Фталевый ангидрид - Гуревич Д.А.
Скачать (прямая ссылка):
Расчеты по уравнениям (41) показывают, что при уменьшении Ре, т. е. при увеличении степени перемешивания, снижается выход фталевого ангидрида при постоянном времени контактирования. Это снижение зависит от соотношения констант скоростей отдельных реакций. Для компенсации снижения выхода, обусловленного обратным перемешиванием, необходимо изменить время контактирования.
Если скорость окисления фталевого ангидрида fa намного меньше скоростей других реакций (feb fa и fa), как это было в разобранном выше примере, увеличение времени контактирования может привести к повышению выхода даже при возрастании степени перемешивания. При переходе от опытных установок, работающих с низкой степенью перемешивания и при относительно небольшом времени контактирования, к производственным установкам, работающим с более высокой степенью перемешивания, но при большем времени контактирования, можно (вопреки распространенному мнению) существенно улучшить выход фталевого ангидрида. Так, например, расчет по уравнениям (41) показывает 298, что при Pe=IO (что характеризует слой в небольшой опытной установке) и времени контактирования 6 сек выход фталевого ангидрида равен 86%- При снижении Pe до 2,5 (что характеризует слой в большом аппарате) можно увеличить выход до 91%, если повысить время контактирования до 18 сек.
Одним из существенных недостатков изложенной выше модели расчета является неучет проскока газа в пузырях, неизбежно возникающего в псевдоожиженном слое. Этот проскок учитывается двухфазной моделью псевдоожижения, рассматривающей псевдо-ожиженный слой как систему с двумя фазами: непрерывной и дискретной. Непрерывная фаза — вещество, находящееся в состоянии «минимального псевдоожижения», дискретная фаза — пузыри газа, через которые проходит избыток газа сверх необходимого для начала псевдоожижения.
В соответствии с указанной моделью степень превращения реагентов і для первого порядка реакции и при условии полного перемешивания в непрерывной фазе может быть рассчитана по уравнению 302:
C1=I-V-I-V-^Lx (43)
где
R — 1 ь*__ kHf> г — ®и
Величину % можно рассчитать по формуле:
6,34//. I 1,30??0'25 ,
° 4 + It (44)
Dn(gDnf* V Dj
где DA — коэффициент диффузии газа.
Эквивалентный диаметр пузыря Dn рассчитывается по уравне нию:
(W(^Dn)0'5 Я,
U-U0 ~~ H-
(45)
Таким образом, при увеличении линейной скорости газового потока степень превращения компонентов снижается, что объясняется возрастанием проскока газов в пузырях.
Необходимо отметить, что, в отличие от конверторов со стационарным слоем, конверторы с псевдоожиженным слоем весьма трудно моделировать, если понимать под этим переход от аппаратов лабораторного масштаба к промышленным реакторам. Трудности обусловлены тем, что с диаметром и высотой слоя изменяется его гидродинамика, т. е. характер перемешивания в слое, эффективные коэффициенты диффузии и теплопроводности и т. п., что влияет на процесс окисления.
Из частных зависимостей, описывающих проведенные эксперименты и справедливых только в определенных условиях, можно отметить уравнения, предложенные для расчета производительности катализатора и суммарной степени превращения нафта-
Q = 56,6 + 10,9 (Сн • 10У-2 + 170,41/ — 145.5Я0'8 (46)
- = 17,2 — 0,34? + 217,8?/1/з — 15,4Я0-8 (47)
С фа
Си,
о
Рабочая скорость газов /7Р, входящая в некоторые из рассмотренных выше формул, выбирается с таким расчетом, чтобы она была больше скорости начала псевдоожижения Uq и ниже скорости уноса твердых частиц U7B.:
U0<UP< иуи. (48)
Для поли- и тонкодисперсного катализатора интервал скоростей, определяемых условием (48), очень широк, т. е. Uo<g.UyH..
Критерии Рейнольдса, соответствующие скоростям начала псевдоожижения и уноса, можно определять по интерполяционным формулам 303:
Re0=-——-=г (49)
1400 + 5,22 KAr v
Ar
ReyH. =--—= (50)
У 18 + 0,61 Vkx к '
При инженерных расчетах можно считать, что оптимальная рабочая скорость близка к скорости, при которой коэффициент теплоотдачи от псевдоожиженного слоя к стенке конвертора достигает максимума. Это значение рабочей скорости можно определить по формуле 304: _
?/р = 0,38|Л^ da (51)
Средний эквивалентный диаметр йэ зерен катализатора рассчитывается по формуле:
йэ=^^^ЦЖ1ЖТЖ1Ж1 тж (52)
U1 rf, r rf2 ~ d3 — d4 ^ d5 ^ '" — dn
где Ni — содержание различных фракций; di — средние диаметры частиц во фракциях.
Для расчета коэффициента теплоотдачи можно пользоваться приведенным ниже уравнением, на основании которого получена зависимость (51)
NuMaKC. = 0,86Ar0'2 (53)
а в качестве расчетного значения принимать:
а = 0,8амакс. (54)
При выбранном значении линейной скорости газового потока площадь поперечного сечения конвертора будет равна:
Fc = ^j- ' (55)
Количество и объем катализатора так же, как и для конвертора со стационарным слоем катализатора, рассчитывают по формулам (21) и (22).
Затем можно определить высоту слоя катализатора в неподвижном состоянии. Гидравлическое сопротивление слоя заданной высоты рассчитывается по формуле:
