TEHNOLOGIE CHIMICA ORGANICATCO curs 1_2012/2013Conf.dr.ing. Petre CHIPURICI

Departamentul de Bioresurse si Stiinta PolimerilorCalea Victoriei 149 Laborator B015 -017Tel. 021 402 2706e-mail: petre.chipurici@gmail.com

OBIECTIVELE DISCIPLINEICursul ofera informaii despre sursele de materii prime necesare obinerii de compui organici. Sunt prezentate i analizate comparativ principalele procese de separare, conversie i purificare pentru obinerea hidrocarburilor i a celorlalte materii prime necesare sintezelor organice. Materia este sistematizat pe obinerea claselor de hidrocarburi i a celorlalte materii prime utilizate n sinteze organice. CONTINUTUL TEMATIC 1. Surse de materii prime pentru industria organic de sintez situaia rezervelor de surse de materii prime;compozitie chimic;procese de prelucrare primar 2. Obtinerea alcanilor separarea alcanilor inferiori prin fracionarea gazelor;procedee de separare a n-alcanilor (prin cristalizare, cu ajutorul combinatiilor de incluziune, prin adsorbie pe site moleculare);sinteza Fischer Tropsch ca surs de alcani; 3. Obtinerea alchenelor inferioare C2-C5 piroliza i cracarea catalitica; separarea etenei i propenei separarea componenilor fraciei C4 i C5 de la piroliza i cracare catalitic

5. Obtinerea hidrocarburilor acetilenice sinteza acetilenei; separarea si purificarea acetilenei; 6. Obtinerea hidrocarburilor aromatice procedee de obinere a hidrocarburilor aromatice (reformarea catalitic i piroliza); separarea i purificarea componenilor fraciei BTX (prin distilare azeotropica, distilare extractiva, extractie cu solventi); separarea hidrocarburilor aromatice din fractia C8 (separarea etilbenzenului si orto-xilenului, separarea si purificarea para-xilenului prin adsorbtie selectiva , prin cristalizare);izomerizarea xilenilor, hidrodezalchilarea, disproportionarea 7. Obtinerea gazului de sinteza si a hidrogenului conversia hidrocarburilor la gaz de sinteza; surse de hidrogenprocedee de purificare 4. Obtinerea alchenelor superioare C10-C20 piroliza blnd;dehidrogenarea alcanilor;oligomerizare i metatez

EVALUAREA

Activitatile evaluate si ponderea fiecareia:activitate la curs (rspuns la ntrebri, implicare n activitatea din cadrul cursului, teme de cas)10 % din nota finalactivitate individual (referat)15 % din nota finalactivitate practic (laborator)25 % din nota finalexamen final (scris)50 % din nota finalCerintele minimale pentru promovarepromovarea laboratorului;obinerea a 50 % din punctajul total;obinerea a 50 % din punctajul examenului finalCalculul notei finale prin rotunjirea punctajului final

BIBLIOGRAFIADavid S. J. Stan Jones and Peter r. Pujado, "Handbook of Petroleum Processing Springer, Dordrecht, 2008Meyers, Robert A Handbook of Petroleum Refining Processes, (3rd Edition) McGraw-Hill, New York , 2004 Mohammad Farhat Ali, Bassam El Ali, James Speight, Handbook of Industrial Chemistry Organic - Chemicals, Mc Graw-Hill, New York, 2005Chipurici Petre, Papahagi Lambrache, Gavrila Adina Ionuta, Tehnologie organica si Petrochimie. Materii prime, Ed. Royal Edimex, Bucuresti, 2003;A. Lupu, I. Iliuta, L. Papahagi, I. Calinescu, P. Chipurici, Indrumar de lucrari practice la cursul Bazele fizico-chimice ale proceselor din industria chimica organica, Litografia UPB, 2001

METODOLOGIA STUDIULUI PROCESELOR DIN INDUSTRIA CHIMIC ORGANICA NOIUNI DE BAZ

Factori care stau la baza aplicarii industriale a unui proces din industria chimic :plasarea obiectivului n apropierea unor importante surse de ap;amplasarea n vecintatea unor ci de comunicaie;personalul de operare trebuie s aib acces rapid la centre comerciale i culturale. Materii primeSurse de energieFiliere de obtinere a unui produsSchema procedeului de fabricaie reprezint o prim concretizare a datelor experimentale care urmeaz a fi aplicate practic la scar industrial.Procedeul de fabricaie reprezint ansamblul de operaii unitare la care sunt supuse materiile prime n vederea obinerii produsului dorit.Operaia unitar este o aciune de tip mecanic, fizic sau chimic care se efectueaz asupra materiei prime n curs de transformare. Flux tehnologic (sau flux de fabricaie) - succesiunea n timp i spaiu a operaiilor unitare la care este supus materia prim. Fluxul se reprezint printr-o schema de fabricaie.

