH2C. Reac ii ale nucleului aromatic. C.1.Halogenarea Fenolul reac ioneaz cu clorul sau bromul, la rece, n solvent inert (CS 2) sau acid acetic, dnd o-i p- bromofenol, respectiv o-i p- clorofenol. Cu un exces de halogen se formeaz 2,4-dihalogenofenol sau dac se continu halogenarea, se ob ine 2,4,6- trihalogenofenol. Princlorurareafenolului nprezen acatalizatorilor electrofili (FeCl 3, AlCl3) se pot ob ine tetraclorofenoluli pentaclorofenolul. OH+4Cl2

catalizator- 4 HClCl2 /cat.- HClClOHClClClOHClClClClClPentru aob ine o-clorofenol sau o- bromofenol pur se trateaz fenolul cu acid sulfurici apoi acidul p-fenolsulfonic rezultat se trateaz cu halogen. Halogenarea se face exclusiv n orto, pozi ie n care efectele de orientare sunt cumulate iar pozi ia para este ocupat. Prin tratarea fenolului cu ap de brom n mediul alcalin se formeaz 2,4,6 tribromofenol, sub formaunui precipitat alb, insolubil. Reac iaserve teladozareacantitativafenolului. Iodul nu reac ioneaz direct cu fenolul. Iodurarea fenolului n mediu alcalin conduce la 2,4,6- triiodofenol.C.2.Sulfonarea 7 Reac ia de sulfonare este reversibil. Acidul o- fenolsulfonic se formeaz mai repede (control cinetic), acidul p- fenolsulfonic dovedindu-se mai stabil termodinamic.

OH+H2SO415-20C SO3HOHacid o - fenolsulfonic100COHSO3Hacid p - fenolsulfonicSulfonarea, n condi ii mai energice, duce la acizii 2,4 fenoldisulfonic i 2,4,6- fenoltrisulfonic.C.2. Nitrozarea La tratarea cu acid azotos fenolul rezult p-nitrozofenoli pu in o- nitrozofenol. Agentul de nitrozare, ionul nitrozoniu N=O fiind un electrofil slab, poate reac iona numai cu nuclee aromatice mbog ite n electronii nu reac ioneaz cu hidrocarburile aromatice. OH+ HONOH+-H2OOHN Op - nitrozofenolC.3.Nitrarea La temperatura camerei, cu acid azotic diluat, fenolul d un amestec de o-i p- nitrofenol. Cu HNO3mai concentrat se ob ine 2,4-dinitro-i respectiv 2,4,6-trinitrofenol (acid picric). n nitrarea fenolului cu acid azotic diluat, mai nti are loc o nitrozare de ctre urmele de acid azotos, prezent n amestec. Nitrozofenolul este oxidat apoi de ctre acidul azotic la nitroderivat, cu refacerea acidului azotos. HOC6H5 + HNO2HOC6H4NO + H2O HOC6H4NO + HNO2 HOC6H4NO2 + H2O C.4.Alchilri Friedel- CraftsAlchilarea fenolilor se realizeaz cu deriva i halogena ii de obicei cu alchene sau alcooli n prezen a catalizatorilor acizi. 8 OH+CH3ClAlCl3OHCH3cantitate mica+ OHCH3Clorura de ter butil reac ioneaz cu fenolul, la nclzire, fr catalizator, ionizarea clorului fiind favorizat de mediul ionizat al fenolului.C.5.Cuplarea cu sruri diazoniuPrin tratarea solu iei unei sri de arendiazoniu, la rece (0-5C) cu fenol dizolvat n hidroxid de sodiu, se formeaz un azoderivat. Astfel din clorura de benzendiazoniui fenol se ob ine p- hidroxiazobenzen. Fenolul cupleaz numai n pozi ia para.

N N+: + OHHO-N N OH. . . .Reac ia de cuplare st la baza sintezei de coloran i azotici. D. Aldehide fenoliceD.1Formilarea fenolului reac ia Reimer Tiemann Sinteza Reimer-Tiemann este o reac ie de substitu ie electrofil a ionului fenoxid cudiclorcarbena. Diclorcarbena este unreactantelectrofil,generat de cloroformi baz alcalin. Intermediar se formeaz un diclor-metil-derivat care prin hidroliz trece n aldehid.

CHCl3NaOH- H+ :CCl3-- Cl:CCl2OHNaOHO-O-:CCl2CHOOHCCl2- H+OHCCl2hidrolizaOHo- hidroxibenzaldehida(aldehida salcilica)D.2.Sinteza Gattermann Fenoliii eterii reac ioneaz cu un amestec de HCNi HCl uscat, n prezen de catalizatori electrofili i rezultclorhidratul uneialdiminecarehidrolizeazlaaldehid. Agentul de substitu ie este o clorur de formimid, neizolabil, format prin adi ia HClla HCN. H C N + 2 HCl C NH + HClHCl9 OH+ HCN + HClZnCl2OHCH NH2Cl-+aldiminaOHCH Op - hidroxibenzaldehidaE.Cetone fenoliceE.1.Transpozi ia Fries a esterilor fenolici La tratare cu AlCl3 esterii fenolici sufer o transpozi ie de la grupa func ional la nucleu, cu formare de cetone fenolice. Grupa acil migreaz, de preferin n pozi ia para, transpozi ia avnd loc intermolecular. AlCl3OHC ROp - acilfenolOCO RSub ac iunea AlCl 3esterul fenolic se dezacileaz rezultnd ionul acetili cloroaluminatul fenolului care, printransferul grupei AlCl3ctrealtmoleculdeester, trecenionul fenoxid. Ionul fenoxid, foartereactiv, reac ioneazprinsubstitu ieelectrofilcuionul acetil.E.2.Acizi fenolici. Sinteza Kolbe-SchmittReac ia dintre fenolatul de sodiui CO 2 n condi ii anhidre, este tot o substitu ie electrofil la inelul aromatic.Metodaseapliclascarindustrial, pentrupreparareaacidului salciliccuimportante utilizri n industria de medicamentei coloran i. E.3.Hidroximetilarea fenolului (reac ia Lederer Manasse) De importan practic deosebit este reac ia fenolului cu formaldehida, n cataliz bazic sau acid, cnd se ob in deriva i hidroximetilici. Cataliz bazic :

2OH2 CH2 O (40%)NaOH dil.OHCH OH+ OHCH2OHcantitate micaIn exces de aldehid formic se ob in bis-hidroximetilfenoli p,p- dihidroxidifenilmetan. Cataliz acid :n cataliza acid, reactantul electrofil apare din reac ia : CH2 O:. .+H+CH2 OH CH2OH+ +10F.Alte reac ii ale fenolilor F.1 Hidrogenarea catalitic OH+3H2Ni180C OHciclohexanol

OH+2H2OHciclohexanolOciclohexanonaF.2.Reducerea grupei fenolice Prin distilare cu pulbere de zinc, grupa OH scindeaz.

OH+Zn+ ZnOReac ia este folosit pentru recunoa terea compu ilor aromatici oxigena ii a servit la elucidarea structurii indigoului.F.3.Reac ii de culoare Fenolii n solu ie apoas sau alcoolic, dau reac ii de culoare cu FeCl 3 colora ii specificecareservesclarecunoa terealor. Fenolul docolora ieviolet, ntimpce crezolii se coloreaz n albastru. Produ ii sunt fenoxizi ferici care absorb n spectrul vizibil. F.4. Oxidarea fenolilor Stabilireabenzenului la ac iunile oxidan ilor este mic orat de prezen a grupelor-OH. Astfel fenolul n prezen a bicromatului de sodiu, se transform n p- benzochinon. OHNa2Cr2O7OORandamentul reac iei este sczut din cauza altor reac ii de oxidare care conduc la produse cumas molecular mai mare. Oxidarea implic nprima treapt, formarea radicaluluiliberfenoxi,prin eliminarea protonului de la oxigeni cedarea unui electron ctreoxidant.Radicalii liberifenoxi, neutri din punct de vedere electric,stabiliza i prin conjugare cu electronii nucleului aromatic, dimerizeaz sau reac ioneaz cu oxigenul [1]. 1.2. Variante tehnologicePentru fabricarea fenolului exist mai multe variante tehnologice printre care amintim:1.2.1. Tehnologia de sulfonareide topire alcalin [5] Fazele principale ale acestui procedeu sunt urmtoarele : 11 Sulfonarea benzenului; Neutralizarea acidului benzen-sulfonic format,folosindu-se sulfitul de sodiu rezultat la topirea alcalin; Topirea alcalin a benzen-sulfonatului de sodiu; Descompunerea fenolatului de sodiu cu ajutorul dioxidului de sulf degajat n reac ia de neutralizare a acidului benzen- sulfonic cu solu ie de sulfit de sodiu. Sulfonarea benzenului poate fi realizat n faz lichid, n faz gazoas sau n dou trepte. n procedeul ini ial dezvoltat industrial se lucreaz n faz lichid, folosind ca agent desulfonareacidul sulfuricmonohidrat laotemperaturde70-100C. Scderea concentra iei acidului sulfuricpn la 66,4%(dincauza formrii apei nreac ia de sulfonare) impunefolosireaunui exces maredeacidsulfuric(aproximativ45%) care trebuie apoi neutralizat. ntr-o alt variant se aplic sulfonarea continuu a benzenului cu oleum 35% n reactoare legate n serie. Produsul de reac ie se neutralizeaz cu sulfit de sodiu, dioxiduldesulfdegajat valorificndu-senceamai marepartenproces. Dela neutralizare rezult o suspensie de sulfit de sodiu n solu ie apoas de benzen-sulfonat de sodiu, din care se desoarbe cu abur dioxidul de sulf, se alcalinizeaz pentru neutralizarea urmelor de acid sulfurici se centrifugheaz pentru separarea sulfitului de sodiu. Solu ia de benzen-sulfonat de sodiu se concentreaz prin evaporarei se supune topirii alcaline. Dup terminarea topirii alcaline, materialul sedescarc ntr-osolu ie diluatnfenoxiddesodiurezultatdela splarea sulfitului desodiu,de laoopera ie anterioar. Se ob ine o suspensie de sulfit de sodiu n solu ie de fenoxid de sodiu. Sulfitul desodiuseseparprincentrifugarei sespalcuap, careestefolositapoi pentru dizolvareaarjei urmtoaredelatopire. Solu iadefenoxiddesodiuesteintrodusn coloaneledeacidularencarevinencontact cuuncurent dedioxiddesulfalimentat lateral. Fenolul bruti pasta de sulfit se separ prin decantarei fenolul se purific prin distilare. Consumul debenzennacest procedeueste 0,9- 0,93t/t fenol. Caproduse secundarerezultdioxidul desulf i sulfitul desodiu. Mai economicestesulfonarea continuu a benzenului n faz de vapori. Vaporii de benzen trec prin barbotoare paralelei intr n reactoarele de sulfonare legatenserie, prevzutecuagitatoarei mantaledenclzire, respectivrcire. Pentru sulfonare se folose te acid sulfuric de 94-95%, care se introduce, prin barbotare, n primul reactor de sulfonare. Produsul de sulfonare con ine circa 1,5% benzen, care se ndeprteaz prin evaporare n vid sau prin antrenare cu gaz inerti se recircul. Acidul benzen sulfonic se neutralizeaz continuu cu o suspensie de sulfit de sodiu. Dioxidul de sulf pus n libertate se utilizeaz n opera ia de descompunere a fenoxidului de sodiu, iar benzen sulfonatul de sodiuestesupustopirii alcaline cuosolu iede80-85%NaOHlatemperatura de285- 315C. Ca rezultat secundar al reac iilor secundare, n aceast faz se formeaz o-i p-hidroxi-difenil (C6H5C6H4OH), eter difenilic (C6H5OC6H5), triofenol (C6H5SH)i rezocin (C6H5(OH)2). Produsul ob inut prin topire alcalin se introduce n ap la 40-50C, pentru a dizolva fenoxidul de sodiui hidroxidul de sodiu n exces. Sulfitul de sodiu nu se dizolvi se separ prin decantare. Se filtreaz, se spal pe centrifug i se folose te pentru neutralizarea acidului benzen- sulfonic, iar excedentul este comercializat.Apele de splare servesc pentru dizolvarea topiturii alcaline. Solu ia de fenoxid de sodiu se descompune prin tratare cu dioxid de sulf. Fenolul brut se trece la rectificare, iar solu ia de sulfit se folose te pentru neutralizarea acidului benzen-sulfonic. Prin rectificare se ob ine fenol cu o puritate depeste99,5%, apefenolicecu 6-8% fenoli un reziduu format din sruri mineralei hidroxidifenili care pot fi izola i. 121.2.2.Tehnologiaprin hidroliza clor-benzenului [5]Sinteza fenolului prin hidroliza clor- benzenului cu o solu ie de hidroxid de sodiu sub presiune a fost realizat la scar industrial n anul 1927. Benzenul anhidru reac ioneazcuclorulgazos,la80Ci1,12at.n prezen de FeCl 3(0,1% raportatla benzen). Conversia benzenului este de 30-50%, iar randamentul de 80-95%. Produsul de reac ie se spal cu o solu ie diluat de acid clorhidric pentru ndeprtarea catalizatoruluii a majorit ii acidului clorhidric format n reac ie, apoi se neutralizeazi se rectific. Ca produse secundare se ob in o-i p- diclor benzen. Hidroliza clor-benzenului se realizeaz ntr-un sistem de reactoare tubulare la 370-400Ci 280 at. cu o solu ie de NaOH (10-20%) adugat n exces de 10% fa de cantitatea teoretic necesar. Ca rezultat al reactiilor secundare se formeaz difenil- oxidi cantit i mici de o-i p- hidroxi-difenilli: C6H5Cl + C6H5ONa(C6H5)2O + NaClC6H5Cl + C6H5ONa + NaOHC6H5C6H4ONa + NaCl + H2Onfigura1esteprezenatschema tehnologic a obinere a fenolului prin hidroliza clor-benzenului.solutie NaOHC6H5Cl1 23333345678apa910HCl1112131316141414151515fenolrasinisolutie NaCl la electroliza Figura1. Schema tehnologic de ob inere a fenolului prin hidroliza alcalin a clorbenzenului. 1- rezervor pentru clorbenzen;2-rezervor pentru NaOH;3-pompe;4-vas pentru prepararea emulsiei;5-pomp cu piston;6-schimbtor de cldur;7-rcitor;8-reactor;9-vasdecantare;10-vasdeneutralizare;11-colector solu ieNaCl;12-colector strat apos i fenol; 13-coloan cu rectificare;14-fierbtoare; 15-condensatoare;16-coloan rectificare sub vid.Pentru a reduce formarea difenil-oxidului, acesta se adaug la amestecul ini ial n cantitate de circa 10%. Cu cre terea concentra iei n difenil- oxid se mre tei viteza lui de hidroliz, compensnd astfel formarea lui n proces. Amestecul de reac ie rcit se separ n dou straturi: 13 Stratul superior format din difenil-oxid; Stratul inferior format din fenoxid de sodiu. Punerea fenolului n libertate se realizeaz cu o solu ie de acid clorhidric. Se formeaz un strat apos care con ine clorur de sodiui un strat fenolic care con ine 75% fenoli 25% ap. Aceasta se rectific n mai multe coloane. Consumurile specifice pentru 1 ton fenol sunt : 1,2 t benzen, 1,0 t clor, 1,3t NaOH, 0,5t HCl.1.2.3. Tehnologia de oxiclorurare a benzenului [5]Elaborat n Germania, procedeul Rasching, ulterior modificat de Hooker const n ob inerea fenolului din benzeni aer, trecnd prin faza intermediar de clor-benzen. Ambele reac ii decurg n prezen a catalizatorilor, prepara i prin coprecipitarea oxiduluidealuminiudintr-osolu iede aluminatcu o solu ie acid de clorurcupric- clorur feric.Pentru reac ia de hidroliz se folose te drept catalizator fosfatul tricalc sau un amestec format fosfat decalciu- fosfat de cupru. Catalizatorul variantei Hooker este de natur anorganic, caracteristica lui fiind capacitatea de a transforma un produs secundar al reac iei de clorurare, diclor-benzenul n clor benzen. Reac ia de hidroliz are loc n dou faze. n prima faz are loc eliminarea acidului clorhidric, cu formarea unui radical benzenic cu dou valen e libere, reac ie independent de natura chimic a catalizatorului, viteza de reac ie fiind determinat numai de temperaturai de mrimea suprafe ei catalizatorului:

