Jakub Fiećko, Tomasz Godlewski, Patryk Derlukiewicz, Wojciech Gomoła I.Wstęp Głównym zastosowaniem pochodnych bezwodnika ftalowego jest utwardzanie żywic epoksydowych. Uzyskanie mieszaniny eutektycznej ma na celu otrzymanie utwardzacza w fazie ciekłej, co ułatwia proces utwardzania i przetwarzania (dozowania i mieszania w temperaturze pokojowej) żywicy epoksydowej. Podczas uwodornienia bezwodnika cis-Δ4-tetrahydroftalowego do bezwodnika kwasu heksahydroftalowego zachodzi równocześnie izomeryzacja substratu. Przy zatrzymaniu reakcji w odpowiednim momencie otrzymuje się mieszaninę eutektyczną bezwodników przedstawionych na schemacie poniżej: Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny II. Schemat ideowy IV. Schemat technologiczny III.Bilans masowy i wykres Sankey’a Proces otrzymywania ciekłej mieszaniny eutektycznej składa się z dwóch etapów. Pierwszym z nich jest synteza bezwodnika cis-Δ 4 -tetrahydroftalowego. W tym celu w reaktorze umieszcza się ciekły bezwodnik maleinowy, który stapia się w temperaturze 70°C. Nad cieczą utrzymuje się atmosferę osuszonego azotu, który zapobiega hydrolizie bezwodnika pod wpływem wilgoci. Następnie wprowadza się 1,3-butadien, przy jednoczesnym intensywnym mieszaniu i prowadzi się sześciogodzinną reakcję Dielsa-Aldera. Temperatura reakcji utrzymywana jest na poziomie 130°C, co zapobiega krzepnięciu bezwodnika cis-Δ 4 -tetrahydroftalowego, który ma temperaturę topnienia równą 103°C. Drugi etap polega na katalitycznym uwodornieniu części otrzymanego wcześniej bezwodnika, jednakże nie jest on prowadzony do końca – zatrzymuje się go w odpowiednim momencie. Dzięki temu otrzymuje się mieszaninę eutektyczną. Proces prowadzi się w tym samym reaktorze co pierwszy etap. W czasie uwodornienia zachodzi jednocześnie proces izomeryzacji substratu. Do reaktora dodaje się katalizator niklowy (Al/Ni) i wprowadza się osuszony wodór. Temperatura reakcji powinna wynosić 170°C, a proces prowadzi się przez 7h. Wodór doprowadzany jest w ilości 70% względem ilości stechiometrycznej, w związku z tym pozostałą część zawraca się do strumienia czystego wodoru. Przed procesem filtracji wprowadza się osuszony azot i usuwany jest strumień gazów, zawierający nieprzereagowany 1,3-butadien, azot i niewielkie ilości wodoru, który spala się w pochodni gazowej. Otrzymaną mieszaninę poddaje się filtracji i produkt w postaci mieszaniny eutektycznej przepompowuje się do zbiornika. Odfiltrowany katalizator przekazuje się do regeneracji. Rys. 1. Schemat ideowy procesu Rys. 2. Wykres Sankeya Rys. 3. Schemat technologiczny procesu Po sporządzeniu bilansu masowego procesu, w oparciu o odpowiednie dane literaturowe, wyniki przedstawiono w postaci wykresu Sankey’a: Na podstawie uzyskanych danych literaturowych oraz wykonanych obliczeń zaproponowano schemat instalacji technologicznej, który przedstawiono na poniższym rysunku: Rys. 2. Bilans masowy V.Ekonomia Aby otrzymać 50 ton produktu potrzeba 32207kg bezwodnika maleinowego, 17340kg 1,3-butadienu, 160kg katalizatora, 650kg wodoru i 2000kg azotu. Całkowity koszt surowców na 50 ton produktu wynosi 278tys. złotych. Koszty pracownicze zostały oszacowane na zł/rok. Koszty produkcji 1kg produktu zostały oszacowane na ok. 12,4zł. Nie uwzględniono jednak wydatków związanych z budową instalacji, wynajęciem budynku oraz pozostałych kosztów stałych i zmiennych. Cena 1kg produktu na rynku powinna wynosić 25-30zł.