Procedeele de fabricaie pot fi: ciclice, continue sau mixte n cadrul unui procedeu de fabricaie exist mai multe tipuri de fluxuri de operaii:fluxul principal asigur transformarea materiei prime n produi;fluxul secundar permite desfurarea fluxului principal (de exemplu, transportul materiei prime i combustibililor, controlul parametrilor temperatur i presiune);fluxul de serviciu asigur funcionarea fluxului principal i a celor secundare, fr a interveni n fabricaie (de exemplu ntreinerea utilajelor).ntre produsele care rezult dintr-un procedeu de fabricaie ntlnim:produsul principal este acela pentru care s-a ntreprins fabricaia;produii secundari care rezult n mod obiectiv din procesul de fabricaie cu toate c nu sunt dorite;materii prime netransformate care trebuie separate i reintroduse n ciclul de fabricaie.

Schema fluxului de operatii Alchilarea benzenului n faz lichid

Principalele simboluri grafice utilizate pentru reprezentarea utilajelor UTILAJE PENTRU TRANSPORT I DEPOZITARE

conducte de lichideconducte de gazeconducte de solide

compresorpomppomp centrifugventildozator

rezervor sub presiunerezervor sferic

rezervor deschidrezervor inchis

UTILAJE FOLOSITE PENTRU SEPARRI

coloan de distilare cu talerecoloan de distilare cu umpluturcoloan de extraciecoloan de stripare

UTILAJE FOLOSITE PENTRU SEPARRI

filtru rotativ inchisfiltru rotativ deschisfiltru

decantor separator gaz-solidseparator gaz-lichidvas separator

DISPOZITIVE DE TRANSFER TERMIC TIPURI DE REACTOARE

cuptor tubularprenclzitorrcitormanta serpentin

reactor cu agitare reactor cu catalizatorul n strat fixreactor tubular tip schimbtor de cldurreactor cu catalizator n strat fluidizat

Schema procedeului Alchilarea n faz lichid a benzenului cu eten1 - coloan de distilare azeotrop; 2 rcitor; 3,7 separator lichid-lichid; 4 - reactor de alchilare tip coloan cu barbotare; 5, 6, 8, 10 coloan de splare; 9 coloan de neutralizare; 11, 12 - coloan de distilare cu talere; 13 - refierbtor.

1. Asigurarea cu materii prime si energie se alege acel produs pentru care exista materia prima obtinuta la un cost mai micse alege procesul tehnologic pentru care consumurile specifice sunt reduse, iar subprodusele se obtin in cantitati mici si pot fi valorificatedatorita crizei de energie se aleg acele procese cu consumuri energetice reduse si recuperabile2. Calitatea produsului finitObtinerea direct din proces a unui produs cu un inalt grad de puritate

Utilizarea unui proces care conduce la produsi impurificati cu substante secundare implica operatii si instalatii in plus, pentru purificare, ceea ce determina consumuri de materiale, energetice si investitii superioare.CRITERII DE ALEGERE A UNUI PROCES TEHNOLOGIC

3. Cantitatea de produs finit ce trebuie obtinut in unitatea de timpDaca produsul trebuie obtinut in cantitate mare, atunci se alege un proces cu functionare continua. Desi acest proces necesita instalatii mai scumpe ca un proces cu functionare discontinua, devine rentabil, daca instalatiile sunt mari. Pentru produsele ce trebuie obtinute in cantitate mica in unitatea de timp, se aleg procesele tehnologice cu functionare discontinua, care sunt mai ieftine.4. Costul produsului finit.Pentru fabricatia unui produs se alege acel proces tehnologic care conduce la un cost minim al acestuia. Daca dintr-un proces rezulta si produse secundare nevalorificabile, desi produsul finit s-a obtinut la un cost egal cu cel obtinut din alt proces, care nu conduce la produsi secundari, se prefera acesta din urma.

BILANT DE MATERIALE (BM) SI BILANT TERMIC (BT)Bilant de materiale

BM constituie, alaturi de BT, baza tuturor calculelor tehnologice cu ajutorul carora se determina numarul si dimensiunile principale ale utilajelor necesare realizarii unui proces dat, in conditiile unei capacitati de productie impuse.Pentru o instalatie existenta, urmarirea circulatiei materialelor se face pentru descoperirea unor strangulari in fluxul de materiale, a pierderilor nejustificate, a variatiei compozitiei pe traseu, oferind date pentru optimizarea fluxurilor de materiale din procesul tehnologic Baza de calcul a BM este comuna tuturor proceselor, fiind o aplicare a principiului conservarii masei:

Mase substante intrate + Mase substante existente = Mase substante iesite + Mase substante ramase

- Intocmirea BM in industria organica prezinta un grad inalt de dificultate si specificitate datorate: complexitatii compozitiei amestecurilor de reactieexistentei recircularilorimposibilitatea (in unele cazuri) de separare a BM de BT, datorita specificului procesului, in care agentul termic intra nemijlocit in circuitul de materialeLa procesele continue masele se raporteaza la unitatea de timp, adica se inlocuiesc cu debitele masurate de obicei in kg/ora, iar la cele discontinue in kg/sarjaBM poate fi de doua feluri: bilant partial si bilant general

