CC BY
212
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ
УДК 542.92'7:543.632.545:547.562.1
Э. М. Дахнави, Х. Э. Харлампиди
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
КИСЛОТНО-КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ
ГИДРОПЕРОКСИДА КУМОЛА
Ключевые слова: кинетическая модель, математическая модель, разложение гидроперок-
сида кумола, производство фенола и ацетона, адиабатический реактор, реактор-теплообменник, расчет профиля температуры и концентрации, влияние рецикла. kinetic model, mathematical model, the decomposition of cumene hydroperoxide, the production of phenol and acetone, the adiabatic reactor, the reactor-heat exchanger, the calculation of the temperature profile and concentration, the effect of recycling.
Приведена кинетическая и математические модели кислотно-каталитического разложения гидропероксида кумола на фенол и ацетон. В сравнении рассмотрены различные схемы аппаратурного оформления узла разложения. Рассчитаны распределения концентрации компонентов и температуры реакционной смеси, а также охлаждающей воды по направлению потока в зависимости от рецикла для адиабатического и политропического режима. Найдено, что наибольшая селективность процесса достигается в каскаде теплообменников. Для увеличения селективности и пропускной способности реакторного блока предлагается организовать порционную подачу гидроперокси-да на вход каждого реактора-теплообменника, что позволить увеличить производительность промышленных реакторов.
Shows kinetic and mathematical models of acid-catalytic decomposition of cumene hydroperoxide to phenol and acetone. In comparison, consider the various schemes of hardware design node expansion. Calculated the concentration distribution of components and the temperature of the reaction mixture, and cooling water flow direction depending on recycling for the adiabatic and polytropic modes. We found that the highest selectivity is achieved in the cascade heat exchangers. To increase the selectivity and capacity of the reactor block is proposed to organize a la carte starting hydroperoxide to the input of each of the reactor-heat exchanger, which will increase the productivity of industrial reactors.
В основу кумольного способа получения фенола и ацетона легли открытия Р.Ю. Уд-риса Этот способ впервые в мире был разработан и организован в Советском Союзе под руководством П.Г. Сергеева и Б.Д. Кружалова Эта одна из изящных технологий, разработанных химиками прошлого столетия. В настоящее время более 95 % фенола в мире производится кумольным способом. Несмотря на высокую эффективность среди существующих технологий этот способ имеет некоторые недостатки. Это, прежде всего, высокая энергоемкость, многостадийность и взрывоопасность производства, что вынуждает исследователей искать новые способы производства или усовершенствовать существующие технологии.
В промышленности осуществлены различные способы кислотно-каталитического разложения гидропероксида кумола (ГПК) на фенол и ацетон в рамках кумольной технологии [1 - 2]. В мировой практике наибольшее распространение получил двухстадийный процесс разложения ГПК.
Реакция кислотно-каталитического разложения гидропероксида кумола (ГПК) на фенол и ацетон очень экзотермична. Из-за трудности теплосъема в промышленном процессе технический гидропероксид, содержащий ~ 90 % основного вещества, на входе в реактор разбавляют до концентрации ГПК 3,5 ^ 5,0 % мас.. На ОАО «Казаньоргсинтез» процесс разложения ГПК на фенол и ацетон реализован по двухстадийной схеме (рис.1).
Рис. 1 - Схема узла разложения гидропероксида кумола на фенол и ацетон
В двухстадийном процессе основная масса (более 95 %) ГПК разлагается в адиабатическом реакторе, и далее реакционная масса разложения (РМР) подается в систему охлаждения, состоящую из батареи кожухотрубчатых теплообменников, работающих по схеме 2 х 2 (рис.1). Часть продуктов разложения возвращают на рецикл для разбавления технического гидропероксида (первая стадия). Кинетические параметры основных реакций, протекающих на первой стадии, приводятся в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры основных реакций первой стадии процесса*
Основные реакции I стадии
н+
ГПК ———> Фенол + Ацетон н+
ГПК + ДМФК
ПДК + Н2О
ДМФК
ДМФК + Фенол н+
> МС + Н2О н+
> КФ + Н2О
2 ДМФК-
> ди-МС + 2 Н2О
Е, Дж/моль
53500 1,75 10
56400 9,51 10
67000 2,97 10
82500 2,58 10
72400 1,74 10
А, ед.скор.
