Diseño del proceso de purificación de estireno mediante adsorción en alúmina

Abstract

En este trabajo se ha realizado el diseño del proceso de purificación de<br/>estireno mediante adsorción en alúmina. Esta purificación consiste básicamente en<br/>la separación de agua y el inhibidor de la polimerización, 4-terc-butil catecol (TBC),<br/>presentes en el estireno como etapa previa en la obtención del caucho sintético, ya<br/>que la presencia de estos compuestos dificulta y encarece dicha operación.<br/>Para determinar las condiciones experimentales de trabajo, se ha tomado<br/>como referencia un proceso operativo actualmente a escala industrial en la planta<br/>de fabricación de caucho sintético que la empresa Dynasol Elastómeros posee en<br/>Gajano (Cantabria). Así mismo, se ha empleado el estireno que esta empresa<br/>utiliza como materia prima que posee alrededor de 150 mg/kg de agua y 15 mg/kg<br/>de TBC.<br/>En primer lugar, se ha procedido a la determinación de los equilibrios de<br/>adsorción agua-alúmina y TBC-alúmina. A continuación, se ha efectuado una serie<br/>de experimentos dinámicos a escala de laboratorio en los que se han obtenido la<br/>evolución de la concentración de cada uno de los adsorbatos en el estireno a la<br/>salida de la columna de adsorción en función del tiempo. Posteriormente, se ha<br/>llevado a cabo el desarrollo del modelo matemático para lo que se han analizado<br/>las distintas etapas en el proceso de transferencia de materia, así como sus<br/>consecuentes resistencias, y se han obtenido los parámetros correspondientes.<br/>A continuación, se ha realizado un análisis del cambio de escala, para lo que<br/>se ha procedido a la construcción de una planta piloto en la propia factoría que<br/>produce el caucho sintético, en la que se han realizado diversos experimentos que<br/>han sido contrastados con las simulaciones que predecía el modelo matemático. La<br/>comparación ha permitido validar el modelo y los parámetros cinéticos.<br/>Finalmente, utilizando el modelo y los parámetros obtenidos en las etapas<br/>anteriores se ha simulado el proceso de purificación de estireno operativo a escala<br/>industrial.

In this work, the design of the purification process of styrene by adsorption<br/>onto activated alumina, has been carried out. The purification consists basically of<br/>removing water and a polimerisation inhibitor, 4-terc-butyl catechol (TBC), as a<br/>previous step in the manufacture of synthetic rubber.<br/>To determine the experimental working conditions, a real process that<br/>operates on industrial scale in a factory which produces synthetic rubber in Spain<br/>(Dynasol Elastómeros) has been taken as reference. The styrene used in this work<br/>is the industrial raw material and contains approximately 150 mg/kg of water and 15<br/>mg/kg of polimerisation inhibitor.<br/>First, adsorption equilibrium water-alumina and TBC-alumina have been<br/>studied. Then, some dynamic experiments on laboratory scale have been carried<br/>out in order to obtain breakthrough curves for both adsorbates. A mathematical<br/>model that describes the mass transfer process has been developed analysing the<br/>possible resistances, and the corresponding parameters have been obtained.<br/>To analise the scale-up of the adsorption process a pilot plant has been built<br/>in the synthetic rubber factory and the experimental results have been compared<br/>with the results predicted by the mathematical model. Finally, thanks to the<br/>mathematical model, the parameters that have been obtained during the laboratory<br/>scale experiments and its validation on pilot plant scale, a model that can describe<br/>the industrial process and can be useful to find the best operation conditions has<br/>been developed.