C6H5Cl C6H4 +HCl (1) n faza a doua, radicalul format reac ioneaz cu apa formnd fenol, care cu acela i radical trece la difenil-eter. C6H4 +H2O(2) C6H5OH

C6H4 +H2(3)C6H6 2C6H4 +H2OC6H5OC6H5(4) Reactiile (2), (3), (4), spre deosebire de reactia (1), sunt direct dependente de natura chimic a catalizatorului. La temperatura de 500C are loci o reac ie ntre carbonul depus pe suprafa a catalizatoruluii ap, care duce la ob inerea de oxidi de dioxid de carbon i hidrogen, prezen a hidrogenului favoriznd desf urarea preferen ial a procesului, conform reac iei (3). Catalizatorul anorganic asigur transformarea a aproximativ 95% din clor-benzenul reac ionat n fenoli numai aproximativ 3% n benzen. nfigura2esteprezentatschemauneiinstala ii deob inereafenolului prinprocesul Rasching.14----------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------vapori de benzenaer la racireaerabur12345567 89fenol brut clorbenzenla rectificaremonoclorbenzen, apabenzenbenzenbenzen recirculat10119512 71314apa caldaapa - fenol acid recirculat 10-15%fenol-apabenzenapa-----------Figura 2. Schema tehnologic a instala iei pentru ob inerea fenolului din clor-benzen. 1-cuptor pentru supranclzirea vaporilor; 2-vas de amestecare; 3-evaporator; 4-reactor; 5-ventilatoare; 6-condensator; 7-condensatoare par iale; 8-coloan pentru rectificarea benzenului; 9-fierbtoare; 10-rezervor pentru benzen brut; 11-aparat decontact; 12-coloan de extrac ie; 13, 14-coloane pentru extrac ia fenolului. Benzenul se prenclze te la 290-300Ci se amestec mpreun cu aerul nclzit la150Cicuvaporideacidclorhidric(dinsolu iarezultatdelafazadehidroliz) nclzi i la 150C. Pentru a evita oxidarea benzenului, debitul de oxigen este mai mic dect stoechiometrianecesar. Amestecul dealimentareseaflnraportul benzen: aer: acid clorhidric(solu ie17%)de10:2,18: 3,05 (pr igreutate).Amesteculintr n reactor la temperatura de 210C. Reac ia de oxiclorurare se efectueaz la 235-245C n reactoare de o el multitubulare sau cu straturi alternative de catalizator. Se lucreaz la o conversie de 10% a benzenului. Produsele de reac ie se condenseaz par ial ntr-o coloan. Prin vrf trece azeotrop ap-benzen iar pe la baza coloanei se evacueaz un amestec format din 50% benzeni50%produ i clorura i. Amestecul sesepardeacidulclorhidric,sespalcu solu iediluatdehidroxiddesodiuicuap, apoiserectificntr-unsistemdedou coloane, separndu-se n benzen, clor-benzen i produ i organici superiori clorura i. Randamentele sunt de 95-96% fa de benzeni 98% fa de acidul clorhidric. Pierderile de benzen prin oxidare sunt de 0,2%. Restul de benzen se transform n diclor-benzen (p-diclor benzen: o-diclor benzen - 7:3). Faza a doua, hidroliza n faz gazoas se realizeaz prin tratarea clor-benzenului cu vapori de ap la 420-500C n prezena fosfatului tricalcic drept catalizator. Reac ia este endodermi se conduce cuconversii mici, de circa 10-15%, deoarece la conversii mai mari scade randamentuli se dezactiveaz catalizatorul prin depuneri prea mari de crbune, care au loc n condi ii normale de lucru. Din aceast cauz catalizatorul trebuie regenerat dup 3-4 h. n timpul regenerrii temperatura nu trebuie s dep easc 580C. 15 Amesteculde reac ie se rce te nti prin schimb de cldur indirect cu reactan ii, apointr-ocoloancuinjec iedirectde apla 270C.La bazacoloaneise ob ine o solu ie apoas de acid clorhidric, care se recircul la oxiclorurare. Produsul de vrf al coloanei, format dinclor-benzeni azeotropfenol-ap, estembog it cuclor- benzenproaspt i splat ntr-ocoloancuapla90C, dupcareesteseparat ntr-un amestec clor-benzen-ap, circulat la reactorul de hidrolizi o solu ie fenol-ap, din care fenolul se extrage ntr-o alt coloan cu benzen. Solu ia fenolic de benzen se separ n componentei fenolul se rectific pentru purificare. Randamentul de fenol este de 90-95% fa de benzen, ceea ce permite un randament total n fenol de 89%.Pentru ob inerea unui fenol corespunztor fabricrii caprolactamei i produselor farmaceuticeserecomandefectuareaunei distilri azeotropecuap(10-15%fa de fenol) pentru ndeprtarea impurit ilor. 1.2.4.Tehnologia de ob inere concomitent a fenoluluii acetonei (procedeul cumen) [5]Realizarea industrial a procesului de oxidare: n industrie, oxidarea izopropil-benzenului se realizeaz n faz omogeni n emulsie apoas, urmrindu-se ob inerea unei viteze de reac ie ct mai mari (prin folosirea de catalizatori, ini iatori) i reducerea descompunerii hidroperoxidului format (prin limitareaadncimiideoxidare,prin reducerea temperaturii de lucruiprin adugare de stabilizatori). n faz omogen, oxidarea se realizeaz n coloane cu sec iuni delimitate cu talere perforate, la temperaturi de la 110 la 120C pentru reducerea descompunerii termice a hidroperoxidului, care se intensific cu cre terea concentra iei acestuia, iar n emulsie n reactoare speciale (air-lift). Sistemul de oxidare cu reactoare tip air-lift dispuse n serie sau sistemul de oxidare cu recircularea produsului nreactor prezint, ncompara ie cu reactoarele de oxidare tip coloan cu zone delimitate cu talere, urmtoarele avantaje: Posibilitatea de ac ionare a membranei sau a supapei de siguran montate n partea superioar a coloanei, n cazul cre terilor de temperatur i scindrii rapide a hidroperoxidului; Paralelismul func iilor de aeri de izopropil-benzen favorizeaz oxidarea,deoarece produsele de scindare ale hidroperoxidului cutemperaturi de fierbere joase sunt ndeprtate cu gaze reziduale; Simplicitate constructiv.Pentrureducereaantrenriiizopropil-benzenuluidectre gazele reziduale(azotn cazul oxidrii cu aer) se lucreaz sub presiune (4-7 at).n figura 3 este reprezentat schema tehnologic a procesului de oxidare n trepte. n schem sunt figurate cinci trepte, ns n practic se folosesc numai trei trepte, atingndu-se o concentra ie n peroxid de 20-25%. 16111112336745aerizopropilbenzen acidizopropilbenzen acidizopropilbenzen hidroperoxid Figura 3. Schema unei instala ii pentru oxidarea cumenului cu reactoare dispuse n serie. 1- reactoare; 2-schimbtor de cldur; 3-vase intermediare; 4-rezervor; 5-pomp; 6,7-condensatoare. Pentru oxidarea n faz omogen se folosesc ca ini iatori ns i hidroperoxidul de cumen, 3-5% n produsul care alimenteaz reactorul, sau sarea de sodiu a hidroperoxidului, temperatura de lucru fiind de 110-120C. Oxidarea n emulsie se realizeaz la 90-100C, la pH 8,5-10,5. O importan deosebit o are raportul dintre faza apoasi faza hidrocarbur, viteza de reac ie crescnd odat cu mrirea raportului faz apoas: izopropil-benzen (raport optim 3:1), pH- ul se regleaz prin introducerea unei solu ii de carbonat de sodiu, iar pentru mic orarea formrii produselor secundare se introduce un stabilizator. Aplicarea procedeelor deoxidarecarefolosescmediul alcalinsausarea dehidroperoxidimpun splarea produsului de oxidare cu ap de condensare sau demineralizat, pentru ndeprtarea srurilor de sodiu din produsul oxidat, nainte ca acesta s fie supus concentrrii. Ca agent de oxidare se folose te aerul atmosferic. Se cunosc instala ii industriale n care se folose te oxigenul, oxidarea avnd loc n reactoare cu agitare pn la o conversie de 15% hidroperoxid. Folosirea aerului prezint avantajul unui cost mai mic i al unuipericolmaimicdeformareaamestecurilorexplozive(oxigen-izopropil-benzen)i este foarte probabil ca folosirea oxigenului s determinat numai de condi ii locale. Procesul se conduce, de obicei, pn la o concentra ie n hidroperoxid de 20-25%i exist tendin a s se lucreze pn la maximum 18%, pentru reducerea produselor de descompunere. Pentru accelerarea reac iei de oxidare s-a propus un numr mare de catalizatori: Sruri de metale grele, n concentra ie de 0,25 0,5 %; Formiat de sodiu; Carbonat de sodiu; Amine ter iale, acid etendiaminotetraacetic 1%, sruri de amoniu n care grupele de alchil nu con ine mai mult de 3 atomi; Poliftalocianur de cuprui o amin heterociclic; 17 Sarea de sodiu sau potasiu a acidului trialchil acetic; Ditrinitrilul acidului azodiizobutiric.Pentruscurtarea perioadei de induc ie s-a propus adugarea unor cantit i mici deesteriaiacizilor cetonici 0,10,35%, esterul etilic al acidului benzoilacetic,esterul etilic al acidului hidroxalilacetic, esterul etilic al acidului acetondicarboxilic sau adugarea de peroxizi la nceputul reac ieii folosirea oxigenului ozonizat continuu (5%) sauperiodic. Concentra iahidroperoxidului deizopropilbenzendupoxidareestede obicei cuprins ntre 18i 30%.Concentrarea hidroperoxidului de izopropil benzenConcentra ia hidroperoxidului de izopropil-benzen dup oxidare este de obicei cuprins ntre 18-30 %. Separarea prin distilare sub vid a hidroperoxidului trebuie astfel condus, nct s nu se ajung la temperatura de descompunere a hidroperoxiduluiise realizeaz n dou trepte. Prima treapt const n rectificarea sub vid a produsului de oxidare urmrindu-se obtinerea unei concentra ii ct mai mici de hidroperoxid n produse de vrf. Se lucreaz la opresiune remanent de 20-30 mmHg i la maximum100C(de obicei 90-94C), ob inndu-se la baza coloanei 50-70%hidroperoxid de izopropil-benzen. Izopropil- benzenul rmas este ndeprtat n a doua treapt prin distilare sub vid la presiunea de 4-8 mmHg, temperaturamaximadmislabazacoloanei fiind100C. Pentrundeprtarea restului de izopropil-benzen (5-7%) este necesar ridicarea temperaturii, la baza coloanei, la 105C, pentru o presiune remanent de 10 mmHg. Se folosesc coloane cu umplutur sau cu talere, de construc ie special, sau evaporatoare n film, corespunztoare, din cauza volatilit ii foarte diferite a hidroperoxidului de cea a izopropil-benzenului. Aceasta prezint avantajul men inerii n circula ie numai a unei cantit i relativ mici de hidroperoxid. Existdoutendin e n privin a concentra iei finale n hidroperoxid de izopropil-benzen, determinate de apari ia la descompunerea ulterioar a -metilstirenului provenit prin dezhidratarea dimetilfenilcarbinolului: Ob inereaunei concentra ii mari nhidroperoxid(88-90%) prineliminarea izopropil- benzenului, eliminndu-se astfel necesitatea unui sistem de rectificare izopropilbenzen, -metilstiren sau a hidrogenrii acestui amestec pentru a putea fi recirculat la oxidare; Ob inera unei concentra ii de 75-85%hidroperoxid de izopropil-benzen. Restul de hidroperoxid (10-20%) rmas fiind separat mpreun cu -metil-stirenul format n procesul de rectificare a fenoluluiia acetoneii recirculat la oxidare fie dup rectificare, fi dup hidrogenare.ncazulconcentrriin coloane,produ iisecundaridedescompunereai hidroperoxidului cre te de la 3 la 10%, cnd concentra ia hidroperoxidului dep e te 80%. Produsul de oxidare este prenclzit la 80Ci introdus n prima coloan de rectificare cu umplutur care func ioneaz la o presiune remanent de 25-30 mmHg. Izopropil-benzenul ob inutcaprodusdevrf este condensat prin rcire cu ap, neutralizat cu o solu ie de NaOH 5-10%i dup separarea straturilor, recirculat la oxidare. Hidroperoxidul de la baza primei coloane alimenteaz a doua coloan, ob inndu-se ca produs de baz hidroperoxid concentrat, iar produsul de vrf se recircul la prima coloan. Realizarea industrial a descompunerii hidroperoxidului de izopropil-benzen Principaleleprobleme pe care le ridic realizarea industrial a descompunerii hidroperoxidului deizopropil-benzensunt: preluareacldurii dereac iei asigurarea 18descompunerii complete a hidroperoxidului, deoarece n cazul acumulrii acestuia n sistem reac ia poate cpta un caracter exploziv. Realizarea reac iei de descompunere n pompe centrifuge permite utilizarea acidului sulfuric concentrat (30-40%) att drept catalizator ct ica agent termic. Reac ia are loc la 30-40Cicantitatea de produ isecundari care se formeaz este foarte mic. O importan deosebit prezint preluarea cldurii de reac ie. n figura 6 este prezentat schema instala iei de descompunere a hidroperoxidului n sistem heterogen cu H2SO4 30-40%.