^11
ч10
ч10
ч12
ч12
-5
АИхр 10
Дж/моль
- 2,353 0,622 1,764 0,951 1,360
РЕА
разя с
* Е — энергия активации реакций; А - предэкспоненциальный множитель в единицах измерения скорости реакции; ДИхр - тепловые эффекты реакций рассчитаны при стандартных условиях.
На второй стадии продукты первой стадии подается в теплообменник, где нагревается до температуры разложения пероксида дикумила (ПДК) на фенол, ацетон и а - метил-стирол (МС). Селективность процесса по фенолу в основном зависит от условий первой стадии. Описание и анализ различных способов разложения ГПК и математическая модель соответствующих режимов (адиабатический и политропический) приводятся в работах [3, 4]. Расчеты показывают, что при фиксированных значениях расхода технического гидро-пероксида и катализатора главным параметром управления процесса является кратность рециркуляции.
В настоящей работе приводится математическая модель процесса разложения ГПК в различных режимах с учетом рециркуляции РМР, а также пути дальнейшего повышения производительности реакторов разложения ГПК.
В основу кинетической модели процесса заложены реакции, приведенные в таблице 1. Изменение концентрации компонентов реакционной смеси можно описать следующей системой дифференциальных уравнений:
с1[ГПК]
сК
С[ДМФК]
сК
= -(к1[ГПК] + к2[ДМФК]) • [ГПК][каЧ = -(к2[ГПК] + к3 + к4[Ф] + к5[ДМФК]) • [ДМФК][ка1 ]
с1[Ф]
сК С[Ац]
= (к 1 [ГПК]2 - к4[ДМФК][Ф]) [каЦ
сК с[ПДК]
= к1[ГПК] 2[ка1:]
сК с1[МС]
Л с1[КФ]
с: с1[дМС]
= к2[ГПК][ДМФК ][каЦ = к3[ДМФК][ка1] = к4[ДМФК][Ф][ка1]
с: сКЩО]
с:
= к5[ДМФК]2[ка1]
= (к2[ГПК] + к3 + к4[Ф] + 2к5[ДМФК]) • [ДМФК][ка1 ]
(1)
где к1_5 - константа скорости соответствующих реакций (таблица), ка1 - катализатор, Ф -фенол, Ац - ацетон, КФ - кумилфенол, дМС - димеры а-метилстирола.
Общие уравнения математического описания реакторов имеет вид:
сх = Б
си = и •Г
Б
ст
си и• р • Ср
(2)
I ДМ,
• х0, • г
сх, Б
—1 = — • г си и 1
Б
с1Т
си ир•С
^Ь. = ± А •(т - т:)
си ^
А
-IДМ, • хоГг •(Т-Т:)
(3)
где уравнение (2) - для адиабатического реактора, (3) - для реактора-теплообменника, dx | /dh - изменение текущей концентрация компонента реакционной смеси (х/) по высоте аппарата (//), Xoi - начальная концентрация реагента, находящийся в стехиометрическом недостатке в данной реакции, Э - общая площадь поперечного сечения реакционного потока, и - линейная скорость подачи реакционного потока, П и ДН - скорость и тепловой эффект соответствующей реакции, T и Т - температура реакционной смеси и воды, L -общая высота аппарата. Последнее уравнение системы (3) при прямотоке берется со знаком «+», а при противотоке со знаком «-». Величины адиабатического изменения температуры за счет соответствующих реакций (ДТ) определяется по формулам:
ДГ = Д^^ПКуpCp (4); ДТ2+5 = ДН^ЩМФКЪ/рСр , (5)
где р и Ср - средняя плотность и теплоемкость реакционной смеси, принятые в расчете постоянными величинами. Тепловой эффект реакции дезактивации катализатора не учтен из-за малой концентрации катализатора. Ар и At — параметры теплообмена со стороны реакционной смеси и охлаждающей воды соответственно, определяемые по уравнениям:
Ак = К^/ирСр (6); At = К^/црС, (7)
Kt и Ft - коэффициент теплопередачи и площадь поверхности теплообмена, и рt и Cpt -объемный расход, плотность и теплоемкость теплоносителя (воды).
