Фталевый ангидрид - Гуревич Д.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для конверторов со стационарным слоем катализатора одним из факторов, лимитирующих их производительность, является скорость теплоотвода. Поэтому интенсификация теплоотвода является одним из основных методов повышения производительности конверторов со стационарным слоем катализатора. Интенсификация теплоотвода может быть достигнута следующими методами: увеличением поверхности теплообмена, созданием большей разности температур между зоной катализатора и хладоагентом, повышением коэффициента теплопередачи между зоной катализатора и хладоагентом, увеличением теплоемкости газов и уменьшением тепловыделения в зоне катализатора. В процессе совершенствования конструкций контактных аппаратов были использованы все перечисленные методы.
Рассмотрим теперь пути интенсификации теплообмена в конверторах.
Увеличение поверхности теплообмена, т. е. увеличение отношения поверхности теплообмена к объему катализаторного
пространства, может быть достигнуто уменьшением диаметра контактных трубок. Однако это влечет за собой значительное увеличение числа трубок при создании аппаратов одинаковой мощности, что повышает количество соединений в трубчатке и несколько снижает надежность конструкции в эксплуатации.
В связи с серьезными конструктивными затруднениями, возникшими при увеличении поверхности теплообмена, в практике производства фталевого ангидрида обычно стремятся интенсифицировать работу конверторов путем создания большей разности температур между зоной катализатора и хладоагентом и путем повышения коэффициента теплопередачи.
Одной из первых конструкций контактного аппарата для производства фталевого ангидрида является конвертор с горигон-тальными трубками. Впоследствии появились вертикальные трубчатые конверторы, в которых межтрубное пространство заполнено расплавленным свинцом. Они несколько более компактны по конструкции. Для них отмечаются низкие коэффициенты теплопередачи и характерен подъем в верхнюю зону более горячих слоев расплавленного свинца, что уменьшает разность температур в верхней зоне аппарата.
Увеличение коэффициента теплопередачи достигают заменой свинца расплавом солей, который размешивают мешалкой (см. рис. 14, стр. 54) или прокачивают через межтрубное пространство конвертора (см. рис. 15, стр. 55). Коэффициент теплопередачи значительно повышается также при использовании кипящего хладо-агента, в качестве которого в производстве фталевого ангидрида иногда употребляют ртуть.
Температуру контактных газов можно понизить, уменьшая количества тепла, выделяющееся на единицу массы реакционной паро-газовой смеси'. Нетрудно видеть, что с увеличением отношения воздуха к нафталину, т. е. с увеличением степени разбавления нафталина воздухом, это количество уменьшается. Теоретически для окисления 1 кг нафталина во фталевый ангидрид требуется примерно 6,5 кг воздуха. На практике известны соотношения воздуха к нафталину, равные (12ч-15): 1 и (30-^35): 1.
Количество тепла, выделяющееся на единицу поверхности теплообмена, значительно снижается при использовании относительно малопроизводительных катализаторов, например ванадий-калий-сульфатного катализатора, производительность которого почти в 5 раз ниже, чем плавленой пятиокиси ванадия.
Возможности уменьшения тепловыделения на единицу объема катализатора путем увеличения отношения воздуха к нафталину и применения малопроизводительных катализаторов используют в конверторах с вертикальными трубками и с расплавом солей в качестве хладоагента (см. рис. 14). Дальнейшее повышение производительности аппаратов подобной конструкции ограничивается необходимостью значительного увеличения числа ка-тализаторных трубок. Изготовление подобных трубчаток, особен-
но закрепление стыков в трубных решетках, является очень трудоемкой операцией, которую практически можно осуществлять только на специализированных машиностроительных заводах. В этом случае возникают трудности при доставке громоздких аппаратов на место монтажа: иногда из-за больших габаритов аппараты нельзя перевозить по железной дороге.
Учет кинетических факторов позволяет наметить метод интенсификации процесса путем уменьшения температурного пика (см. рис. 41, стр. 94), наблюдаемого в трубках со стационарным слоем катализатора и препятствующего повышению нагрузки по нафталину на катализатор в трубке и увеличению ее диаметра. Так, например, рассредоточение катализатора по трубке в соответствии с кинетическим законом реакции (загрузка слоями различной длины вперемежку со слоями инертного материала или разбавление катализатора инертным материалом для изменения концентрации катализатора по длине трубки), а также увеличение скорости газов, улучшающее условия теплообмена, способствуют уменьшению температурного пика.
Большие трудности при создании высокопроизводительных конверторов со стационарным слоем катализатора обусловили поиски новых конструкций конверторов большой мощности, что привело к разработке аппаратов с псевдоожиженным слоем катализатора. В таких конверторах теплообмен не является лимитирующим фактором, и поэтому методы интенсификации их. работы можно выбрать после анализа следующего уравнения, по которому рассчитывается производительность аппарата:
