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Transcription

GCH3110 - CALCULS DES RÉACTEURS

Procédé de fabrication de l'acétate de benzyle

Analyse de marché

Introduction

Recommandations

Au menu...

  • Marché d'une valeur de 20.75 milliards de dollars américains en 2018 (Grand View Research, 2019).

  • Croissance CAGR d’environ 5% grâce à la demande croissante durant les prochaines années (Grand View Research, 2019).

Loi de vitesse et dimensionnement

  • Utiliser les matières résiduelles de la réaction d'estérification pour produire l'acétate

de benzyle:

- Réduction du prix de production

- Réduction de l'impact sur l'environnement

  • La réaction d'estérification de l'alcool benzylique avec l'acide acétique est la suivante:

Introduction

Revue de la littérature

Conditions d'opération

Loi de vitesse

et dimensionnement

Analyse de marché

Analyse de sécurité et d'impacts

environnementaux

Recommandations

Conclusion

Bibliographie

Figure 1. Fiche d’identité de l’acétate de benzyle

Figure 6. Global Benzyl Acetate Market Value & Volume: 2022-2030. De «Global Benzyl Acetate Market_Sample» par Market.Us, 2020. (https://documentcloud.adobe.com/link/review?uri=urn:aaid:scds:US:b9c777a4-3b1e-4867-9088-33e533148dee) ©. Reproduit avec permission.

  • Problématique: Étude de la production industrielle de 50 tonnes par an d’acétate de benzyle avec un rendement de 98%.

  • Un profit d'environ 26.22 % est attendu pour un prix de matière première de 17 878 USD et un prix de vente de 68 178 USD par lot.
  • Le volume du réacteur est calculé comme suit:
  • Utiliser un réacteur à lit fluidisé:

- Plusieurs inconvénients reliés à l'utilisation d'un Batch

- Permet d'obtenir la même conversion pour un volume moindre

théoriquement.

(Okada, T., & all., 1999).

Dimensionnement

Analyse de sécurité et d'impacts environnementaux

Revue de la littérature

Conditions d'opération

  • Les variables d'intérêts peuvent alors être déterminées en posant plusieurs hypothèses:

- Régime permanent

- Pression et température constante

- La réaction est irréversible pour nos conditions d'opération

- Quantité d'eau négligeable

- Réacteur agité parfaitement

- Le ratio acide acétique pour alcool benzylique est de 2:1

  • Par analyse numérique, les paramètres suivants ont été déterminés:

Source 2: "Catalytic esterification of benzyl alcohol with acetic acid by zeolites and their modified forms"

  • Les zéolites sont utilisées comme catalyseurs pour cette réaction grâce à leurs propriétés intéressantes:

- Solides stables et poreux

- Insolubles dans l'eau

- Température de fusion élevée

- Différence de charges à leur surface: acidité

  • Sécurité du procédé (Kirumakki, S.R., Nagaraju, N., & Narayanan, S., 2004)

- L'acétate de benzyle doit être stocké dans des espaces frais

- L'acétate de benzyle doit être stocké dans des récipients inoxydables

- Le port d'équipements de protection individuelle est nécessaire

- Une chemise de refroidissement du réacteur permet d'éviter la surchauffe

  • Impacts environnementaux (NCBI, 2020)

- Plusieurs étapes de purification nécessaires: colonnes à distiller très énergivores

- L'acétate de benzyle est classé parmi les «Environmentally hazardous substances»: il peut nuire à la vie aquatique

  • Législation (CNESST, 2020)

- La valeur d'exposition moyenne tolérée est de 10 ppm pour 8 heures par jour

Figure 3. À propos des zéolithes. De «L’actualité chimique». https://www.lactualitechimique.org/A-propos-de-zeolithes

Revue de la littérature

  • Le meilleur candidat est le HZSM-5

- Bon rendement

- Bonne sélectivité

Bibliographie

Figure 5. Réacteur Batch pour l’estérification de l’alcool benzylique avec l’acide acétique. Adapté avec permission de «Batch Reactors» par IndiaMart, 2020, Google Images (https://www.indiamart.com/proddetail/batch-reactors-13454524530.html)

Conclusion

Source 3: "A comparative esterification of benzyl alcohol with acetic acid over zeolites Hβ, HY and HZSM5"

  • La loi de vitesse ainsi que la valeur de la vitesse de réaction ont été déterminées grâce à cette source.

  • Les conditions d'opération ont aussi été déterminées à partir de cette étude.

Source 1: "Chemical Engineering Transactions"

  • Différents types de réacteurs Batch.

  • Réacteur le plus efficace CBD:

- Meilleure rentabilité économique

- Temps de production assez faible

- Rendement élevé

- Température d'opération: 383 K

- Pression d'opération: 1 atm

- Quantité de catalyseur : 18 grammes

- Temps total d'opération d'un lot: 16 heures

- Temps d'opération annuel: 6000 heures

- Nombre de lots par année: 375 batchs

Figure 2 . Schematic diagram of three configurations for producing benzyl acetate: (a) middle-vessel conventional (MVD). (b) inverted (IBD), and (c) conventional (CBD). De «Investigation about Profitability Improvement for Synthesis of Benzyl Acetate in Different Types of Batch Distillation Columns» par Aqar et al., dans Chemical Engineering Transactions, 2018. (https://www.aidic.it/cet/18/70/091.pdf).