1234567hidroperoxidFigura 4. Schema instala iei de descompunere a hidroperoxidului de cumen.1-centrifug; 2,6-schimbtoare de cldur; 3-vase de agitare; 4,5-vase de separare; 7-rezervor.Se prepar un amestec de 50 % acid sulfurici 50 % aceton care se recircul n sistemla o temperatur de circa 20C, men inut cu ajutorul unui agent de rcire. Hidroperoxidul se introduce n aspira ia pompei n care are loc reac ia de descompunere. Raportulrecomandat deacidsulfuricihidroperoxid este de 14:1. Dup descompunere, amestecul de reac ie este rciti se separ faza organici faza acid care se recircul. Randamentul n fenol este de 94%, respectiv n aceton de 97%, n cazul n care se supune descompunerii un hidroperoxid cu o concentra ie de 41%. n cazul folosirii a fenolului ca mediu de reac ie, reac ia se conduce la 50Ci debitul de hidroperoxid se regleaz astfel nctconcentra ianhidroperoxiddeizopropil-benzenalamestecului snudep easc 0,5%. Sistemul dedescompunereeste prevzut cutrei reactoare dispusenserie, iar concentra ia hidroperoxidului dup al doilea reactor nu trebuie s dep easc 0,1%. n al treilea reactor acidul se neutralizeaz cu hidroxid de sodiu,din amestecul neutralizat separnduse apoi stratul apos prin decantare. n scopul ob inerii unei cantit i superioare de fenol s-au schimbat condi iile de descompunere, lucrndu-se la o dilu ie mai mare a acidului reu indu-se s se ob in un con inut mai mic n oxid de mesitili de al i produ i secundari care produc colorarea fenolului, dup cum urmeaz n tabelul de mai jos:Tabelul 1. Factori ce contribuie la ob inerea unei cantit i superioare de fenol. Descompunere severDescompunere moderatRaportul hidroperoxid : aceton (vol) 2:1 2:119Acid sulfuric, % greutate 0,55 0,30Ap, % 1,2 2,2Oxid de mesitil, % greutate 0,5 0,05Hidroperoxid, % greutate 0,02 0,56Culoarea produsului descompus Ro u nchis Ro u pal Dup descompunerea hidroperoxidului de izopropil-benzen se ob ine un amestec cu o compozi ie complex, care con ine n afar de fenoli aceton, aldehide, ap, oxid de mesitil, -metilstiren, acetofenon, etc. nainte de separarea fenolului i acetonei din amestec, se impune neutralizarea acidului sulfuric. n industrie pentru neutralizarea acidului sulfuric se folosesc hidroxidul de sodiu, carbonatul de sodiu sau schimbtori de ioni. La folosirea solu iilor de hidroxid de sodiu sau de carbonat de sodiu, sulfatul de sodiu format se depune n schimbtoarele de cldur n care se introduce 10-12% ap. Prezen a apei este determinatdenecesitateaseparrii prindecantareasulfatului desodiuformat i este aproximativegalcucantitateadeapnecesarpentrundeprtareahidrocarburilor din fenol prin distilare azeotrop. Neutralizarea cu schimbtori de ioni duce la ob inerea unei cantit i mari de ape fenolicedincauzanecesit ii regenerrii schimbtorilor deioni. Neutralizareasepoate efectua cu fenoxid de sodiu rezultat din proces, reglarea pH-ului realizndu-se prin adugare de acid sulfuric sau carbonat de sodiu.Separarea fenoluluii a acetonei Separarea fenoluluii a acetonei se realizeaz prin rectificare, ntr-un sistem de cinci coloane (figura 5):