Алгоритм расчета и математическая модель процесса для адиабатического режима и в режиме теплообмена были составлены с использованием принципов теории рециркуляции академика М.Ф. Нагиева [5] и программы МаШсаё [6].
Предложенный алгоритм и разработанная модель позволяют определить режим функционирования реакторов при любых начальных условиях, в зависимости от состава и расхода технического ГПК, концентрации катализатора, расхода и температуры рецикла и охлаждающей воды. Модели также учитывает геометрические особенности реакторного блока. Для полноты описания процесса кислотно-каталитического разложения ГПК, в предложенную модель необходимо включить элемент динамического программирования, рассчитать изменения после каждого рецикла при фиксированных исходных данных и найти оптимальный режим работы всего узла.
Необходимо иметь в виду, что при рециркуляции реакционной массы разложения после каждого рецикла состав входного потока меняется. Согласно закону рециркуляции [5] при фиксированных значениях состава и объема питания и рецикла через определенное количество рециклов система выходит на стационарный режим. Установление зависимости между кратностью рецикла и другими технологическими параметрами процесса имеют важное прикладное значение. При известных значениях стоимости компонентов смеси и энергоресурсов можно определить экономическую эффективность различных схем, а также провести оптимизацию процесса.
Ниже приводятся основные элементы расчета: система дифференциальных уравнений, описывающая распределение концентрации и температуры по направлению движения материальных потоков и подпрограмма интегрирования системы дифференциальных уравнений для каждого аппарата учитывающая влияния кратности рецикла на изменение параметров процесса. Исходные данные для расчета приведены в [3, 4].
Система дифференциальных уравнений (учет теплообмена)
Б1(т, х) :=
-А 1 • ехр
Г-Е1 ^
К
Г -Е? ^
-А^ехр
)
•х^• х? - Аз^ехр
Х10 ) Г-Ез ^
•М2 - А2 ехр
Г-Е? ^
Я
К
х10 )
•х? - А4^ехР
х10 ) Г-Е4 ^
• V х2
К
х10 )
• хз - А5 ехр
Г-Е5 ^
Я
х10 )
Ы'
А^ехр
Г-Е1 ^
К
х10 )
•(х1)2 - А4 ехр
Г-Е4 ^
К
х10 )
• х2^х3
А^ ехр
Г-Е1 ^
х10 )
К
А^ ехр
Г-Е, ^
К
х10 ) Г-Ез ^
х1х2
Аз^ ехр
Я-
А4 ехр
х10 ) Г-Е4 ^
•х2
К
х10 ) Г-Е5 ^
•х2^хз
А5 ехр
К
х10 )
ы2
А^ ехр
Г-Ез ^
х10 )
•х1х2 + Аз^ехр
Г-Ез ^
К
х10 )
•х2 + ехр
Г-Е4 ^
К
х10 )
А5
•х2^хз + V ^ехр
Г-Е5 ^
К
х10 )
•ы2
ATl•Al• ехр
Г-Е1 ^
х10 )
К
(х1)2 + АТ2^ А^ехр
Г-Е2 ^
К
+ АТ4^4^ ехр
Г-Е4 ^
х10 )
•х^ х2 + АТз^ Аз^ехр
Г-Ез ^
К
К х
10)
• х2^хз + АТ5^А5^ ехр
Г-Е5 ^
х10 )
•х2
10)
Ы
2 АКи
•("10 - х11)
Аг • и
•(х10 - х11)
8 • ка1
Примечание: в системе дифференциальных уравнений через х1, х2, хз и х9 обозначены текущие концентрации ГПК, ДМФК, фенола и воды; х10 — температура реакционной смеси, х11 — температура охлаждающей воды. А;, - параметры уравнения Аррениуса соответствующих реакций.