Revue de la littérature

  • Ces valeurs ont été déterminées pour:

- Un temps d’opération annuel de 6000 heures

- 375 batchs

- Un temps alloué pour un lot de production de 16 heures

Source 4: "Process for producing benzyl acetate and benzyl alcohol"

  • Les différents objectifs fixés ont été atteints

  • Le volume du réacteur nécessaire pour répondre à la problématique est donc de 0.2 mètre cube

  • Il serait intéressant d'étudier la faisabilité du procédé dans un réacteur PFR.

Anmol Chemicals. (23 mars, 2019). Benzyl Acetate Manufacturers. Anmol Chemicals. http://benzylacetate.net

Aqar, D.Y., Mujtaba, I.M., et Rahmanian, N. (2018). Investigation about Profitability Improvement for Synthesis of Benzyl Acetate in Different Types of Batch Distillation Columns. Chemical Engineering Transactions 70. 10.3303/CET1870091

Avenas, P. (2015, décembre). À propos de zéolithes. Le Journal de la Société Chimique de France, https://www.lactualitechimique.org/A-propos-de-zeolithes

Bonnard, N., Brondeau,M.T., Jargot, D., Malard, S., Schneider, O., & Serre, P. (2011). Acétate de Benzyle. (Fiche n˚284). [Fiche Toxicologique]. Inrs.

CNESST. (2020). Acétate de benzyle. CNESST. https://www.csst.qc.ca/prevention/reptox/Pages/fiche-complete.aspx?no_produit=4796&no_seq=1&incr=0

Grand View Research.(2019). Flavors and Fragrances Market Size, Share & Trends Analysis Report By Product (Natural, Aroma), By Application (Flavors, Fragrances), By Region, And Segment Forecasts, 2019 - 2025. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/flavors-fragrances-market

Hongjie, L., et Zhang, L. (2013). AN OVERVIEW ON SYNTHETIC METHODS OF BENZYL ACETATE. European Chemical Bulletin, 2(5). http://dx.doi.org/10.17628/ecb.2013.2.272-274

Kirumakki, S., Vijayashree, S., et Nagaraju, N. (2001). Catalytic esterification of benzyl alcohol with acetic acid by zeolites and their modified forms. Indian Journal of Chemical Technology, 8. 362-367.

Kirumakki, S.R., Nagaraju, N., & Narayanan, S. (2004). A comparative esterification of benzyl alcohol with acetic acid overzeolites H, HY and HZSM5. Applied Catalysis

Manayil, J.C., Inocencio, C.V.M., Lee, A.F., et Wilson, K. (2015). Mesoporous sulfonic acid silicas for pyrolysis bio-oil upgrading via acetic acid esterification. European Bioenergy Research Institute, 18 (5). Doi: 10.1039/C5GC01889G

MARKET. US. (2020). Global Benzyl Acetate Market. https://documentcloud.adobe.com/link/review?uri=urn:aaid:scds:US:b9c777a4-3b1e-4867-9088-33e533148dee

MilliporeSigma. (2020). Acetic Acid. MilliporeSigma.https://www.emdmillipore.com/CA/en/product/Acetic-acid,MDA_CHEM-160305

MilliporeSigma. (2020). Benzyl Acetate. https://www.emdmillipore.com/CA/en/product/Benzyl-acetate,MDA_CHEM-803181

MilliporeSigma. (2020). Benzyl Alcohol. MilliporeSigma. https://www.emdmillipore.com/CA/en/product/Benzyl-Alcohol,EMD_CHEM-BX0483

More, A. (2020). Benzyl Acetate Market 2020: Market Share, Size, Demand, CAGR, In-Depth Assessment and Opportunity Analysis 2026 With Top Countries Data. MarketWatch.https://www.marketwatch.com/press-release/benzyl-acetate-market-2020-market-share-size-demand-cagr-in-depth-assessment-and-opportunity-analysis-2026-with-top-countries-data-2020-08-29

National Center for Biotechnology Information (2020). PubChem Compound Summary for CID 8785, Benzyl acetate. Retrieved November 14, 2020 from https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Benzyl-acetate.

Okada, T., & all., (1999). PROCESS FOR PRODUCING BENZYL ACETATE AND BENZYL ALCOHOL. (Brevet n°5883290). U.S Patent and Trademark Office. https://patentimages.storage.googleapis.com/2f/62/8a/5d2bf407429a55/US5883290.pdf

Riogen. (2020). H-ZSM-5. RiogenInc. https://shop.riogeninc.com/product.sc?productId=6416&categoryId=8

University of Michigan. (s.d.). Batch Reactors. http://umich.edu/~elements/5e/asyLearn/bits/batch/index.htm

MERCI DE NOUS AVOIR ÉCOUTÉS,

AVEZ-VOUS DES QUESTIONS?

Figure 4. Fig. 1. De «PROCESS FOR PRODUCING BENZYL ACETATE AND BENZYL ALCOHOL» par Okada, T., & all., dans United States Patent, 1999. (https://patentimages.storage.googleapis.com/2f/62/8a/5d2bf407429a55/US5883290.pdf)

Travail réalisé par Manal Mouhajir et Catherine Kallas

Équipe 3

5. Résoudre

4. Combiner

3.Stocheométrie

1. Bilan molaire

2. Loi de vitesse

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