---- ------- ----------------------- fenoldupa separarea acetoneifenol, compusi cu p.f. inaltefenol, dimetilfinil-carbinolcu p.f. inalte -metilstiren,izopropilbenzen-metilstirenfenol purreziduuacetofenonagudron123 4567Figura 5. Schema tehnologic a instala iei de separare a fenoluluii acetonei. 1-coloan separare aceton brut; 2-coloan rectificare aceton;3-coloan separare r ini fenolice; 4- coloandistilareazeotropahidrocarburilor; 5-coloanpentrurectificareafenolului; 6 -fierbtoare; 7-condensatoare; 8-decantor.n prima coloan are loc separarea acetonei brute(cu 5-12% ap) care este supus apoi rectificrii ntr-o nou coloan n care se introducei o solu ie de hidroxid de sodiu pentru condensarea aldehidelor. Produsul de baz al primei coloane se supune unei noi rectificri nscopul separrii produselor grele. Dinprodusul devrf prindistilare azeotrop cu ap, se elimin -metil-stirenuli izopropil-benzenul, dup care, printr-o nou rectificare,se ob ine fenolul ca produs finit. Ob inerea unui fenol de calitate superioar 20estecondi ionatnprimul rnddendeprtareacompletahidrocarburilor, prezen a acestora ducnd la mic orarea solubilit ii fenoluluii temperaturii de congelare. n figura 6 este prezentat o schem de rectificare a fenoluluii acetonei, care elimin posibilitatea formrii -metil-stirenului n ultima coloan de rectificare a fenolului. 1234566 6 6 677 777produselereactiei dedescompunere ahidroperoxidului dupa neutralizareape reziduale rasinifenolice 15-25% fenolfenolvidape fenolicehidrocarb.vidvidapaacetonasol. NaOHFigura6. Schematehnologic ainstala iei derectificareafenolului i acetonei, fr formareade-metil-stiren. 1-coloandeseparare-metil-stireni cumen; 2-coloande separare fenol; 3-reactor descompunere dimetilfenilcarbinol; 4-coloan de separare r ini; 5-coloan de separare acetofenon; 6-coloan de separare metilstiren; 7-coloan rectificare fenol.Rectificarea fenolului brut se poate realiza prin: Prelucrarea fenolului pur ca produs lateral sub form de lichid din zona de concentrare a coloanei sau sub form de vapori; Condensarea ntrepteaproduselor devrf pentrusepararea cantit ii mici deacizi organici forma i nprocesicarefavorizeazreac iilesecundaredecondensareide polimerizare,conducnd la ob inerea unui fenol cu o solubilitate necorespunztoare; Introducerea substan elor pentru neutralizarea acizilor; Coloanesuplimentarecucurent ascendent saudescendent pentruredistilareafenolului preluat ca produs lateral.Selec ionarea unei scheme se face n func ie de compozi ia fenolului brut supus rectificrii.Schemele permit ob inerea unui fenol cu o solubilitate buni cu un con inut mic de ap. Colorarea n timp al fenoluluii colorarea intens cnd este supus clorurrii sau sulfonrii se datoreaz prezen ei unor cantit i foarte mici de benzofurani, care se formeaz prin condensarea fenolului cu compu i -hidroxi-carbonici. Pentru evitarea colorrii fenolului se propune transformarea catalitic a tuturor acestor produ i, denumi i precursori decolorare. Aceastasepoaterealizaprintratarea fenolului cu acizi minerali, acizi organici, alumin activat, pmnturi acide, sau cu reactivi bazici cu constante de ionizare de peste 8,610-5 la 25C, urmat de o distilare azeotrop cu appentrundeprtareabenzofuranilor forma i. Sepropunedeasemeneaopurificare primar cu hidroxid de sodiu sau de potasiui apoi o purificare secundar cu clorur de fier.innd cont de materia prim de la care se porne te, rezultate interesante se ob in prin distilare extractiv. Fenolul brut cu compozi ia: fenol-75,5%, cumen-8,0%, -metil-stiren- 10%, oxid demesitil-4%, diferite impurit i-2,5%, este introdus ntr-o coloan n care, la o anumitdistan delavrfulcoloanei,se introduce dizolvantul formatdin 99%dieten- glicol plus 5% fenol (figura 7).21

123 344IIIIIIIVV

Figura7.Schemainstala ieide purificare a fenolului prin distilare extractiv cu dieten- glicol. I-fenol brut; II-impurit i cu 0,1%fenol; III-fenol purificat; IV-dieten-glicol proaspt; V-dieten- glicol +5%fenol; 1-coloandedistilareextractiv; 2-coloande rectificare; 3-condensatoare; 4-fierbtoare.Toate impurit ile se elimin n produsul de vrf al coloanei, din care o parte se recircul ca reflux pentru limitarea antrenrilor de fenoli lichid de extrac ie. Amestecul de fenol i dieten-glicol ob inut labazacoloanei dedistilareextractiv este supus unei rectificri, lavrfulcoloaneide rectificare ob inndu-se fenol pur, iar dieten-glicolul se recircul la coloana de distilare extractiv. Dac fenolul con ine i impurit i cu temperaturi defierberenalteestenecesarregenerareadizolvantului deextrac ieprin distilare. Fenolul brut supus distilrii extractive nu trebuie s con in api acetofenon. Pentru ob inerea unui fenol cu o calitate ct mai apropiat de necesit ile actuale impuse de produc ia de fibre sinteticei de bisfenol A, n industrie se aplic tratarea fenolului brut cu acid sulfuric. Pentru realizarea unui consum specific ct mai mic de izopropil-benzen n instala iile de fenol-aceton, prin procedeul cumen sunt necesare unele recuperri: a) recuperarea amestecului de hidrocarburi, separat n procesul de rectificare a fenoluluii acetonei.b) n proces se formeaz o serie de produse grelecare se separ n procesul de rectificare. Con inutul n fenol al polimerilor variaz n majoritatea instala iilor industriale ntre 15i 25%i este necesar recuperarea, prevzndu-se n acest scop o instala ie de prelucrare a reziduurilor.1.2.5. Tehnologia de oxidare a toluenului [5]Procedeul constndoufaze: oxidareatoluenului laacidbenzoici transformareaacidului benzoicnfenol. Procedeul permitetransformareatoluenului n fenol, eliminndu-se n acest fel instala iile de transformare a toluenului n benzen hidrodezalchilare. Produsele secundare apar n cantit i mai mici dect n procedeul cumen, calitatea fenoluluieste corespunztoare unor condi ii severe,pericolul de coroziune este mai mici exist posibilitatea folosirii directe aacidului benzoic, ob inut caprodus intermediar. n prima faz, toluenul este oxidat de acid benzoic, la 140-170Ci 2-4 at, n prezen a naftenatului de cobalt drept catalizator: CH3+3/2 O2COOH+ H2O Ca produse secundare se formeaz alcool benzilic, benzaldehid, benzoat de benzil, formaldehid, oxidi dioxid de carbon. Procesul de oxidare se conduce pn la o conversie de 40-45%, randamentul total n acid benzoic fiind de 93% fa de toluen. Gazele reziduale provenite din reac iei care con in azot, vapori de ap, oxidi dioxid de carbon 22i toluen sunt rcite cu api sol pentru condensarea toluenuluii a apei. Dup decantarea condensatului, faza apoas se ndeprteaz, iar cea organic se recircul n reactor fie ca reflux, fie mpreun cu alimentarea. Pentru mic orarea pierderilor de toluen, gaze reziduale, naintedeafi trimisenatmosfer, sunt trecuteprinabsorberecucrbuneactiv. Din produsul de reac ie acidul benzoic se poate separa de toluenul nereac ionat n dou moduri: a) distilarea toluenului nereac ionat care seob inecaprodus devrf al coloanei i prelucrarea acidului benzoic ca produs lateraldin aceea i coloan. b) cristalizarea acidului benzoic urmat de centrifugarei de splarea cu toluen proaspt a aciduluibenzoiccristalizat, pentru ndeprtarea impurit ilor care se recircul n reactor pentru deplasarea echilibrului.Acidul benzoic astfel ob inut este transformat n fenol, folosind drept catalizator benzoatul de cuprui drept promotor benzoatulde magneziu. Reac ia are loc n dou faze. nprimafazacidul benzoicestetransformat cataliticnbenzoat defenil, careeste hidrolizat n fenoli acid benzoic:

2C6H5COOHcatalizator1/2O2C6H5COC6H5O+ H2O + CO2C6H5COOH+C6H5OHReac ia are loc la 230Ci 1-2 at, conversia fiind de 70-80%, iar randamentul total fa de fenol de 90%. Temperatura de reac ie este men inut cu ajutorul difilului. Gazele care prsesc reactorul cu func ionare continuui care con in ap, fenoli acid benzoic sunt trecute printr-o coloani apoi rcite, condensatorul rezultat recirculndu-se carefluxlacoloan. Stratul inferiorformat ladecantareaacestui condensat estefolosit pentruextrac iapolimerilor forma i nreactor. Dinaceast coloanestefenolul este preluat ca produs secundari supus unei noi rectificri. Produsul de baz al primei coloane se recircul n alimentarea reactorului de transformare a acidului benzoic, iar produsul de baz al coloanei de rectificare a fenolului se recircul la prima coloan. Importan a deosebit prezint ndeprtarea polimerilor forma i n reactor, deoarece prezen a acestora mic oreaz conversia acidului benzoic n fenol. Pentru aceasta, din produsul aflat n reactor se preia continuu o anumit cantitate de produs din care se extrag polimerii, restul se evapori se recircul sub form de vapori n reactor. Decarboxilarea oxidativ a acidului benzoic Procesul se desf oar n dou stadii: oxidarea toluenului la acid benzoici decarboxilareaoxidantaacidului benzoiclafenol. Oxidareatoluenului seefectueaz asemntor cu tehnologia de ob inere a caprolactamei din toluen. Reactorul de oxidare se alimenteaz cu toluenuli catalizator (o sare organic de cobalt). Amestecul de reac ie se nclze te la 150-170C, aerul introducndu-se prin partea inferioar a reactorului. Produsul de reac ie este distilat n dou coloane. n prima distil apa de reac ie, ca azeotrop cu toluenul nereac ionat. Apa se separ de toluen prin decantare, iar acesta este retrimis la reactorul de oxidare. Din cea de-a doua coloan, pe la 23parteasuperioarrezultofrac iedebenzaldehid, alcool benziliccareserecirculla oxidare pentru a se ob ine fenoli acid benzoic. Acidul benzoic rezultat are o puritate de 99,85%, iarrandamentul n acid benzoic este de 93-94%, fa de cel teoretic. Pentru 1 kg de acidbenzoic se consum 0,8 kg toluen. n baza celei de-a doua coloane rmn r ini cu punct de fierbere ridicat, care se folosesc drept combustibil. S-au efectuat studii de optimizare a procesului decarboxilrii, folosind n acest scop decarboxilarea oxidant pentru transformarea acidului benzoic n fenol. Drept rezultat s-apropuscadecarboxilareasseexecutenprezen aunuicatalizator format dintr-un amestec de benzoat de cuprui benzoat de magneziu. Aerul destinat oxidrii se introduce pe la partea inferioar a reactorului mpreun cu vaporii de ap. La nceput se formeaz fenilbenzoatul, produs intermediar, careapoi sehidrolizeaz lafenol i acidbenzoic. Fenolul format distil cu vapori,i intr n coloanele de separare, unde se separ fenolul brut de acidul benzoic nereac ionat, care se recircul n reactorul de decarboxilare oxidant. Produsele secundare rezultate de la oxigenare se spal cu acidul benzoici de benzoa ii de cuprui magneziu. ntr-un procedeu de decarboxilare oxidativ, acidul benzoic se oxideaz cu oxigenul din aer, la temperatura de 230-240C, n prezen a benzoatului de cupru 0,5% n greutate i benzoatului de magneziu 1-4%n greutate. Fenilbenzoatul format se hidrolizeaz cu un amestec de aer i vapori de ap.Randamentul n fenol este de 90%. 1.2.6.Tehnologia de dehidrogenare a ciclohexanuluiia ciclohexanonei [5] Procesul const n hidrogenarea benzenului la ciclohexan. Oxidarea catalitic a ciclohexanului cuaer saucuoxigenlaciclohexanol i ciclohexanonesteurmatde dehidrogenareaciclohexanolului i ciclohexanonei lafenol i deseparareafenolului de produselededehidrogenare. Hidrogenareabenzenului serealizeaznfazlichid, sub presiuneinprezen aunuicatalizator de nichel.n ultimul timp au fost pu i lapunct catalizatori semimetalici pe baz de platini pmnturi rare. Oxidarea ciclohexanului are loc catalitic la 125-180Ci la presiune. Drept catalizator se folose te cobalt, oxid de ceriu, naftenat de cobalt, cesiu i magneziu. Ciclohexanulseoxideazcuoxigenuldinaerlaciclohexanoli ciclohexanon, nfaz lichid, cu catalizatori sruri de calciu sau de bariu, la 130-160Ci presiunea de 3-17 atm. Conversia ciclohexanului este de10-15%. Oxidarea serealizeaz fienreactoare tip coloan cu umplutur, fie n reactoare prevzute cu agitatoarei legate n serie. Evacuarea apeii produselor secundare volatile mre te randamentul. Astfel splarea amestecului dup fiecare reactor mre te randamentul la 85%. Procedeul n faz lichidncascaddereactoare care func ioneaz pe principiul contracurentului prezint dezavantaje ca dimensiunea reactoarelor, complexitatea procesului i dificult i n conducereaacestuia. Amestecul deciclohexanol i ciclohexanonsevaporizeaz, se dilueazcuhidrogeni setrecepestecatalizatorul dedehidrogenare. Catalizatorul de dehidrogenarecel mai frecventntlnitesteplatinapesuportdecrbunesau platinape suport de silicagel cu con inut de oxid de calciu. S-au mai pus la puncti catalizatori semi- metalici pe baz de platini pmnturi rare. Cei mai activi sunt catalizatorii care con in nicheli cobalt precumi catalizatori care con in sruri ale metalelor din grupa a VIII-a. Dupdehidrogenare, fenolul brut seseparprindistilare, con inndcantit i mici de ciclohexanoli ciclohexanon. Fenolul brut este supus unei frac ionri pentru separarea n primul rndaprodu ilor cutemperaturi defierberemai joasei apoi pentrusepararea produ ilor cu temperaturi de fierbere mai nalte. Fenolul astfel ob inut se supune unei noi rectificri pentru ob inerea fenolului pur. 1.2.7. Oxidarea direct a benzenului [5]24 Reac ia de oxidare a benzenului la fenol decurge n condi ii favorabile ntr-un domeniu larg de temperaturi. Oxidarea are loc prin intermediul radicalilor C6H5.i C6H5OO., energiadeactivarecalculatpentruacestor radicali fiinddeaproximativ13 kcal/mol. Randamentul n fenol este rareori mai mare de 70%, iar conversia, n majoritatea cazurilor, este de 3-5%. n figura 8 este prezentat schema tehnologic pentru ob inerea fenolului prin oxidarea benzenului n strat fluidizat.1234567891011121314151617aer 3-5 atC6H5fenoldifenilformaldehida,metan, oxid de carbonFigura 8. Schema tehnologic a instala iei pentru oxidarea benzenului n strat fluidizat. 1 -schimbtor de cldur; 2, 11-prenclzitoare; 3-reactor; 4-rcitor; 5-separator gaz-lichid; 6-coloancuumplutur; 7, 15, 17-condensatoare; 8, 12-rezervoare; 9, 10, 13-pompe; 14 -coloan pentru separare benzen; 16-coloan rectificare fenol.Se utilizeaz un strat fluidizat de bauxit sau orice material inert, chiar nisip. n reactorul cu strat fluidizat se introduce un amestec de vapori de benzeni aer, din care o parte se prenclze te prin preluarea cldurii produselor de reac ie, apoi se separ fazele lichidigazoas. Dinfazalichid se poate recupera formaldehida care se formeaz n reac ie, prin splare cu ap, iar din produsul lichid se separ benzenul nereac ionat care se recircul, fenoluli produsele cu temperaturi de fierbere mai nalte dect ale fenolului. 1.3. Alegerea variantei optimeTehnologia de ob inere a fenolului considerat a fi cea mai eficient este cea care folose teprocedeul cumenului (prezentatlapagina17). nprezent, aproape90%din fenolul produs n lume se ob ine prin acest procedeu. Capacitatea optim pentru instala iile de fenol din cumen construite pn n prezent este de 5 0000-160 000 t/an existnd tendin a construirii unor instala ii cu capacita i mai mari de 100 000-250 000 t/an. Procedeul cumen conduce la cele mici costuri de fabrica ie n raport cu celelalte procedee, datoritvalorificrii acetonei, careesteunprodusvalorosfolosit mai alesla fabricarea metacrilatului de metil. Metoda cumenului a fost elaborat prima oar n URSS. Este cea mai economic dintre metodele sintetice de ob inere a fenolului, deosebindu-se prin simplitatea relativ a aparaturiii prin sortimentul minim de materie prim utilizat. Pentrumrirearentabilit ii metodei trebuiesserealizezeovitezmaredeoxidarea izopropil-benzenuluii s se nlture produsele secundare nedorite [6].1.4. Descrierea procesului tehnologic adoptat25

