Фталевый ангидрид - Гуревич Д.А.
Скачать (прямая ссылка):
температурам, получим зависимость выхода фталевого ангидрида от температуры при одном и том же времени контактирования. Эта зависимость представлена на графиках рис. 39 для времени контактирования 10 и 12 сек. Графики наглядно иллюстрируют влияние температуры на процесс окисления и, как следствие этого, необходимость обеспечения в зоне катализатора оптимальной температуры.
На рис. 40 приведены графики зависимости выхода 1, 4-нафтохинона от времени контактирования и температуры процесса окисления. Расчет выполнен по уравнению (6) для интервала температур 320—370° С и времени контактирования 0—20 сек. Из данных графиков рис. 40 следует, что максимально возможный выход 1,4-нафтохинона на данном катализаторе относительно небольшой — порядка 12%.
Из сопоставления графиков рис. 39 и 40 вытекает, что для уменьшения содержания 1,4-нафтохинона в продуктах реакции процесс следует вести при температурах или времени контактирования, превышающих оптимальные для процесса окисления нафта-
лина во фталевый ангидрид. Однако при этом несколько снижается выход фталевого ангидрида. Поскольку присутствие 1, 4-нафтохинона отрицательно влияет на процессы выделения и очистки фталевого ангидрида, оптимальные время контактирования и температура должны определяться технико-экономическим расчетом.
Сложность процесса окисления нафталина побудила некоторых исследователейт-289 не составлять кинетических уравнений отдельных реакций, а, варьируя основные параметры процесса (температуру, время контактирования, концентрацию исходного нафталина и др.), выяснить суммарную зависимость определенных величин от этих параметров. Так, например, предпринята попытка 287 выяснить зависимость выходов фталевого ангидрида, малеинового ангидрида и 1,4-нафтохинона, а также степени полного сгорания нафталина, теплового эффекта реакции и концентрации полученного фталевого ангидрида от соотношения воздуха к нафталину, температуры процесса и времени контактирования. Уравнения, полученные обработкой опытов, проведенных в псевдоожиженном слое ванадий-калий-сульфатного катализатора, имеют следующий вид 287:
~- = — 234,89 + 151,61*, + 259,91*2 + ЗЮ,76*3 — 19,95-YJ — 60,86*= —
Сма
с,
'.СТ.
— 73,07*= —50,84*!*2 — 71,46*,*3 — 143,19*2*3 (8) = 36,56 — 32,03*, — 6,14^ — 31,02*3 + 7,15*? — 2,05*= + 9,23*2 +
_|_ 5,23*,*2 + 12,36*,*3 + 6,05*2*3 (9) = 240,16 — 127,86*, — 133,60*, — 263,29*3 + 19,56*2 + 21,27*2 +
+ 70,00*2 + 29,23*,*2 + 70,90*,*3 + 77,21*2*3 (10) = — 91,33+106,27*, — 40,07*2+86,40*з — 16,63*2 -+ 35,19*= —
"о
— 23,68*2 — 90,38*,*2 — 57,08*, *3 + 40,07*2*3 (11) q =_ 1400,8 + 1383,2*, +451,9*2 + 1690,7*3 — 182,2*= +134,4*= —
— 407,8*= — 360,7*,*2 — 740,0*,*3 — 25,88*2*3 (12)
фа = - 233,00 +184,77* + 183,60*2 + 358,44*3 — 29,20*= —
С фа + Сма + C-HX
— 26,37*2 — 97,56*2 — 41,31*,*, — 91,17*,*, — 112,59*2*3 (13)
где Q — тепло реакции на 1 моль подаваемого нафталина, ккал/ч, Xx = \gi(i — отношение воздуха к нафталину, л/г); •^ = Ig(T. • 10); т — в сек;
X% = (t — 330° С) -щ.
Метод расчета по этим уравнениям достаточно прост и не требует пояснений. Следует, однако, иметь в виду, что область применения этих уравнений ограничена значениями гидродинамических параметров, при которых авторы вели исследования. Поэтому уравнения (8) — (13) применимы только для диаметра конвертора, высоты слоя и диапазона скоростей газа, которые были использованы в исследованиях *, и эти уравнения нельзя применить к расчету реактора в общем случае.
Можно полагать, что дальнейшее изучение процесса парофазного каталитического окисления нафталина позволит уточнить кинетику отдельных реакций. Решение уточненных уравнений совместно с уравнениями гидродинамики и теплообмена дает возможность рассчитывать оптимальные условия ведения процесса.
РАСЧЕТ КОНВЕРТОРОВ
Рассмотренные выше методы расчета процесса парофазного каталитического окисления нафталина справедливы для условий, не осложненных гидродинамикой потока. Ниже рассмотрим взаимосвязь кинетических, гидродинамических и тепловых факторов в реальных конверторах применительно к условиям стационарного и псевдоожиженного слоев катализатора, а также методы расчета основных конструктивных элементов конверторов.
Конверторы со стационарным слоем катализатора
Гетерогенная каталитическая реакция в трубчатом конверторе при постоянных скорости и теплоемкости потока характеризуется системой дифференциальных уравнений:
Уравнение (14) показывает изменение концентрации во времени в зависимости от кинетических факторов и размеров катализаторной трубки. Уравнение (15) характеризует связь между изменением температуры во времени и кинетическими факторами, скоростью потока, теплофизическими характеристиками потока и размерами катализаторной трубки.
На практике процесс окисления ведут в установившемся режиме, т. е. когда изменения концентрации и температуры во времени не происходит. Это позволяет значительно упростить урав-
* Опыты проводились в аппарате диаметром 25 мм с псевдоожиженным слоем катализатора при высоте слоя до 0,4 м и скорости газа до 0,1 м[сек.
