Tehnologia fabricării stirenului

1. Date generale despre stiren

Stirenul, cunoscut de asemenea si ca vinilbenzen, este un compus organic cu formula chimica , a carui formula structurala arata astfel:

Stirenul se prezinta ca un lichid incolor, care se evapora usor, avand un miros placut, insa cu cresterea concentratiei, mirosul poate fi neplacut.

Denumirea de ‚stiren’ provine de la copacul de Styrax din a carui seva poate fi extras stirenul. Cantitati mici de stiren se gasesc in plante, dar si intr-o varietate de alimente, precum fructe, legume, alune, bauturi si carne.

Productia de stiren in SUA a crescut dramatical in anii 1940 cand au fost folositi masiv ca si intermediari de sinteza pentru cauciucul sintetic. Este cunoscut prin utilizarile sale in domeniul productiei polimerilor, fiind un precursor al polistirenului si al multor copolimeri, prezenta gruparii vinil permitand stirenului sa polimerizeze. In prezenta aerului, stirenul sufera un proces de oxidare, in urma caruia se formeaza peroxizi capabili sa initieze polimerizarea sa. Stirenul are o mare capacitate de a polimeriza atat prin mecanism radicalic, cai si ionic.Produsii comerciali semnificativi obtinuti din stiren sunt atat cauciuc, cat si mase plastice, materiale de izolatie, fibre de sticla, tevi, automobile, containere pentru mancare si suporturi pentru covoare.

2. Materii prime necesare fabricarii stirenului

Ca materie prima folosita pentru obtinerea in cantitati industriale a stirenului este etilbenzenul, iar metodele de obtinere pot fi:

- dehidrogenarea etilbenzenului

- clorurarea in catena a etilbenzenului, urmata de hidroliza la alcoolul corespunzator si deshidratarea la stiren

- oxidarea etilbenzenului la hidroperoxidul de etilbenzen, care reactioneaza cu propena pentru a da -feniletanol si propenoxid, iar -feniletanol este mai apoi deshidratat la stiren

Stirenul se poate obtine si din acetofenona transformandu-o in -fenil-etil-amina, care se poate apoi descompune termic, dupa ce in prealabil a fost tratata cu acid clorhidric.

Pentru sinteza stirenului in laborator se pot folosi ca materii prime acidul cinamic sau sarurile sale.

Cu toate ca stirenul se poate obtine prin mai multe procedee, industrial, singurul procedeu aplicat consta in dehidrogenarea etilbenzenului. In aceste conditii, procesul tehnologic pentru sinteza acestui monomer necesita doua etape: sinteza etilbenzenului si dehidrogenarea etilbenzenului.

Exista doua posibilitati pentru obtinerea etilbenzenului:

- alchilarea benzenului cu etena

- separarea etilbenzenului din fractia xilenica rezultata la reformarea catalitica a hidrocarburilor naftenice

Importanta majora prezinta primul procedeu, motiv pentru care, in continuare, se va prezenta numai aceasta.

Alchilarea benzenului cu etena

Reactia de alchilare a benzenului cu etena are loc conform reactiei:

Alchilarea benzenului cu etena are loc in conditii mult mai dure in comparatie cu alchilarea cu propena. Din aceste motive, la alchilarea benzenului cu propena pentru obtinerea cumenului, prezenta etenei nu deranjeaza, deoarece nu participa la reactie. In schimb, la fabricarea etilbenzenului, prezenta propenei in etena este nedorita pentru ca interactioneaza preferential cu benzenul.

Alchilarea benzenului cu etena se poate realiza in faza lichida sau in faza de vapori.

Fazele procesului pentru alchilarea benzenului cu etena in faza lichida sunt: prepararea complexului catalitic, alchilarea, separarea si recircularea complexului, dezagregarea catalizatorului antrenat de etilbenzenul brut, spalarea si neutralizarea produsului alchilat, urmat de purificarea etilbenzenului. Procesul are loc in sistem continuu. Reactia se desfasoara la temperaturi cuprinse intre 80 - 130 C (functie de presiune), timpul de stationare fiind de 60 minute, iar reactia exoterma.

Conform procedeului de alchilare a benzenului in faza gazoasa, temperaturile de lucru vor fi de 200 - 250 C si presiunea de 14 atm, drept catalizator folosindu-se acidul fosforic depus pe kiesselgur. Acest procedeu are lor in reactoare cu catalizatorul in pat fix. Avantajul procedeului consta in posibilitatea de a se utiliza gaze cu continut mai sarac in etena. Pentru obtinerea unro conversii ridicate ale etenei si randamente mari in etilbenzen, se lucreaza la rapoarte mari benzen/etena (5:1 pana la 10:1). Procedeul prezinta dezavantajul recircularii unor cantitati mari de benzen. In acelasi timp, catalizatorul nu este activ in procesul de transalchilare, motiv pentru care recuperarea polialchilbenzenilor se realizeaza pe catalizator de clorura de aluminiu.

3. Parametrii reactiei de obtinere a stirenului

Desi exista mai multe metode de sinteza a stirenului, acesta este de obicei obtinut prin dehidrogenarea etilbenzenului, metoda care se poate realiza prin mai multe procedee, precum:

- dehidrogenarea termica

- dehidrogenarea oxidativa prin via fenil-metil-carbinol

- dehidrogenarea oxidativa prin via peroxidului etilbenzenului

In continuare vom discuta tehnologia de obtinere a stirenului prin dehidrogenare termica.

Reactia de obtinere e o reactie de dehidrogenare, care decurge in conditii de temperatura ridicata, presiune scazuta si in prezenta unor catalizatori:

unde = -28,7 kcal/mol.

Tehnologii de obtinere a stirenului.

Facultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor, UPB