ALCHILAREbenzen propenaOXIDARECONCENTRARENEUTRALIZAREacetonaaerCONDENSAREgazeCUMENNEUTRALIZARECUMENDESCOMPUNEREH2SO4NaOHDISTILAREDISTILAREFENOLacetofenonaAlchilarea n cadrul acestui proces are loc alchilarea benzenului cu propen, cu ob inere de izopropil benzen. Oxidarea se realizeazn faz omogenin emulsie apoas. Ca agent de oxidare se folose te aerul atmosferic. Din aceast opera ie se ob ine hidroxidul de izopropil benzen (cumenul).Condensarea se face pentru a elimina srurile de sodiu din produsul oxidat.Concentrarea cumenului are loc n dou trepte. Prima treapt const n rectificarea sub vid, urmrindu-se ob inerea unei concentra ii ct mai mici a hidroxidului n produsele de vrf. A doua treapt const n distilarea sub vid, la presiuni de 4-8 mmHg.Descompunereahidroxidului de izopropil benzen permite utilizarea acidului sulfuric concentrat att cai catalizator, cti ca agent termic. Dup descompunere amestecul de reac ie este rciti se separ faza gazoasi faza acid care se recircul. Prinneutralizaresesepar stratul apos, prin decantare.nainte de separarea fenoluluii acetonei, seimpune neutralizarea acidului sulfuric. Pentru aceast opera ie se folose te hidroxid de sodiu, carbonat de sodiu sau schimbtori de ioni.Distilareaare loc n dou trepte,i se separ fenoluli acetona. Dubla distilare are ca scop ob inerea unui fenol de calitate superioar. 1.4.1. Caracteristicile materiilor prime i auxiliare. Indici de calitatePentru tehnologia aleasi anume cea de ob inere concomitent a fenoluluii acetonei avem ca materii prime benzenuli propena. Materiilor prime :1. Benzenul.Benzenul este un lichid, fr culoare, cu miros caracteristic, plcut. Este mai uor dect apa, n care se dizolv foarte puin, solubil n alcool i eter, fierbe la 800C. Este 26unbundizolvantpentrufosfor, sulf, iod, cauciuc, grsimi, rini i multe alte substane organice.Se gsete n gazul de huila, n petroli n produsele lichide ale distilarii uscate a numero ilor compusi organici boga i in carbon.Benzenul se solidific la 5,5 oC,temperatura defierberefiindde80,1oC. Este foarte solubil n solven i organici polari, iar n apa se solubilizeaz mai greu. Puterea caloric a compusului este de 40 580 kJ/kg, entalpia molar este de 3257 kJ/mol pentru starea lichid si 3301 kJ/mol pentru cea gazoas [7]. Expunerea pe termen lung poate afecta mduva osoas i producia de snge. Expunerea pe termen scurt la un nivel ridicat de benzen poate provoca somnolen, ameeli, pierdereacunotinei, imoartea.Unii auavut batineregulate aleinimii,dureri de cap, stomac deranjat, ochi irita i, pielea, nasul i gtul iritat .Depozitarea, transportul, distribu ia, vnzarea sau utilizarea substan elor care con in benzen nu se face n mai mult de 4 ore n spa ii nchise. De asemenea nbutelierea substan elor care con in benzen mai mult de0,1%trebuiesaiblocnrecipienteintacte, sigilateastfel nct snuexiste degajri de vapori sau scurgeri de lichid [8].2. Propena.Propenasaupropilena, esteuncompus organicnesaturat avndformula chimic C3H6. La temperatura camerei, propena este un gaz, incolor, cu un miros neplcut, dar slab. Propena are o densitate mare i punct de fierbere ridicat, datorit dimensiunilor sale mai mari. Este usor volatil [4].Esteosubstan asfixiant, extremdeinflamabil. Poatefi duntoareprininhalare. Recipientul trebuiepstrat ntr-un loc bine ventilat, departe de surse de aprindere.Propilena se crede a fi de toxicitate acut redus. La concentraii mari, propilen este un asfixiant(nivelul deoxigendisponibilpentruarespiraesteredus), nivelul deexpunere ridicatpoate, deasemenea, ducelasomnoleniameealipoateprovocadepresiea sistemului nervos central. Cu toate acestea, pentru a avea efectele de mai sus concentra ia din aer trebuie s fie foarte mare. n cazul n care intr n contact cu pielea sau cu ochii are loc nghearea esutului, arderea, i / sau degerturi. n cazul n care apar degerturi, zona implicattrebuiescufundatn apipstrat scufundat pentru 20-40 minute i s se solicite asisten medical[6]. Materiale auxiliare : Pentru ob inerea izopropilbenzenului, la alchilarea n faz lichid se folosesc urmtoarele materiale auxiliare: H2SO4 de concentra ie mai mare de 10%, NaOH, AlCl 3 cai catalizator. Pentru oxidarea cumenului la hidroperoxid de cumen sa folosit cai material auxiliar TiO 2 (stabilizator). Pentru scindarea hidroxidului de cumen la fenoli aceton sau folosit cantit i mici de benzofurani i NaOHsauNaK. Acidul sulfuricaremulteaplica ii, incluzndmulte reac ii chimicei utilizri industriale. Este produsul chimic cel mai folosit n industrie, fiind numiti sngele industriei. Hidroxiduldesodiuesteosubstan le ioas, puternicelctrolit favorizndelectroliza apei. Sedizolvinsubstan elepolaredegajndu-secldurdediluare, neutralizeaz acizii formnd srurile corespunztoare radicalului nemetalic [2].1.4.2. Consideraii teoretice asupra procesului adoptat[5]1.4.2.1. Cinetica i mecanismul reaciilorA. Probleme de cinetici factori care influen eaz tehnologia O prim problem de cinetic la tehnologia de ob inere concomitent a fenoluluii acetonei o ntlnimla oxidarea izopropil-benzenului. Oxidarea izopropil- benzenului decurge prin radicalii liberi, dup un mecanism n lan . Ini ierea reac iei (datorit energiei mari necesarepentruruperealegturilor C-Hdinmoleculahidrocarburii) arelocprin 27intermediul unei molecule active, prin absorb ia unei cuante de lumin (h ) sau n cazul oxidrii cu oxigen, n modul urmtor: RH + O2 R. + HO2.Reac iile de propagare decurg dup mecanismul general acceptat al oxidrii hidrocarburilor: R. + OOR O O. R O O. + RH RO OH +R.kv

R. + O O R O O.

2 ROO. produsi neradicalici + O2ktn prezen a azo-izodutironitrilului ca ini iator, s-a formulat urmtoarea expresie cinetic: -d(O2)dt= kp(RH) (RI)1/2(2kt )1/2+ Ri2Ri = 2e kt , este constanta de ini iere a azo- izobutironitrilului; Ri = 1,32*10-6 mol/ l*s, pentru ki = 1,15*10-5a* la 60Ci a= 0,60. Reac ia de ntrerupere are loc prin ruperea legturii carbon- hidrogen, dup cum a rezultat din oxidarea deuterio-cumenului ceea ce ar explica formarea acetofenonei : 2C6H5C(CH3)2CO.C6H5C(CH3)2OOH + C6H5C CH2 + O2 CH3

C6H5 CCH2 + O2C6H5COCH3 + CH2O CH3O alt reac ie posibil este urmtoarea care contribuiei la propagarea lan ului: 2C6H5C(CH3)2OO.2C6H5(CH3)2O. + O2

C6H5C(CH3)2CH + R.2C6H5C(CH3)2O.C6H5COCH3 + CH3.Produ ii de oxidare intervin n cinetica oxidrii izopropil- benzenului. Stabilitatea hidroperoxidului deizopropi-benzenlatemperaturi ridicateareoimportan esen ial pentru condi iile de reac ie ale instala iilor industriale. Au fost stabilite temperaturile de 28ncepereadescompunerii termiceviolente(explozienvolumnchis)i temperaturade ncetare a descompunerii n cazul unei rciri eficientei rapide. Constantele vitezei reac iei de descompunere termic a hidroperoxidului de izopropil- benzen pur sunt:K100C =0,00198 h-1 K110C =0,00445 h-1 K120C =0,0103 h-1 Energia de activare a reac iei este de 23,8 kcal/mol.Descompunerea hidroperoxidului de cumenVaria ia timpului de descompunerei a constantei efective a vitezei de reac ie, n func ie de concentra ia acidului sulfurici a acetonei, sunt date n tabelele2 i 3: Tabelul 2. Varia iatimpului dedescompunereadincantitateadehidroperoxidi a constantei efective de reac iei n func ie de con inutul n acid sulfuric, la 20C. Concentra ia ini ial n hidroperoxid 2,0710 -2mol/litru. Raportul fenol:aceton 1:6,5.Con inutul n H 2SO4 [mol] Timpul [1/2 min] kef [min-1]0,00918 2,5 0,2780,00459 3,0 0,2300,00229 5,0 0,138Tabelul 3. Varia ia constantei efective de reac ie, k ef, n func ie de con inutul n aceton al amestecului de reac ie, la 20C. Concentra ia ini ial n hidroperoxid 2,0710 -2mol/litru. Concentra ia ini ial n acid sulfuric 0,45910 -2 mol/litru.Con inutul n aceton a amestecului [%]kef[min-1]50 1,7086,5 0,230100 0,035n mediul de fenoliaceton, viteza de reac ie se deprteaz de ordinul 1 fa de acid datorit formrii unui compus ntre acetoni acid:

RC O + H2SO4RC OHOSO3RR(1)Constanta de echilibru a reac iei este:

Kp==OCacetona H2SO4OCacetonaH2SO4- OCtUnde: [OC] este concentra ia compusului format ntre acetoni acidul sulfuric; [aceton] concentra ia acetonei; [H2SO4]t concentra ia total a acidului sulfuric; [H2SO4]- concentra ia acidului sulfuric liber. Din reac ia (1) rezult: 29

OC =Kpacetona H2SO41 + KpacetonatConcentra ia acidului liber va fi : H2SO4H2SO4OCt= -= H2SO4t1 - Kpacetona1 + Kpacetona(2) Din rela ia (2) rezult c la concentra ii mici de aceton [H 2SO4] = [H2SO4]t, vitezareac iei dedescompuneretrebuiescreasc. Prezen aapei ducelamic orarea vitezei de reac iei a hidroperoxidului. Pentru desf urarea n condi ii optime a reac iei, concentra ia acidului sulfuric trebuie s fie cuprins ntre 0,07i 0,15% fa de greutatea hidroperoxidului supus descompunerii, i temperaturi de 40-60C. Cu cre terea temperaturii de la 50 la 80C, randamentul n aceton scade de la 98-99% pn la 89%, iar n fenol de la 98% pn la 80-82%, din cauza intensificrii reac iilor secundare. Industrial se folose te acidul sulfuric, n func ie de concentra ia acestuia reac ia decurgnd n sistem omogen sau heterogen. B. Mecanismul de reac ie Tehnologia de ob inere concomitent a fenoluluii acetonei Procedeul deob inereconcomitentafenolului i acetonei arelocnmai multefaze tehnologice:a) Ob inerea izopropil-benzenului prin alchilarea benzenului cu propen :

C6H6 + H2CCH

CH3 C6H5 CH CH3CH3b) Oxidarea izopropil benzenului la hidroxid de izopropil- benzen: Ini ierea reac iei are loc prin intermediul unei molecule active, prin absorb ia unei cuante de lumin sau n cazul oxidrii cu oxigen :

RH + O2 R. + HO2. Reac iile de propagare decurg dup mecanismul general acceptat al oxidrii hidrocarburilor: R. + OOR O O. R O O. + RH RO OH +R.kv R. + O O R O O.30 2 ROO. produsi neradicalici + O2ktReac ia de ntrerupere are loc prin ruperea legturii carbon- hidrogen, dup cum a rezultat din oxidarea deuterio-cumenului ceea ce ar explica formarea acetofenonei : 2C6H5C(CH3)2CO.C6H5C(CH3)2OOH + C6H5C CH2 + O2 CH3

C6H5CCH2 + O2C6H5COCH3 + CH2O CH3Reac iacontribuiei la propagarea lan ului:

2C6H5C(CH3)2OO.2C6H5(CH3)2O. + O2 C6H5C(CH3)2CH + R.2C6H5C(CH3)2O.C6H5COCH3 + CH3.O alt reac ie de ntrerupere este: 2C6H5C(CH3)2O. C6H5C(CH3)2OO(CH3)2OC6H5Se presupune c radicalii dau un intermediar de forma:

2C6H5C(CH3)2OO. C6H5C(CH3)2OOOO(CH3)2CC6H5 Deoarece n cazul radicalului C6H5C(CH3)2OO.nu poate avea loc o reac ie de transfer de hidrogen, ca n cazul radicalilor primariisecundari, intermediarul instabil se poatedescompunefielaperoxiddecumil i oxigen(1), avndlocastfel ntreruperea lan ului de reac ie, fie la acetofenon (2) contribuind astfel la reac ia de propagare.

C6H5C(CH3)2OOOO(CH3)2CC6H5C6H5C(CH3)2OO(CH3)2CC6H5 + O2 (1)2C6H5COCH3 + CH3OO. + CH3. (2) Oxidarea n emulsie31 Reac ia decurge prin lan uri ramificatei este frnt de produsele de reac ie: hidroperoxid de izopropil-benzen, acetofenon, aceton, acid benzoic, acid formicialte produse. Succesiunea formrii lor poate fi reprezentat prin schema: C6H5C(CH3)2OOHC6H5COCH3C6H5COCHOC6H5COCH2OHC6H5COOHHCOOHHCHO CH3C6H5CHCH3CH3C6H5C OHCH3C6H5OH+(CH3)2CO La 120-150C dimetilfenil-carbinolul reac ioneaz foarte u or cu hidroperoxidul formnd peroxid: C6H5C(CH3)2OOH + C6H5 C OH C6H5C(CH3)2OO(CH3)2CC6H5 + H2OCH3CH3 Peroxidul de izopropil-benzen mre te puternic descompunerea n urma inducerii reac iei dedescompunereprinradicalicumil,forma iprin interac iunea dintreizopropil-benzen (cumen) prin radicali hidroxi-cumil:

C6H5 COOCC6H52C6H5CO.CH3CH3 CH3CH3CH3CH3 C6H5 C H + C6H5 C O.C6H5 COH + C6H5C.CH3CH3 CH3CH3CH3CH3CH3 CH332 C6H5 COOH + C6H5 C. C6H5 C OH + C6H5CO.CH3 CH3CH3 CH3CH3CH3CH3CH3c)Concentrarea hidroperoxidului de izopropil benzen d)Descompunereahidroperoxidului deizopropil-benzennfenol i aceton fr afi nso it de reac ii secundare. C6H5 COOH + H+ C6H5 OH + CH3COCH3CH3

CH3 Pentru reac ia de descompunere s-a propus urmtorul mecanism: C6H5 CCH3

CH3

O OH C6H5C CH3CH3O++C CH3CH3O C6H5H+

+C CH3CH3O C6H5+ C6H5CH3CH3O OHC6H5CCH3CH3O++ HOCCH3CH3OC6H5 Condensarea fenolului cu dimetil-fenil-carbinol cu formarea cumil-fenolului:

C6H5 COH + C6H5OH C6H5 CC6H5 OH + H2O CH3 CH3 CH3CH3Deshidratarea dimetil-fenil-carbinolului format n reac ia de ob inere a dimetil-fenil- carbinolului din hidroperoxid:

C6H5 COH

C6H5 CCH2 + H2O CH3

CH3 CH3Adi ia -metil-stirenului la fenol: 33

C6H5C CH2CH3+ C6H5OH C6H5CH CH2 C6H5OHCH3Condesarea fenolului cu aceton cu formarea bis- fenolului A (dian):

C6H5OH + C O + C6H5OHCH3CH3HOC6H4C C6H4OHCH3CH3e)Neutralizarea amestecului de fenol i aceton ob inut dup descompunerea hidroperoxidului;f) Separarea fenoluluiiacetonei . HOC CH3CH3OC6H5C6H5OH + COCH3CH31.4.2.2. Termodinamica procesului[9] Reaciile care stau la baza tehnologiei de obinere a fenolului prin procedeul cumen sunt:

C6H6 + C3H6C9H12(1)

C9H12+O2C9H12O2(2)

