Фталевый ангидрид - Гуревич Д.А.
Скачать (прямая ссылка):
На практике процесс парофазного каталитического окисления нафталина в стационарном слое катализатора далеко не всегда протекает в условиях идеального вытеснения. Кроме того, в промышленных масштабах возмущения иногда достигают значительной величины. В этих условиях режим конвертора может не вернуться в исходное состояние даже после устранения возмущений. Так, например, значительное увеличение расхода нафталина приводит к повышению температуры в зоне катализатора. Температура растет до тех пор, пока не установится новое равновесие между скоростью тепловыделения и скоростью теплоотвода, но уже при других более высоких температурах катализатора и хладоагента. Таким образом, понятие устойчивости является относительным. В основном оно определяет требования, предъявляемые к системам регулирования. Назначение этих систем в данном случае заключается только в стабилизации заданных параметров технологического процесса.
Следующий несложный расчет дает условие устойчивости, аналогичное выведенному для процесса оксосинтеза 309. Для обеспечения устойчивости экзотермической каталитической реакции, осуществляемой в кинетической области в псевдоожиженном слое катализатора (с полным перемешиванием), необходимо и достаточно выполнение следующего условия 305:
dQp dQ-r
где Qp — тепло, выделяющееся в результате реакции, ккал/ч;
QT —тепло, отводимое из слоя катализатора, ккал/ч; T — температура в слое катализатора, °К.
Значения Qp и Qx определяют по следующим уравнениям:
Qp = QGn = Q0e~E/RrGa (70)
qt = KF (T -Tx) + OnI(T-T0) ср (71)
где Tx — температура хладоагента, °С;
Го — температура нафталино-воздушной смеси;
Q0—величина, не зависящая от температуры и равная произведению предэкспоненциального члена на тепловой эффект реакции.
Подставив (70) и (71) в (69), после соответствующих преобразований получим следующее условие устойчивости режима, окисления нафталина в псевдоожиженном слое катализатора:
KFTx — GnIT0Cp RT^ Т--KF-GnICp <-Б- <72>
На основании полученных данных выполним числовой расчет. С целью упрощения вычислений принимаем Tx = T0. Тогда условие (72) примет следующий вид:
Rf2
(T - Tx) <-^- (73)
Если принять температуру в зоне катализатора 350° С, а энергию активации реакции окисления нафталина 17 ккал/моль, то будем иметь:
Таким образом, процесс окисления нафталина в псевдоожиженном слое катализатора устойчив, если температура хладоагента выше 305° С.
Для отвода тепла реакции окисления нафталина во фталевый ангидрид в конверторах с псевдоожиженным слоем катализатора в качестве хладоагента применяют кипящую воду, находящуюся под избыточным давлением 0—6 ат. Температура ее при этих ус- -ловиях 100—164° С, т. е. ниже 305° С. Поэтому в этих условиях режим процесса неустойчив. Это повышает требования к регулирующим устройствам: кроме стабилизации заданных параметров, они должны в данном случае воздействовать на технологический процесс. Таким образом, неустойчивость процесса в псевдоожиженном слое катализатора на практике характеризует повышенные требования к качеству и надежности систем контроля и регулирования. Длительный опыт эксплуатации промышленных конверторов показал, что температуру в псевдоожиженном слое можно изменять с достаточно большой точностью с помощью регулятора расхода воды, получающего первичный импульс от термопары, помещенной в слой катализатора.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ КОНВЕРТОРОВ
Развитие производства фталевого ангидрида характеризуется стремлением к созданию аппаратов большой мощности, что вызвано систематическим ростом потребности во фталевом ангидриде. Решение подобной задачи за счет строительства большого числа малопроизводительных агрегатов экономически нерационально, так как зависимость суммы эксплуатационных расходов от числа устанавливаемых аппаратов характеризуется функцией, не имеющей минимума310, т. е. с увеличением числа аппаратов эксплуатационные расходы повышаются. Такова ж,е зависимость суммы капитальных затрат от числа устанавливаемых аппаратов. Поэтому для современной промышленности характерно стремление к созданию агрегатов большой мощности.
Производительность конверторов можно повысить путем увеличения размеров аппарата. Этот способ наиболее простой. Однако размеры конверторов лимитируются возможностями машиностроения, условиями транспортирования крупногабаритных аппаратов, возможностями надежного регулирования теплового и гидродинамического режима в аппаратах большого размера. С совершенствованием техники аппаратостроения, особенно с созданием методов высококачественной сварки, интенсификация технологического процесса путем строительства конверторов больших размеров широко используется в промышленности.
Значительная интенсификация процесса достигается за счет увеличения съема готовой продукции с единицы поперечного сечения или объема конвертора. Это можно достигнуть увеличением производительности катализатора, повышением его селективности, более полным учетом кинетических, тепловых и гидродинамических факторов, определяющих характер протекания процесса.