и
Подпрограмма решения системы дифференциальных уравнений с учетом рецикла
ЪЪ :=
СО ^ СО
С1 ^ С1
С1-VI + СО-УО
С. ^ -
1 VI + УО
Ъ. ^ Якааар1 (, О, Ь , 2, Э) Ю 1 е 2.. к
К О
<2>"
Ъ. ■ )<3>]
Ъ. \<4>~ 1)
Ъ. 1 )<5>]
Ъ. )<6>" 1)
Ъ. 1 )<7>]
Ъ. )<8>" 1) _
Ъ. )<9>" 1) _
Ъ. )<1О> )
Ъ. )<11>
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
11 + 273
С.-У1 + СО-УО 1
У1 + УО
Ъ1. ^ Якааар1 (С., О, Ь , 2, э)
а.
Ъ1
Ъ1
Ъ1
Ъ1
Ъ1
Ъ1
Ъ1
Ъ1
\<2>"
,<3>"
\<4>"
\<5>"
,<6>"
\<7>"
\<8>"
,<9>"
Ъ1
Ъ1
Ъ1
\<1О>"
\<11>"
\<12>
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
2 + 1
V + 273
Ъ2. ^ Якааар1 ,О,Ь,2,
Зона адиабатического реактора
Зона реактора -теплообменника
Зона трубопроводов
Необходимо иметь введу, что реакция разложения ГПК продолжается и вне зоны основного реактора (в трубопроводах и в теплообменниках), так как используемый катализатор (N2804) гомогенный, непрерывно дозируется в систему. Меняя последовательность блоков в подпрограмме и ссылок на соответствующую систему дифференциальных уравнений можно провести расчет для любой схемы рассматриваемого процесса. В результате
расчета получаются изменения концентрации компонентов реакционной смеси, температуры в зоне реакции и теплоносителя по длине (по высоте) аппарата. Ниже приводятся результаты расчетов для различных схем оформления реакторного блока. В иллюстрационном материале наибольшее место уделено изменениям температуры, как фактору безопасного проведения процесса.
Математическое описание аппарата составлено при следующих условиях и допущениях: 1) изменениями теплофизических характеристик потоков и теплового эффекта реакций по длине аппарата можно пренебречь; 2) движение потоков соответствует модели идеального вытеснения и относительно высоты аппарата является прямотоком; 3) наружная поверхность аппарата теплоизолирована; 4) в теплообменники подается фиксированное количество охлаждающей воды (всего 360 м3/ч) с начальной температурой 20 0С; 5) начальная температура ГПК 45 0С; 6) технический ГПК состоит из ГПК (5,838 моль/л), ДМФК (0,591 моль/л), ПДК (0,012 моль/л), остальные примеси (кумол, ацетофенон и т.д.) в расчете не учтены; 7) в начале система заполнена смесью фенола и ацетона в эквимоляр-ном соотношении имеющей температуры 32 0С.
