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REPUBLIQUE TUNISIENNE Ministère de l’Enseignement Supérieur, de la Recherche Sc

REPUBLIQUE TUNISIENNE Ministère de l’Enseignement Supérieur, de la Recherche Scientifique Université de Gabès RAPPORT DE SUJET DE PROJET TUTORE Présenté à L’Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Gabès En vue de l’obtention de la Master Professionnel en Chimie Industrielle & Procédés Préparé par : GHileb Rihab Kilani Ahlem Etude du procédé SOHIO pour la production de l’acrylonitrile (C3H3N) Encadré par : BOUMNIJEL IBTESSEM Année Universitaire 2019-2020 Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Gabès Master Professionnel En Chimie Industrielle & Procédés Remerciement Ce modeste travail est le fruit des efforts et des sacrifices consentis par les sacrifices consentis par les enseignants de l’institut qui ont su guider nos pats dans la voie de la recherche et de la connaissance .nous prions Allah qu’il récompense ces nobles enseignants. Nous remercions en particulier : Mme Boumnijel Ibtissem et Mme chermiti Imen , pour ces précieux conseils, leur disponibilité et leur compréhension . Sans oublier ceux qui ont participé de prés ou de loin à réaliser ce projet Résumé L'acrylonitrile est un monomère hautement réactif et hydrocarbure insaturé. Il est utilisé comme matière première dans le production de fibres, colorants; anti-oxydants. Industriel la production d'acrylonitrile est réalisée par le procédé Sohio. La production mondiale d'acrylonitrile est assurée par Sohio processus qui est l'ammoxydation en phase vapeur du propène. L’avantage du procédé est la forte conversion des réactifs avec un temps de séjour minimum. L'air, l'ammoniac et le propène sont introduit dans le réacteur fonctionnant à une pression de 0,3 à 2 atm et 350°C-510°C. L'ammoniac et l'air doivent être fournis au réacteur en excès de proportions stœchiométriques que l'excès d'air est nécessaires à la régénération du catalyseur et à l'excès l'ammoniac rapproche la réaction de l'achèvement. La réaction est hautement exothermique. Le produit en phase gazeuse flux est écrasé en phase liquide par contre-courant absorbeur d'eau pour éliminer les gaz inertes et récupérer la réaction des produits. Mélange d'acrylonitrile, d'acétonitrile, d'oxydes de carbone et du cyanure d'hydrogène se forment. La surtension du produit est envoyée à fractionner pour éliminer le cyanure d'hydrogène. L'acrylonitrile est séparé de l'acétonitrile par distillation extractive. Sommaire Introduction Générale ....................................................................................... 1 Chapitre 1 : Etude Bibliographique .................................................................. 3 I. Introduction ...................................................................................................... 4 II. L'Acrylonitrile .................................................................................................. 4 1. Définition ...................................................................................................... 4 2. Propriétés physico –chimique ...................................................................... 5 3. Utilisations .................................................................................................... 6 III. Procède de fabrication de l’Acrylonitrile ..................................................... 6 1. Procèdes de SOHIO ...................................................................................... 6 2. Production à partir d'éthylène cyanohydrine ................................................ 7 3. Production à partir d'acétylène et d'acide cyanhydrique ............................... 7 IV. Description de procédé SOHIO .................................................................... 8 Chapitre 2 : Bilan matière et thermique d’un réacteur à lit fluidisé. ............. 10 I. Bilan matière .................................................................................................. 11 II. Données .......................................................................................................... 11 III. Calcule de Bilan matières ........................................................................... 13 1. Calcul des débits molaires a l’entrée ......................................................... 13 2. Calcul des débits molaires a la sortie : ....................................................... 15 3. Calcule de Bilan thermique ......................................................................... 18 Chapitre 3 : Dimensionnement d’une colonne de distillation ........................ 21 I. Introduction .................................................................................................... 22 II. Méthode de Mac Cabe et Thiele ..................................................................... 22 1. Colonne à distiller ....................................................................................... 22 2. Principe de méthode de Mccabe et thiele : ................................................. 24 3. Le reflux minimum ..................................................................................... 26 4. Détermination de nombre de plateaux théorique NPT: ............................. 27 Conclusion Général ........................................................................................ 30 Références bibliographique ............................................................................ 31 Liste des Figures Figure1 : structure de l’acrylonitrile. ....................................................................... 4 Figure2 : Procédé de SOHIO .................................................................................. 8 Figure3 : Bilan matières sur le recteur fluidisé ...................................................... 11 Figure 4 : Taux de conversion de chaque équation dans un réacteur fluidisé ....... 12 Figure 5: Différentes zones d'une colonne de distillation ...................................... 23 Figure 6: Construction de McCABE & THIELE pour une colonne à distiller fonctionnant en continu avec une alimentation sous forme liquide bouillant ....... 