C9H12O2 C6H6O+C3H6O(3)Studiul termodinamicaunui processtehnologicpresupuneestimarea urmtoarelor mrimi termodinamice: Entalpia; Entropia; Energia liber Gips. Entalpia se calculeaz cu relaia:Hr = p Hf,p r Hf,r , unde :p, r numr moli produs de reac ie / reactant; Hf,p cldura de formare a produ ilor de reac ie(kJ/mol); Hf,r cldura de formare a reactan ilor(kJ/ mol). Entropia se calculeaz cu relaia:S298= iSmPentruotemperatur oarecarevariaiadeentropiecarensoeteoreaciechimicse calculeaz cu relaia: CP=iCPiEnergia liber Gibs (G) se calculeaz cu relaia:GT = HT-TSTn tabelul 4 sunt prezentate datele termodinamice ale reactanilor i produilor de reacie pentru reacia (1). Tabelul 4.Datele termodinamice ale reactanilor i produilor de reacie pentru reacia (1). Reactan i Produ i de reac ie C6H6C3H6C9H12H0298 kJ/mol 49,04 20,41 -28,9134Hr, kJ/mol -298,35 -298,35 -298,35Sm, J/mol*K 173,2 220,4 1889,65S0298, J/mol*K 2283,25 2283,25 2283,25Cp, J/mol*K 136,1 63,89 205,24Cp, J/mol*K 405,23 405,23 405,23T, K 531,15 531,15 531,15ST, J/mol*K 3232,87 3232,87 3232,87HT, kJ/mol 94180,84 94180,84 94180,84GT, kJ/mol -1622958.1 -1622958.1 -1622958.1ln K 3,68*1053,68*1053,68*105Concluzii :Hr < 0 reac ie exoterm ST > 0 reac ie spontan n sensul procesului GT< 0 reac ia decurge de la stnga la dreapta .n tabelul 5 sunt prezentate datele termodinamice ale reactanilor i produilor de reacie pentru reacia (2).Tabelul 5.Datele termodinamice ale reactanilor i produilor de reacie pentru reacia (2). Reactan i Produ i de reac ie C9H12O2C9H12O2H0298 kJ/mol -28,91 294,91 -91,63Hr, kJ/mol -731,62 -731,62 -731,62Sm, J/mol*K 1889,65 160,95 2185,83S0298, J/mol*K 4263,43 4263,43 4263,43Cp, J/mol*K 205,24 8,212 215,24Cp, J/mol*K 425,48 425,48 425,48T, K 398,15 398,15 398,15ST, J/mol*K 5150,35 5150,35 5150,35HT, kJ/mol 41880,2 41880,2 41880,2GT, kJ/mol -2009129,8 -2009129,8 -2009129,8ln K 6,07*1056,07*1056,07*105Concluzii :Hr < 0 reac ie exoterm ST > 0 reac ie spontan n sensul procesului GT< 0 reac ia decurge de la stnga la dreapta .n tabelul 6 sunt prezentate datele termodinamice ale reactanilor i produilor de reacie pentru reacia (3).Tabelul 6.Datele termodinamice ale reactanilor i produilor de reacie pentru reacia (3). Reactan i Produ i de reac ie C9H12O2C6H6O C3H6OH0298 kJ/mol -91,63 -162,8 -247,7Hr, kJ/mol 714,05 714,05 714,0535Sm, J/mol*K 1889,65 142 200S0298, J/mol*K 2347,83 2347,83 2347,83Cp, J/mol*K 215,24 134,7 125Cp, J/mol*K 474,94 474,94 474,94T, K 323,15 323,15 323,15ST, J/mol*K 3300,83 3300,83 3300,83HT, kJ/mol 12658,79 12658,79 12658,79GT, kJ/mol -1054017,4 -1054017,4 -1054017,4ln K3,93*1053,93*1053,93*105Concluzii :Hr < 0 reac ie endoterm ST > 0 reac ie spontan n sens invers procesului GT< 0 reac ia decurge de la stnga la dreapta .1.4.3. Bilanul de materialeBilan ul de materiale se face cu scopul de a determina cantit ile de materiale care intr, iesiseacumuleaz, seregenereazsauseconsumntr-unprocesindustrial, ntr-un anumit timp.n cadrul bilan ului de materiale trebuie definit baza de timp. n cazul proceselor continuue se poate face bilan ul de materiale pe lun, pe zi, pe or sau pe un interval de timp scurt.n cazul nostru se va face bilan ul de materiale pe or. Forma general a bilan ului de materiale este: materiale intrate = materiale ie it Pentru a realiza un bilande materiale avem nevoie de: 1. Fondulanual de timp (330 zile pe an) Instala ia de ob inere a produsului func ioneaz dup un procedeu continuu n trei schimburi a cte 8 ore fiecare (24 de ore/zi).Se calculeaz produc ia orar a fenolului cu urmtoarea rela ie: Porara = Pan.103330.24kgh; Pteoretic= Pan.103330.24kgh;.nTDate tehnologice:Randamentul de alchilare = 100 % ;Randamentul de oxidare = 95%;Randamentul de distilare = 98%; Se formeaz polialchila i 9,4% fa de cumen; Conversia propenei este 99,2%;Concentra ia propenei este 74%, restul fiind propan; Conversia cumenului este de 97%;Pentru oxidarea izopropil-benzenului se folose te oxigen din aer (21% O 2,i 79% N 2);Produc ia anual este 15000 tone pe an. Se stabilesc rela iile: Faza de alchilareRandamentul de alchilare = 100 % ;36Reac ii principale: C6H6+ C3H6C9H12C9H12 + O2C9H12O2C9H12O2C6H6O + C3H6O Reac ii secundare: C6H6+ C3H6 C6H4(C3H7)2Porara = 15000.103330.24= 1893,94 kg/hPteoretic= 15000.103330.24= 2034,3.0,931kg/h152kg hidroperoxid........................94kg fenol.............................58 kg acetonaa kg hidroperoxid........................2034.3kg fenol......................bkg acetonaa= 3289,5 kg hidroperoxidb= 1255,21 kg acetona120kg cumen........................32kg oxigen.............................152kg hidroperoxidc kg cumen.............................d kg oxigen ......................3289,5 kg hidroperoxidc = 2596,98 kg cumend = 692,53 kg oxigen100 kg aer........................21kg oxigen............................79kg azote kg aer.............................692,53kg oxigen ......................fkg azote = 3297,77 kg aerf = 2605,23 kg azotconversia cumenului 97% = 2596,98 *10097=2677,3 kg cumen mcumen nereactionat = 2677,3 - 2596,98 = 80,32 kg cumen nereactionat78kg benzen.......................42kg propena............................120 kg cumeng kg benzen..........................h kg propena ......................2677,3 kg cumeng = 1740,25 kg benzenh = 937,05 kg propenapolialchilati 9,4% din cumen =9,4100*2677,3 = 251,67 kg polialchilati3778kg benzen.......................2*42kg propena............................162 kg polialchilatig' kg benzen..........................h' kg propena ......................251,67 kg polialchilatig' = 121,2 kg benzenh' = 130,5 kg propenaMTbenzen= 121,2 + 1740,25 = 1861,45 kg benzenMTpropena= 130,5 + 937,5 = 1067,55 kg propen conversia propenei 99,2% = MTpropena*10099,2= 1076,16 kg propena concentratia propenei 74% = MTpropena*10074= 1442,64 kg propena introdusampropena nereactionata = 1442,64 - 1067,56 = 375,11 kg propena nereactionatampropan = 1442,64 - 1076,2 = 366,45 kg propanC6H6 : C3H6 7,4 : 17,4kg benzen.......................1kg propenaG kg benzen..........................1442,64 kg propena G = 10675,61 kg benzenmbenzen nereactionat = 10675,61 - 1861,43 = 8814,18 kg benzen nereactionatTabelul 7.Bilan ul de materiale pentru faza de alchilare Materiale intrate Cantitatekg/hCompozi ia, % masicDensitatea, kg/m3Debit vol. m3/hComp. % vol.Benzen 10675,61 67,64Propen 1442,64 9,14Propan 366,45 2,32Aer 3297,77 20,938Total15782,47 100Materiale ie ite Fenol 2034,3 12,89 1072 1,89 0,07Azot2605,23 16,5 1,25 2084,2 80,85Cumen 80,32 0,51 1055 0,076 0,003Aceton 1255,21 7,95 791 1,59 0,062Polialc 251,67 1,6 0,95 264,92 10,28Propan 366,45 2,32 494 0,74 0,03Propen 375,09 2,38 1,75 214,34 8,31Benzen8814,16 55,85 879 10,03 0,39Total15782,43 100 2577,79 100Faza de oxidareRandamentul de oxidare = 95%;Tabelul 8.Bilan ul de materiale pentru faza de oxidare Materiale intrate Materiale iesiteDenumire Cantitate, kg/h Denumire Cantitate, kg/hFenol2034,3 Fenol1932,59Azot 2605,23 Fenol netransformat 101,71Cumen80,32 Azot 2605,23Aceton 1255,21 Cumen80,32Polialchila i 251,67 Aceton 1255,21Propan 366,45 Polialchila i 251,67Propena375,09 Propan 366,45Benzen8814,16 Propena375,09Benzen8814,16Total 15782,43 Total 15782,432034,3 x 0,95 = 1932,59 kg fenol2034,3 - 1932,59 = 101,71 kg fenol netransformatFaza de distilareRandamentul de distilare = 98%; Materiale ie ite de la faza de oxidare = materiale intrate distilare Materiale cu p.f. < 100 reziduu (W) ( propan - 42,1C, propen - 47,4C, aceton 56,2 C, benzen 80,1C, azot -195,8C).Materiale cu p.f> 100 distilat (D) (fenol181,8C, cumen 152,4C).Se admit XD = 98%; XW = 2%.1932,59 x 0,98 = 1893,94 kg fenol1932,59 1893,94 = 38,65 kg fenol netransformatTabelul 9.Bilan ul de materiale pentru faza de distilare Materiale intrate Materiale ie ite Denumire Cantitate, kg/h Denumire Cantitate, kg/hFenol 1932,59 Fenol 1893,94Fenol netransformat 101,71 Fenol netransformat 140,36Azot 2605,23 Azot 2605,23Cumen 80,32 Cumen 80,3239Aceton 1255,21 Aceton 1255,21Polialchila i 251,67 Polialchila i 251,67Propan 366,45 Propan 366,45Propena 375,09 Propena 375,09Benzen 8814,16 Benzen 8814,16Total 15782,43 Total15782,4315782,438814,16 benzen.............375,09propena.............366,45propan............251,67 polialchila i.......1255,21 acetona.........80,32 cumen........2605,23 azot.......1893,94 fenol 100.X1 X2 X3. X4.. X5 X6.................. X7............X8X1 = 55,85 % benzenXF = 12,51 %X2 = 2,38 % propenaXD = 98 %X3 = 2,32 % propanXW = 2 %X4 = 1,6 % polialchila i X5 = 7,95 % aceton X6 = 0,51 % cumen (XF) X7 = 16,5 %azot X8 = 12,0 %fenol(XF) F= D+ WF* XF = D* XD + W* XWD = 1727,83W = 14054,615782,438814,16benzen...............375,09propena.............366,45propan.........251,67 polialchila i.......1255,21 acetona.........80,32 cumen........2605,23 azot.......1893,94 fenol 1992,344.X1 X2 X3. X4.. X5 X6............ X7.........X814800,05..Y1 Y2 Y3. Y4.. Y5 Y6.......... Y7.........Y8X1 = 964,96 benzen X2 =41,06 propena X3 = 40,12 propan X4 = 27,55 polialchila i X5 = 137,42 aceton X6 = 8,79 cumen X7 = 285,22 azot X8 =207,34 fenol