Схема 1
Адиабатический реактор --> кожухотрубчатый теплообменник --> рецикл
Эта схема получается при упрощении рис. 1, после объединения кожухотрубчатых теплообменников.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Длина, м
Рис. 2 - Влияние расхода рецикла на профиль температуры. Расход технического ГПК - 15 м3/ч, расход катализатора - 125 л/ч: 1 и 2 - профиль температуры в адиабатическом реакторе при рецикле 250 и 350 м3/ч , соответственно (остальные получены шагом 10 м3/ч); 3 - температура в зоне реакции; 4 - температура воды в межтрубном пространстве
а б
Рис. 3 - Влияние расхода рецикла. а) на изменение конверсии (1) и селективности (2) разложения ГПК; б) на образование побочных продуктов (суммарное количество КФ и дМС) в системе
Как видно, из рис.2 снижение расхода рецикла до 25О м /ч приводит к резкому увеличению температуры в реакторе до критического значения, при котором может срабатывать блокировка системы. Увеличение рецикла снижает конверсию ГПК, в то же время растет селективность процесса (рис.3), образование побочных продуктов таких как кумил-фенол (КФ) и димеры а-метилстирола (дМС) снижаются. Это связано с тем, что с увеличением кратности рециркуляции снижается температура реакции, вследствие чего скорость эндотермических (побочных) реакций уменьшается. Необходимо отметить, что с увеличением расхода рецикла растут также затраты на рециркуляции, а чрезмерное увеличение кратности рециркуляции может привести к уменьшению времени пребывания ГПК в реакторе, соответственно к снижению степени конверсии. В итоге это может привести к накоплению ГПК в системе до критических концентраций, при которой ГПК может разлагаться спонтанно. На второй стадии в зоне высокой температуры ГПК разлагается неселективно, в основном идет термическое разложение гидропероксида на ДМФК и ацетофе-нон. Таким образом, должно существовать оптимальное соотношение рецикла к расходу технического ГПК, при котором удельные затраты (на единицу производимого фенола) минимальны. Для определенного расхода технического гидропероксида существует оптимальная кратность рецикла, что было рассмотрено в работе [7].
Схема 2
Каскад реакторов-теплообменников --> рецикл
В некоторых фенольных производствах реакторный блок разложения ГПК представляет собой несколько кожухотрубчатых теплообменников, соединенных между собой (рис. 4).
Сравнение результатов расчета без учета рецикла показывает, что для конверсии гидропероксида 95 % (при нагрузке технического ГПК 15 м3/ч) селективность процесса по фенолу в реакторе - теплообменнике больше, чем в адиабатическом реакторе [4]. Однако данный результат достигается при значительном увеличении длины аппарата (более 7О м). Меняя начальную концентрацию ГПК за счет изменения расхода рецикла этот недостаток можно компенсировать.
Рис. 4 - Схема разложения ГПК в каскаде теплообменников
В расчете принято, что каскад реакторов состоит из трех кожухотрубчатых теплообменников длиной каждого 6 м. Эффективная площадь поверхности одного метра используемого теплообменника составляет 91,667 м2. Охлаждение реакционной массы осуществляется водой, подаваемой прямотоком раздельно в межтрубное пространство каждого теплообменника.
При фиксированном расходе технического ГПК (15 м /ч), разных расходах рецикла (150 ^ 350 м /ч) и раздельной подаче охлаждающей воды в теплообменники (120 м /ч), как показано на рис.4, можно управлять скоростью и селективностью процесса.
Рис. 5 - Кинетика расходования ГПК по длине аппаратов при разных значениях рецикла
Роль адиабатической зоны реакции выполняют трубопроводы рециклового потока. Из приведенных данных (рис.5 и 6) видно, что при малых расходах рецикла концентрация ГПК на входе в реактор увеличивается. Это приводит к увеличению температуры в первом аппарате (рис.6, зона Т1) до недопустимых значений (более 70 0С) с точки зрения безопас-
ного ведения процесса. При определенных значениях расхода рецикла (РМР) можно достичь работы реакторов, близкой к изотермическому режиму (рис.6, кр.7). Чрезмерное увеличение расхода рецикла может привести к аварийной ситуации. При этом степень конверсии ГПК в каскаде теплообменников уменьшится до недопустимых значений, что может привести к повышению температуры в трубопроводной части или увеличению начальной концентрации реагента на входе в реактор. За счет увеличения рецикла может произойти усиление данного эффекта, нарушится тепловая устойчивость реакторов, что может привести к тепловому взрыву.
25 Н-1-1-1-1-1-1-1-1
□ 3 6 9 12 15 18 21 24
Длина аппарата, м
Рис. 6 - Изменение температуры реакционной массы по длине аппаратов при разных значениях расхода рецикла. Расход технического ГПК - 15 м3/ч
Схема 3.
Порционная подача ГПК в каскад реакторов-теплообменников --> рецикл
Из-за высокой скорости и экзотермичности реакции разложения ГПК, в промышленности всегда существует проблема теплоотвода: скорость тепловыделения значительно больше, чем скорости теплосъема. В существующих производствах технический ГПК подается сразу на вход реактора, где смешивается с рециклевым потоком, как указано выше (рис.1 и рис.4). Именно это ограничивает пропускную способность узла по ГПК, так как при увеличении нагрузки по ГПК концентрация гидропероксида на входе в реактор увеличивается, что приводит к увеличению температуры. Для удержания температуры в допустимых пределах приходится увеличить расход рецикла. Такой способ смешения ГПК с рециклом повышает опасность и энергоемкость производства, снижает селективность процесса.
Для повышения безопасности процесса и увеличения пропускной способности узла разложения по гидропероксиду в настоящей работе предлагается организовать порционную подачу технического ГПК по ходу движения реакционного потока в последовательно соединенных между собой кожухотрубчатых теплообменниках (рис.7). Это приводит распределению тепловой нагрузки по длине аппарата, пропорционально подаче ГПК.
ГПК
Линия подачи технического ГПК
РМР
Вода
Линия подачи охлаждающей воды
ЦН
Ж
Катализа- Рецикл реакционной массы разложения
Рис. 7 - Схема порционной подачи ГПК на узел разложения
Предложенная схема позволит полностью автоматизировать пуск, контроль и останов процесса. Алгоритм регулирования работы узла основан на соблюдение теплового баланса каждого аппарата. Датчики измеряют температуру реакционной массы и воды на входе и на выходе в каждом аппарате. Регуляторы расхода распределяют нагрузку ГПК так, чтобы температура реакционной массы не превышала установленное значение.
Преимущество порционной подачи ГПК по сравнению с классической схемой видно из рисунка 8, где показаны профиль температуры реакционной смеси и охлаждающей воды по длине каскада реакторов-теплообменников. Подача технического ГПК только на вход первого аппарата приводит к резкому повышению температуры реакционной смеси до критического значения, температура охлаждающей воды тоже значительно возрастает. А при распределении ГПК по аппаратам, как показано в рис.7 происходит выравнивание температуры, максимальная температура не превышает 38 0С, что позволяет селективно вести процесс разложение. По полученным результатам можно сказать о достаточно большом запасе и более безопасном проведении такого способа организации производства.
Расчеты показывают (рис.9), что порционная подача гидропероксида в систему позволяет значительно увеличить нагрузку по сырью. Увеличение расхода технического ГПК даже в два раза (до 30 м3/ч) позволяет «удержать» температуры процесса в приемлемых интервалах (до 60 0С), при котором процесс протекает селективнее, чем в случае адиабатического режима и без порционной подачи ГПК (табл. 2).
При проведении процесса по схемам 1 и 2 из-за высокой температуры происходит почти полная конверсия ГПК, но процесс идет неселективно. Лучшие результаты для этих схем возможны только в случае больших значениях кратности рецикла, что приведет к увеличению энергоемкости процесса. Количество побочных продуктов, составляющие основу фенольной смолы, в случае порционной подачи ГПК значительно меньше.
Таким образом, результаты расчета показывают, что предложенные математические модели могут адекватно описывать промышленные процессы разложения гидропероксида кумола на фенол и ацетон, а также позволяют анализировать существующие способы производства и оптимизировать их. С помощью предложенного алгоритма можно рассчитать
количество рецикла, после которого система выходит в стационарный режим по всем параметрам процесса, соответственно время достижения такого режима. Полученные результаты могут быть использованы для расчета технико-экономических показателей производства, и оценить рентабельность различных способы реализации данного процесса.