24 Figure7 : représentation de nombre d’étage minimal ............................................ 26 Figure 8 : Courbe d’équilibre ................................................................................. 29 Liste de tableau Tableau1 : Propriétés physique ................................................................................ 5 Tableau2 : Débit massique de chaque élément et le débit massique ..................... 12 Tableau 3: Résultats du bilan de matière ............................................................... 17 Tableau 4 : composition des flux .......................................................................... 18 Tableau 5: Résultats du calcul des enthalpies de formation ................................. 19 ISSAT Gabés 1 Introduction Générale L'acrylonitrile est un intermédiaire chimique de grand volume (plus de 5 × 106 t / a) utilisé dans la production d'une large gamme de produits chimiques et polymères. La plus grande utilisation finale de l'acrylonitrile est la fabrication de fibres acryliques utilisées dans la fabrication de vêtements et d'articles d'ameublement. D'autres utilisations importantes sont dans la fabrication de résines acrylonitrile – styrène – butadiène (ABS) pour les polymères techniques, l'adiponitrile pour les polymères de nylon et l'arylamide pour fabriquer des homopolymères et des copolymères pour le traitement de l'eau et les applications de récupération du pétrole brut. Une application de spécialité émergente est dans la production de fibre de carbone qui trouve une application croissante en tant que matériau composite à haute résistance et de faible poids pour l'industrie du transport. L'acrylonitrile est une molécule réactive ayant deux sites chimiquement actifs, une double liaison carbone-carbone et un groupe fonctionnel nitrile. L'acrylonitrile polymérise facilement et nécessite une stabilisation chimique pour le stockage sous forme liquide. Il est fabriqué par le procédé d' amoxydation du propylène catalysé hétérogène dans lequel le propylène, l'ammoniac et l'air sont introduits dans un réacteur contenant un lit fluidisé d'un catalyseur d'oxyde métallique mixte breveté. Les usines de production d'acrylonitrile sont situées dans le monde entier, les principaux producteurs étant situés aux États-Unis, en Europe, au Japon et en Chine. La demande mondiale d'acrylonitrile croît à un rythme d'environ le produit intérieur brut (PIB) annuel, les capacités futures devant être concentrées en Chine et au Moyen-Orient. L'acrylonitrile liquide est inflammable, toxique et corrosif et est considéré comme un risque de cancer suspecté. Des limites strictes sont fixées pour toute exposition à ses vapeurs. La fabrication industrielle est réglementée ISSAT Gabés 2 aux niveaux national et international en ce qui concerne le stockage, la manutention et le transport de l'acrylonitrile liquide. Dans ce rapport en étudier la fabrication de l’acrynolitrile par le propène par les procédés SOHIO Notre travail est constitué par les chapitres suivants :  Une Introduction  Le premier chapitre est consacré à l'étude bibliographique  Le deuxième chapitre présente le bilan matière et thermique d’un réacteur a lit fluidisé.  Le troisième chapitre est consacré à la dimensionnement d’une colonne a distillation.  Une conclusion. ISSAT Gabés 3 Chapitre 1 : Etude Bibliographique ISSAT Gabés 4 I. Introduction L‘acrylonitrile est un produit de commodité de gros tonnage. Bien qu’en perte de vitesse, il reste un intermédiaire important pour la fabrication de fibres acryliques et de copolymères styréniques (ABS et SAN).actuellement il est fabriqué dans le monde par un unique procédé mis au point par SOHIO. [1] II. L'Acrylonitrile 1. Définition Figure1 : structure de l’acrylonitrile. L'acrylonitrile (également appelé nitrile d'acide acrylique, nitrile de propylène, cyanure de vinyle, nitrile d'acide propénoïque) est un monomère multidirectionnel et réactif qui peut être polymérisé dans une grande variété de conditions et copolymérisé avec une large gamme d'autres monomères vinyliques. Il a été préparé pour la première fois en 1893 par le chimiste français Charles de Formule chimique C 3 H3 N . [1] ISSAT Gabés 5 2. Propriétés physico –chimique  Propriétés physiques L'acrylonitrile se présente sous la forme d'un liquide incolore ou jaunâtre, très volatil, d'odeur caractéristique légèrement piquante. Le seuil olfactif se situe en moyenne à 20 ppm. Il est soluble dans l'eau à raison de 73,5 g/L à 20°C. [4] Tableau1 : Propriétés physique  Propriétés chimiques L'acrylonitrile polymérise facilement à la lumière, à la chaleur ou sous l'action de produits chimiques divers tels que les bases fortes, les peroxydes, les persulfates,... Cette réaction fortement exothermique Non de substance Détaille Acrylonitrile Etat Physique Liquide Masse molaire 53,06 Point de fusion -83,5 °C Point d'ébullition 77,3 °C à la pression atmosphérique Densité 0,806 Densité gaz / vapeur 1,83 Pression de vapeur 6,6 kPa à 8,7 °C 13,3 kPa à 23,6 °C 33,3 kPa à 45,5 °C Indice d'évaporation 4,54 Point d'éclair - 1°C (Coupelle fermée) Température d'auto- inflammation 481°C Limites d'explosivité ou d'inflammabilité (en volume % dans l'air) Limite inférieure : 3 % Limite supérieure : 17 à 28 % (selon les sources) ISSAT Gabés 6 peut devenir explosive. Pour minimiser ce danger, le produit commercial est stabilisé par addition d'un inhibiteur de polymérisation, le plus souvent 35 à 45 ppm d'éther monoéthylique de l'hydroquinone et 0,4 à 0,5 % d'eau. La stabilisation n'est plus efficace en l'absence d'oxygène. L'acrylonitrile peut également réagir vivement, jusqu'à l'explosion, avec de nombreux composés tels que les acides forts, les oxydants, les halogénés (brome en particulier), l'ammoniac, le nitrate d'argent et les amines. En présence d'eau, il attaque le cuivre et ses alliages. La décomposition thermique de l'acrylonitrile peut donner naissance à du cyanure d'hydrogène. [4] 3. Utilisations  Fabrication de fibres acryliques, encollages et apprêts, en particulier pour l'industrie textile.  Fabrication de certaines matières plastiques: copolymères acrylonitrile-styrène (SAN) et acrylonitrile butadiène-styrène (ABS).  Fabrication du uploads/Industriel/ projet-tutore-rihab-ahlem.pdf