Y1 = 7849,2 benzenY2 = 334,03 propenY3 = 326,33 propanY4 = 224,11 polialchila i Y5 = 1117,8 acetonaY6 = 71,53 cumenY7 = 2320,01 azotY8=1686,6fenol1.4.4. Bilan ul termic Scopul bilan ului termic este de a calcula cantitatea de cldur schimbate ntre fluidei cantitatea de agent termic.Qi = QeQi = Q1 + Q2 + Q3Qe = Q4 + Q5 + Q6Q1 cldura adus de reactan i, kJ/h Q1 = mi * cpi * ti , unde :mi cantitatea de reactant i, care se introduce n reactor (kg).Cpi cldura specific a reactantului, J/kg*K.ti temperatura reactantului i, la intrarea n reactor.40Q1 = Qlichide + QgazeQgaz = Mgaz * cp gaz * TiQlichid = Mlichid * [cpl * Tfl + rv + cpv *(Ti - Tf)]Pentru lichide : Ti = 70Ci T e = 110CPentru gaze : Ti = 20Ci T e = 60CMateriale intrate:Benzen : 10675,61 kg, Tf = 80,1C, rv = 7,35Propen :1422,64 kg, Tf = -47,4CPropan : 366,45 kg, Tf = -18,3CAer : 3297,77 kg, Tf = -195,8CBenzen :Tf = 80,1C273,15 + 80,1 = 353,25 KCpe = -60,9 + 583,6*0,35325 + (-405,9)*(0,35325)2 + 137,7* (0,35325)3 + 0,45*(0,35325)-2 = 141,76 J/kg*KCpv = -60,9 + 583,6*0,34325 + (-405,9)*(0,34325)2 + 137,7* (0,34325)3 + 0,45*(0,34325)-2= 139,41 J/kg*KAzot : Ti = 20C = 293,15 KCpe = 31 +(-12,4)*0,29315 + 24,7*(0,29315)2 + (-10,5) + 0 = 29,21 J/kg*KOxigen : Ti = 20C = 293,15 KCpe=20,5+26,7*0,29315+(-15,6)*(0,29315)2+3,1*(0,29315)3+0,2*(0,29315)-2=27,18 J/kg*KPropen : Ti = 20C = 293,15 KCpe = -18,2 + 307,4*0,29315 +(-201)*(0,29315)2 + 55,4* (0,29315)3 + 0,61*(0,29315)-2 = 56,2 J/kg*KQliq. = 9954,28 kJ/hQgaz = 104736,97 kJ/hQ1 = Qliq. + Qgaz = 114690,86 kJ/hQ2 = cldura de reac ieQ2 = n * HiTemperatura de intrare n reactor 70C = 343,15 Knbenzen = 136,87 Kmolinpropen = 34,35 Kmolinizopropilbenzen = 0,7 KmoliHr = -731,62 kJ/molQ2 = 2612739,7 kJ/h Q3 cldura adus de agentul termicQ3 = Q5 = 0, deoarece nu avem agent termicQ5 cldura scoas de agentul termicQ4 = cldura scoas deprodu ii de reac ie Materiale ie ite:Fenol = 2034,3 kgAzot = 2605,23 kgCumen = 80,32 kgAceton = 1255,21 kgPolialchila i = 251,67 kg Propan = 366,45 kgPropen = 375,09 kgBenzen = 8814,16 kg41Fenol: Cpv Te = 110C 383,15 KCpl :Tf = 181,8C 454,95 KCpv = 130,66 J/kg*KCpl = 149,4 J/kg*KQl, fenol = 202817,86 kJ/hAzot : Te = 60C = 333,15 KCpe = 29,21 J/kg*KQg, azot = 163068,79 kJ/hCumen : Cpv Te = 110C 383,15 K Cpl :Tf = 152,4C 425,55 KCpv = 337,93 J/kg*KCpl = 209,78 J/kg*KQl, cumen = 11826,31 kJ/hAceton :Cpv Te = 110C 383,15 KCpl :Tf = 56,2C 329,35 KCpv = 89,24 J/kg*KCpl = 79,93 J/kg*KQl, aceton = 201254,59 kJ/hPropan : Cpv Te = 110C 383,15 KCpl :Tf = -42,1C 231,25 KCpv = 87,09 J/kg*KCpl = 48,59 J/kg*KQl, propan = 104021,89 kJ/hPropen : Te = 60C = 333,15 KCpe = -18,2 + 307,4*0,33315 +(-201)*(0,33315)2 + 55,4* (0,33315)3 + 0,61*(0,33315)-2 = 64,12J/kg*KQg, propen = 30516,54 kJ/hBenzen : Cpv Te = 110C 383,15 K Cpl :Tf = 80,1C 353,25 KCpv = 111,14 J/kg*KCpl = 100,95 J/kg*KQl, aceton = 1290068,6 kJ/hQ4 = 2003574,59 kg/hQp cldura pierdut n exterior.Qp = Q1 + Q2 - Q4Q1 = 114690,86 kJ/hQ2 = 2612739,7 kJ/hQ4 = 2003574,59 kJ/hQp = 114690,86 + 2612739,7 - 2003574,59 = 723856,1 kJ/h42CAPITOLUL IIPROIECTAREA UTILAJELOR2.1. Alegerea utilajului i a materialului de construcieMaterialele utilizate pentru construcia recipienilor sub presiune trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:- tehnice: rezisten mecanic, rezisten la coroziune;- tehnologice: deformabilitate, sudabilitate;- economice: materialul s nu fie scump sau deficitar.Pentru construcia recipientelor chimice care, n general, conin medii de lucru corozive i n acelai timp lucreaz la temperaturi ridicate, se utilizeaz tabla de oel aliat. Ca element de aliere, seutilizeazcrom, nichel, mangan,siliciu,molibden,etc.Cea maimare partea oelurilorsunt aliate cu crom i nichel. Att cromul ct i nichelul determin creterea rezistenei la coroziune, a rezistenei la rupere, a duritii, a limitei de curgere i de elasticitate. Alierea nichel cu crom crete clibilitatea oelului i rezistena la rupere, la temperaturi ridicate n condiii de coroziune. Utilizareaacestoroeluri estecondiionatde stabilireacu titan i niobiu, n vederea prevenirii coroziunii intercristaline. Un material este considerat bine ales, din punct de vedere al costului dac se asigur prin utilizare o ct mai bun folosire a caracteristicilor mecanice i a proprietilor materialului, la o proiectare judicioas. Materialul folosit la construcia recipientelor chimice n cazul tehnologiei de obinere a fenolului este: X5CrNi 18.9-W 1.4301 din 17440[10].Problemele de coroziune i protecie anticoroziv [11].Coroziunea reprezint fenomenul degradrii sau distrugerii corpurilor solide metalice sau nemetalice subaciunea chimic sauelectrochimic a mediului nconjurtor. Fenomenele de 43coroziunesepot clasificancoroziunechimic sauelectrochimic. Coroziuneachimic este provocat de aciunea medilor gazoase sau lichide, neconductoare de curent electric. Coroziunea electrochimic apare n urma interaciunii metalului cu mediile agresive de electrolii. Principala sa caracteristic o constituie existena unui curent electric care ia natere efectiv n timpul procesului de coroziune.nindustriachimicsentlnesctoatetipuriledecoroziunei nspecial coroziunean puncte intercristaline i selectiv. n practic se ntlnesc i tipuri speciale de coroziune cnd alturi deagentul corozivconcurladistrugereametalului i ali factori (microorganisme, tensiunile interne sau externe, etc.).Proteciampotrivacoroziunii reprezinttotalitateamsurilor careseiaupentruaferi materialele de construcie, instalaiile metalice de aciunea agresiv a mediilor lichide sau gazoase.Se poate aprecia ca economic o protecie anticoroziv dac:- sigur n timpul expoaltrii o ntreinere uoar;- nu mpiedic desfurarea normal a procesului tehnologic;- nu reacioneaz cu mediile date;- garanteaz calitatea produsului.Protecia anticoroziv se poate realiza pe urmtoarele ci:- alegerea raional a materialului anticoroziv;- alierea metalelor n scopul creterii stabilitii termodinamice;- tratarea mediului agresiv n scopul micorrii agresivitii sale, realizabil prin modificarea pH-ului, scderea temperaturii, folosirea inhibitorilor, etc.- aplicareametodelor electrochimicedeprotecieprinpolarizareacatodicsauanodica instalaiei metalice;- utilizarea materialelor nemetalice dintre care unloc principal l ocup masele plastice. La proiectarea i construcia reactoarelor chimice trebuiesc luate n considerare toate substanele cu care vin n contact i n funcie de aciunea coroziv a acestora, se vor alege materialele cele mai rezistente, pentru prelungirea la maximum a duratei de funcionare a utilajului.2.2. PROIECTAREA TEHNOLOGIC A REACTORULUI DE ALCHILARE. Reactorul dealchilareestedetipcoloan, alctuit dincapac, fundi virolcilindric. Amestecul de reacie intr n reactor cu temperatura de 70C iar compoziia acestuia este redat n tabelul 7. Timpul de contact n reactor este de 60 de minute.2.1.1. Determinarea volumului de catalizator i a dimensiunilor geometrice.Volumul de catalizator se poate determina din timpul de contact, viteza volumic sau din sarcina specific a catalizatorului:* *cat c vV t M [12]n care:tc timpul de contact, sMv debitul volumic de gaz care circul prin reactor, m3/s - coeficientul de siguran, cu valorile 1,25 1,50, 05 1ct s 1ct s 1, 5 Trebuie s transformm debitul volumic din condiii normale n condiii de lucru.000***v vp TM Mp T44Mv0 = 2577,79 m3/hMv = 3134,95 m3/h, n condi ii de lucru Mv = 0,87 m3/s* *cat c vV t M Vcat.= 1*0,87*1.5 = 1,305 m324**catcatVHDHcat = 0,26 mnlimea reactorului se determin cu relaia:cil c fH H h h + + [12]cilH - nlimea prii cilindrice a reactorului, m;ch - nlimea capacului reactorului;fh - nlimea fundului reactorului.n general capacul i fundul elipsoidal au aceiai nlime.nlimea prii cilindrice a reactorului se determin cu relaia:2cil fV V V [12]fV - volumul fundului reactorului, m3 (valoarea se ia din tabel)nlimea capacului elipsoidal se calculeaz cu relaia:4ecDh h + [12]h nlimea parii cilindrice a capacului, m;De diametrul exterior al reactorului.Volumul reactorului se calculeaz din volumul util folosind relaia:uVVuV - volumul util, respectiv volumul masei de reacie, m3; - coeficientul de umplere; 0,7-0,8 pentru lichidele care nu spumeaz.Vu = 6,12 m3 V = 7,65 m3Se admite raportul H/D 1,5.2*4DV H[12]*1, 51, 5HD H D 233,14* 4*7, 657, 65 * *1, 5 2, 554 1, 5*3,14DD D m Conform STAS Di = 2600 mm (tabel 3.5) [12]Diametrul exterior al reactorului se calculeaz cu relaia:2e i pD D + [12]45p - grosimea real sau de proiectare a virolei reactorului.Se admite iniial grosimea peretelui virolei reactorului. =8 mm[12]2600 2*8 2616eD mm + 4ecDh h +2, 6160, 025 0, 6794ch m + nlimea prii cilindrice a reactorului se calculeaz din volumul prii cilindrice a reactorului.3 32, 098*10fV m3 32* 7, 65 2*2098*10 7, 65 4,196 3, 456cilindru fV V V m 2**4cil cilDV H [12]( )23, 456*40, 683,14* 2, 55cilH m 2* 0, 68 2*0, 679 2, 04cil cH H h m + + 2.1.2. Calculul cderii de presiuneCderea de presiune poate fi determinat cu relaia:2* * *2fP gPvHd H nlimea stratului de catalizator, m;dP diametrul particulei de catalizator, m;vf viteza fictiv a gazului, m/s;- coeficientul de frecare.Coeficientul de frecare se determin cu relaia:0,250, 3164Re , pentru 3*103 < Re < 105, * *Ref P ggv d [13]Particulele de catalizator sunt de form cilindric cu dimensiunile: d = 2 3 mm; h = 5 6 mm.PPSd , d = 3mm, h = 5,5mm2 222 2 22 2 *4 4 2Pd d dS r rh h dh + + + ( ) ( )23 3 3 5 23*10 3*10 *5, 5*10 0, 00001413 0, 0005181 6, 594* 102PS m + + 5 26, 594*10PS m536, 594*102, 585*10PPSd m 4625 0, 025 h mm m ( )23134, 950, 043 /3600*3,14*6, 53600* *vfiMv m sD 1, 6092amestec 1 21 21amx x + [13]x1 , x2 concentraiile volumice ale componenilor n amestec;1 2, - vscozitile componenilor din amestec n Pa*s50, 525*10amestec * *Ref P ggv d 352, 585*10 *7,12*1, 6092Re 5641, 460, 525*10 - regim intermediar 0,250, 31640, 0375641, 46 ( )2230, 043 0, 26* * * 0, 037* * *1, 6092 0, 005532 2, 585*10 2fP gPvHd Pa = 5,53*10-4 Pa2.1.6. Calculul izolaiein scopul de a limita schimbul de cldur cu exteriorul i din punct de vedere a proteciei muncii se utilizeaz materiale termoizolante.Materialele termoizolante trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:- s aib conductivitate termic mic, sub 0,12 W/m*grad;- s aib densitate volumic mic;- s fie ieftin i s se monteze uor;- s nu fie corozive fa de metale;- s fie rezistente la temperatura de lucru, la umiditatea atmosferic, la aciuni mecanice.Materialele termoizolante sunt acele materiale la care coeficientul de conductivitate termic este mai mic de 0,12 W/m*grad. Principalele materiale termoizolante folosite n industria chimic sunt vata de sticl, vata de zgur i diatomitul. Vata de sticl se folosete sub form de saltele cu grosimea de 15 60 mm, se protejeaz la exterior cu carbon, asfalt, tabl galvanizat sau cu un strat degips. Vatadezgurseobineprinpulverizareacuaer sauabur azgurii topitedela cuptoarele siderurgice. Diatomitul este un pmnt natural izolant, se utilizeaz pn la o temperatur de 900oC.Ca material izolant alegem vata de sticl cu R = 0,05 W/m grad.1 21 1 21 1 1 1ln 2 * ln ln* * 2 * 2 * * *spiz m m PizP i P i sp iz spdd t t dd q d d d d 1 _ + + +1 1 , ][13]Semnificaia mrimilor din ecuaie este dat n figura 11 i reprezint:tm1, tm2 temperatura fluidelor 1 i 2, oC;4732, 585*10Pd mq1 pierderea specific de cldur pentru perete cilindric pe unitatea de lungime, W/m;di, dp, diz, dsp diametrul interior, exterior, al izolaiei i respectiv al stratului protector, m;1, 2 coeficientul individual de transfer de cldur pentru fluidul 1 i 2 (aer), W/m2 grad;P, iz, sp conductivitatea termic a materialului din care este construit aparatul, a izolaiei termice, respectiv a stratului protector, W/m grad.Pierderea specific de cldur se calculeaz cu relaia:( )1* 1PeQqL + [13]QP cantitat