Разработка САПР трубчатых реакторов для производства малеинового ангидрида
Категория реферата: Рефераты по информатике, программированию
Теги реферата: понятие культуры, реферат по географии
Добавил(а) на сайт: Феликса.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | Следующая страница реферата
1) состав исходного продукта : бензол – 92%, метилбензолы – 7%, прочие органические примеси – 1%;
2) при окислении 50% метилбензолов превращается в малеиновый ангидрид и 50% сгорает;
3) прочие органические примеси, присутствующие в исходном бензоле, полностью сгорают;
4) теплота сгорания органических примесей равна 10000 ккал/кг.
Отсюда тепловой эффект процесса окисления 1 кг бензола марки В в
малеиновый ангидрид (расчет при стандартной температуре 20°С) будет равен:
4111,7*0,92+4067*0,07*0,5+9317*0,07*0,5+10000*0,01=4349ккал Это в 1,05 раза
больше, чем при окислении 1 кг 100%-ного бензола.
При степени превращения бензола в малеиновый ангидрид, равной 0,85, из 1 кг 100%-ного бензола образуется малеинового ангидрида:
148.12/128.17*85=0,98кг, где 148,12 и 128,17 — соответственно молекулярные
веса малеинового ангидрида и бензола.
При окислении 1 кг бензола марки В при той же степени превращения бензола и при степени превращения метилбензолов во малеиновый ангидрид, равной 0,5, образуется малеинового ангидрида 0.94 кг.
Поэтому для получения того же количества малеинового ангидрида при переходе от 100%-ного бензола к бензолу марки В придется израсходовать сырья больше в 0,98:0,94 = 1,04 раза.
Следовательно, суммарный тепловой эффект в пересчете на единицу
количества малеинового ангидрида при окислении бензола марки В будет в
1,05.1,04= 1,1 раза больше, чем при окислении 100%-ного бензола.
Также необходимо учитывать степень превращения исходного вещества в различные продукты окисления. Если в сырье имеются какие-либо примеси, не образующие при окислении малеиновый ангидрид, то процесс ведут таким образом, чтобы добиться, возможно, более полного сгорания их. В противном случае не окисленные или окисленные не полностью примеси будут загрязнять готовый продукт и затруднять его очистку.
При возрастании молекулярного веса исходного, углеводорода тепловой эффект реакции окисления увеличивается.
Тепловой эффект реакции оказывает влияние на производительность
контактного аппарата при проведении процесса в стационарном слое
катализатора. В этом случае относительно низкий коэффициент теплоотдачи от
газового потока к стенке трубы ограничивает скорость теплоотвода. Поэтому
при переработке сырья, окисление которого протекает с выделением большого
количества тепла, приходится снижать нагрузку по сырью. Это дает
возможность поддерживать заданную температуру процесса, но влечет за собой
снижение производительности аппарата. При проведении процесса в
псевдоожиженном слое катализатора снижать нагрузку по сырью не приходится, поскольку отвод тепла из зоны катализатора не представляет затруднений.
Температура процесса парофазного каталитического окисления ароматических
углеводородов в значительной степени зависит от природы исходного
углеводорода и типа применяемого катализатора. В промышленных реакторах
парофазное каталитическое окисление ароматических углеводородов в
малеиновый ангидрид проводят при З80—435°С. Более высокая температура
процесса контактирования поддерживается при использовании плавленой
пятиокиси ванадия (425—435°С). Более низкая температура (250-285°С)
характерна для ванадий-калий-сульфатного катализатора.
Температура реакции в значительной степени определяет выбор не только хладагента, но и материала аппарата. До 400°С устойчива обычная сталь. Для работы при более высокой температуре детали реакторов, соприкасающиеся с реакционной парогазовой смесью, следует изготавливать из легированных сталей типа хромоникелевых.
Вследствие высокой экзотермичности процесса окисления бензола в малеиновый ангидрид одной из основных проблем при конструировании контактных аппаратов является максимальная интенсификация отвода тепла из зоны катализатора и обеспечение изотермичности в ней.
Хладагенты.
Хладагенты, применяемые в реакторах для отвода тепла, выделяющегося в процессе окисления, должны обладать определенными свойствами. Требуется, чтобы они были стабильными при температуре реакции, не корродировали материал аппарата, были огне- и взрывобезопасными. В практике промышленного производства малеинового ангидрида в настоящее время определились следующие хладагенты: расплав солей, кипящая ртуть, вода, свинец или его сплавы, воздух. Каждый из этих хладагентов имеет недостатки, с которыми приходится считаться. Однако все они отвечают указанным необходимым требованиям. Более подробно свойства перечисленных хладагентов рассматриваются ниже.