Bilant termic

BT se stabileste in vederea determinarii consumurilor specifice de caldura si agenti termici, necesare pentru realizarea unui proces tehnologic.BT este o particularitate a legii conservarii energiei aplicata la un sistem fizico-chimic, in care variaza numai energia calorica:

Calduri intrate sau generate + Calduri existente = Calduri iesite sau consumate + Calduri ramase in sistem

Pentru procesele ce decurg fara variatie de volum (V=ct.), cantitatea de caldura schimbata cu mediul inconjurator este egala cu variatia energiei interne a sistemului:Q = U Pentru procesele ce decurg fara variatia presiunii (p=ct.), cantitatea de caldura schimbata cu mediul inconjurator este egala cu variatia entalpiei sistemului:Q = HPentru intocmirea BT se utilizeaza caldurile sensibile si caldurile de transformare. Caldurile sensibile sunt caldura specifica sau capacitatea calorica, iar caldurile de transformare sunt caldura de vaporizare si caldura de topire.Cantitatea de caldura acumulata de un corp de masa m la trecerea acestuia de la temperatura t1 la t2 este data de relatia:

Q = H = t1t2mcpdt = m+t1t2cpdt

unde cp = caldura specifica in J/kg grad sau cal/kg gradDaca m este in moli, atunci cpdevine capacitate calorica molara Cp

Conversie si randament

Efectuarea BM pentru un proces chimic implica cunoasterea a doua marimi care caracterizeaza stadiul transformarii chimice a materiei prime: Conversia reactantilor (gradul de transformare al reactantilor)Randamentul de produse finiteConversia unui reactant (X) se poate defini:

In care: n = numarul de moli de substanta transformata prin reactia chimican0 = numarul de moli de substanta din amestecul de alimentareRandamentul in produs calculat in raport cu materia prima transformata, cu considerarea proportiilor stoichiometrice:

In care np = numarul de moli de produs obtinutn0 = numarul de moli de materie prima transformata

Randamentul se raporteaza de obicei la asa numitul reactant limitat cel care participa in proces in proportiile stoichiometrice cele mai mici.

INDICATORI TEHNICO-ECONOMICI

Indicatorii tehnici sunt calculai utiliznd valorile culese direct din instalaie. Indicatorii economici sunt:indicatori de consum: consum specific, bilan de materiale i de energie, randament; ei se refer la materiile prime;indicatori de utilizare a utilajelor: capacitatea de producie, utilizarea intensiv i extensiv a utilajelor; aceti indicatori privesc utilajele;indicatori sintetici, care prezint performanele procedeului de fabricaie la modul global, cum ar fi de exemplu costurile de producie, beneficiul etc.

Indicatori de utilizareDac indicatorii de consum se refer la modul n care sunt utilizate materiile prime, indicatorii de utilizare ne arat cum sunt utilizate utilajele. Cei mai importani indicatori din aceast clas sunt:capacitatea de producie reprezint cantitatea de produs principal ce poate fi obinut cu ajutorul unui utilaj n unitatea de timp, utilajul fiind n bun stare de funcionare i exploatat corect. Pentru compararea a dou utilaje care execut acelai lucru, se poate calcula un alt indicator derivat din primul: capacitatea specific de producie sau indicatorul de utilizare intensiv. El se determin mprind capacitatea de producie la valoarea unei dimensiuni caracteristice a utilajului (de exemplu volumul pentru un reactor, puterea motorului pentru un malaxor).indicatorul de utilizare extensiv este un alt indicator din aceeai clas. El este definit prin raportul dintre timpul ct utilajul este utilizat i timpul total n care ar putea fi utilizat.

Printre cauzele frecvente de oprire a unui utilaj se pot meniona:corelare incorect a capacitilor de producie a utilajelor din amonte i aval n lanul de fabricaie. Dac utilajul are o capacitate de producie prea mare fa de cele care urmeaz, el trebuie oprit din timp n timp deoarece produce prea mult, i utilajele situate n aval nu pot s accepte surplusul. Dac din contr, utilajul are o capacitate de producie sczut, toate celelalte utilaje din lan trebuie oprite din timp n timp;absena materiilor prime sau energiei din cauza proastei gestionri a ntreprinderii;slaba disciplin n munc.

Tema Intocmirea bilantului de materiale

Pentru obtinerea a 1000 kg monoizopropilbenzen necesar fabricarii fenolului, se supune alchilarii benzenul cu propena. La alchilare se obtin produsi secundari de reactie, diizopropilbenzen si triizopropilbenzen, care intr-o a doua faza a procesului sunt dezalchilati la monoizopropilbenzen.Stabilindu-se prin analiza compozitia masei alchilate dupa prima faza ca fiind 40% din greutatea benzenului introdus, iar masa alchilata formata din 22% monoizopropilbenzen, 10% diizopropilbenzen si 8% triizopropilbenzen, sa se determine cantitatile de materii prime (benzen si propena) si sa se intocmeasca bilantul de materiale, neglijindu-se pierderile.