70 -|
65 -
60 -
и 55 -
1 50>,
| 45 -ф
| 40 -
■X
I- 35 -30 -25 -20 -
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Длин л, и
Рис. 8 - Профиль температуры реакционной массы разложения и воды по длине каскада реакторов-теплообменников. Расход технического ГПК - 15 м3/ч, расход рецикла - 110 м3/ч, расход воды - 120 м3/ч (раздельно): 1 и 2 - температура реакционной смеси при полной и порционной подаче ГПК, соответственно, 1.1, 1.2, 1.3 - температура охлаждающей воды, 2.1 - температура воды (в остальных зонах профиль температуры аналогична) в случае порционной подачи ГПК
20 -I-1-1-*-1-1-1-1-1-1
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Длина,и
Рис. 9- Влияние расхода технического ГПК на профиль температуры в каскаде реакторов-теплообменников. Расход рецикла - 110 м /ч, расход охлаждающей воды - 120 м3/ч: 1 - профиль температуры при полной подаче ГПК на вход первого аппарата (зона Т1), остальное - порционная подача ГПК в соотношении 0,28 : 0,35 : 0,37 по аппаратам (табл. 2)
Таблица 2 - Сравнение способов разложение ГПК. Расход рецикла - 110 м3/ч
Расход тех.ГПК по зонам, 3/ м /ч Расход воды, 3 м /ч 0С аГПК, % аДМФК, % £ (КФ +дМС), кмоль/кмоль фенола
Т 1 Т 2 Т 3 £
15 * 0 0 15 2 х 180 99,5 99,9 99,5 0,043
15 ** 0 0 15 3 х 120 67,2 99,5 90,7 0,024
4,20 5,25 5,55 15 3 х 120 37,9 98,2 86,4 0,014
5,60 7,00 7,40 20 3 х 120 44,6 98,2 85,9 0,016
7,00 8,75 9,25 25 3 х 120 51,7 98,3 86,2 0,017
8,40 10,50 11,10 30 3 х 120 59,4 98,5 87,0 0,019
* - схема 1 (адиабатический реактор, 2 теплообменника), ** - схема 2 (каскад 3х теплообменников). 1 тах — максимально возможная температура реакционной смеси. агпк и Одмфк - конверсия ГПК и ДМФК.
Сравнение рассмотренных способов показало, что наиболее перспективным является разложение ГПК в каскаде реакторов-теплообменников при его порционной подаче на вход каждого реактора, что позволяет увеличить пропускную способность реакторного блока, провести процесс в более мягком, безопасном режиме и с высокой селективностью. Предложенный способ легко может быть реализован в действующих производствах фенола и ацетона без особых капитальных вложений, с высокими экономическими показателями.
Литература
1. Кружалов, Б.Д. Совместное получение фенола и ацетона / Б.Д.Кружалов, Б.Н. Голованенко -М.: Госхимиздат, 1963. - 191 с.
2. Закошанский, В.М. Механизм и кинетика кислотно-катализируемого разложения гидроперок-сида кумола / В.М. Закошанский // Катализ в химической и нефтехимической промышленности -2004. - № 4. - С. 3-15.
3. Дахнави, Э.М. Математическая модель разложения гидропероксида кумола в адиабатическом реакторе / Э.М. Дахнави // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2010. - №2. - С.30-33.
4. Дахнави, Э.М. Математическая модель разложения гидропероксида кумола в теплообменнике / Э.М. Дахнави // Нефтепереработка и нефтехимия. - 2010. - №3. - С.37 - 40.
5. Нагиев, М.Ф. Теория рециркуляции и повышение оптимальности химических процессов / М.Ф. Нагиев - М.: Наука. 1970. - 392 с.
6. Очков, В.Ф. Mathcad 12 для студентов и инженеров / В.Ф. Очков. - С.-Пб.: БХВ-Петербург, 2005. - 464 с.
7. Дахнави, Э.М. Математическая модель кислотно-каталитического разложения гидропероксида кумола / Э.М. Дахнави, Х.Э. Харлампиди, В.Н. Кудряшов // Химическая промышленность сегодня - 2010. - № 5. - С.15 - 24.
© Э. М. Дахнави - канд. техн. наук, доц. каф. общей химической технологии КГТУ, [email protected]; Х. Э. Харлампиди - д-р хим. наук, проф., зав. каф. общей химической технологии КГТУ.
Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 1.04.10 по 15.04.10.