Наиболее часто для отвода тепла реакции используют расплав солей, представляющий собой смесь нитритов и нитратов калия и натрия, например
смесь, состоящую из 7% NaNO3, 40% NaNO2 и 53% KNO3. Применяют также смесь
45% NaNO2 и 55% КNО3, имеющую температуру плавления 141,6°С. Нитриты при
контакте с кислородом воздуха при высокой температуре окисляются с
образованием нитратов. Увеличение содержания нитратов приводит к повышению
температуры плавления смеси до 160°С и выше. Практически при достижении
этой температуры плавления смесь солей следует заменять. Для уменьшения
скорости окисления расплав солей отделяют от воздуха с помощью «подушки» из
азота или водяного пара. В этих условиях расплав может эксплуатироваться
без замены в течение двух лет. В присутствии расплава углеродистая сталь
корродирует лишь при температуре, превышающей 450° С. При температурах, близких к температуре процесса контактирования, вязкость расплава
относительно низкая. Это дает возможность перекачивать его насосами по
трубопроводам.
За рубежом в качестве хладагента довольно широко применяют кипящую ртуть. Ее существенным преимуществом является постоянство температуры и относительно высокий коэффициент теплоотвода от охлаждаемой стенки. Эти факторы позволяют интенсифицировать процесс отвода тепла из катализаторного пространства. Для увеличения коэффициента теплоотвода в ртуть добавляют натрий. Образующаяся амальгама натрия обладает лучшей смачивающей способностью. При атмосферном давлении ртуть кипит при 356,9° С. Для повышения температуры кипения ртути емкость с хладагентом заполняют азотом, находящимся под некоторым давлением. Изменяя давление азота в системе, регулируют температуру кипения ртути. К преимуществам кипящей ртути следует отнести также возможность отвода большого количества тепла относительно небольшим количеством хладагента за счет использования скрытой теплоты парообразования. Широкое применение ртути ограничивается ее токсичностью и высокой стоимостью.
В некоторых реакторах в качестве хладагента применяют воду. В этом случае получают пар, который потом можно использовать. Преимущества использования воды в качестве хладагента общеизвестны и не нуждаются в рассмотрении. Некоторым недостатком применения воды является необходимость располагать теплообменивающие элементы, работающие под давлением, непосредственно внутри реактора.
В реакторах старой конструкции для отвода тепла реакции в качестве хладагента применяли свинец (или его сплавы). У этого хладагента имеется ряд существенных недостатков: высокая температура плавления ( что затрудняет его загрузку и перекачивание); токсичность; способность окисляться на воздухе при высокой температуре с образованием окислов, переходящих в верхние слои расплава и уменьшающих и без того низкий коэффициент теплоотвода от охлаждаемой поверхности к хладагенту; высокая стоимость. В современных системах свинец не применяют.
В качестве хладагента используют также воздух, который пропускают через трубки, погруженные в расплав солей. В некоторых конструкциях применяют обдувание. воздухом наружных стенок реакторов. Охлаждение воздухом не обеспечивает интенсивного отвода тепла из реактора вследствие низкого коэффициента теплоотдачи от стенок катализаторных камер или трубок к воздуху и низкой теплоемкости этого хладагента.
Катализаторы.
В качестве катализаторов парофазного каталитического окисления бензола в малеиновый ангидрид изучались различные вещества, в том числе окислы многих металлов (V2O5, МоО3, MgО, Аl203, SiO2, TiO2, ZnO)/4/. Однако наиболее избирательным и достаточно активным катализатором оказалась только пятиокись ванадия V2O5. В настоящее время в промышленности применяют либо пятиокись ванадия, либо сложные катализаторы, в состав которых в качестве основного активного компонента входит пятиокись или соли ванадия.
Пятиокись ванадия V2O5 представляет собой ромбические кристаллы красного или красно-желтого цвета, плавящиеся при 690°С. При температуре выше 700°С пятиокись ванадия заметно испаряется с частичной диссоциацией по реакции:
2V2O5 —> 4VO2+O2
Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: сочинение егэ, ответы по математике.
Предыдущая страница реферата | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | Следующая страница реферата