Delist.ru

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ (09.01.2008)

Автор: Колганов Иван Михайлович

Гидратация 2-метилбутена-2

Дегидратация трет-амилового спирта

Гидролиз трет-амилформиата

Этерификация муравьиной кислоты 58,6

Для расчета основных размеров реактора важно получить выражение, связывающее время пребывание и глубину превращения реагентов для обратимой реакции третичных амиленов с муравьиной кислотой, когда последняя находится в избытке. Рассмотрим реакцию (8), проводимую в противотоке в избытке кислоты. Скорость реакции по компоненту А в условиях противотока можно представить следующим образом:

dXA/d? = k1(CAo – XA)(CBo – XB) – k2XC, (11)

где XA, XB, XC – глубина превращения соответствующего компонента;

CAo, CBo – мольные концентрации компонентов А и В в потоке питания (CСo = 0);

? – время проведения реакции;

k1, k2 - константы скорости реакции.

Интегрируя в пределах от ?о = 0 до ? и от XAо = 0 до XA, получаем:

? = - (t2 - 4gS)-0,5 ln{|[2SXA + t - (t2 - 4gS)]0,5/[2SXA + t +

+ (t2 - 4gS)]0,5| .|[t + (t2 - 4gS)]0,5/[t - (t2 - 4gS)]0,5|} (12)

Результаты расчета времени пребывания компонентов в реакторе в зависимости от мольного соотношения исходных веществ приведены в таблице 8 (99,7 %-ная НСООН; С5-фракция содержит 30 % масс третичных амиленов, из них 20 % масс. 2-метилбутена-2; k1 =0,00573 л/моль.л; k2=0,0323 мин-1; t=60 оС; степень извлечения третичных амиленов 98 %).

Таблица 8

Время пребывания компонентов в реакторе в зависимости

от мольного отношения кислота : углеводороды С5

Кислота : углеводороды 4 6 8 12 14

?К, мин 55 45 40 35,3 34,8

Расчет дан для случая извлечения третичных амиленов из С5-фракции бензина каталитического крекинга практически безводной муравьиной кислотой. При расчете использованы константы скорости реакции 2-метилбутена-2 с муравьиной кислотой, так как эта реакция является основной.

В случае применения водной 95%-ной кислоты основной реакцией будет также взаимодействие между 2-метилбутеном-2 и муравьиной кислотой.

Расчет времени пребывания компонентов в зоне реакции, проведенный с использованием констант вышеназванного взаимодействия, приведен в таблице 9 (95 %-ная НСООН; k1 =0,002732 л/моль.л; k2=0,01058 мин-1; t=60 оС; кислота : углеводороды = 8:1).

Таблица 9

Время пребывания компонентов в реакторе в зависимости от степени

извлечения третичных амиленов

Степень извлечения, % 98 95 90

?К, мин 86 62 44

Как видно из таблицы 9, с уменьшением степени извлечения уменьшается и время пребывания компонентов в реакторе.

Объем реактора находится с учетом объемной скорости подачи сырья и свободного объема, а при расчете диаметра реактора принимается линейная скорость сплошной фазы, соответствующая выбранной насадке.

Решим уравнение относительно XA

XA = 2S(1 – e-??)/[(t – ?) e-?? – (t + ?)], (13)

где ? = (t2 – 4gS)0,5.

Используя уравнение 13, можно рассчитать глубину превращения в зависимости от времени пребывания компонентов в реакторе и далее концентрации реагентов в данный момент времени. Так как реакция между муравьиной кислотой и третичными амиленами относительно медленная, то можно принять, что основной продукт – трет-амилформиат – распределяется практически мгновенно между кислотной и углеводородной фазами. Если принять в качестве модельного распределение трет-амилформиата между кислотой и изопентаном (в работе проведено экспериментальное исследование равновесия жидкость-жидкость в системе изопентан – трет-амилформиат – муравьиная кислота), считая, что вода распределяется аналогично кислоте, а углеводороды – как изопентан, то можно определить составы сосуществующих фаз. Зная составы экстрактного и рафинатного слоев в любой момент времени, можно построить зависимость содержания третичных амиленов в экстракте от содержания их в рафинате (учитывая связанные и свободные третичные амилены). Далее аналогично экстракции рассчитывается число теоретических ступеней и высоту реактора.

Таким образом, определены кинетические и массообменные характеристики для разработки аппаратурного и технологического оформления процесса выделения третичных амиленов из пентан-амиленовых фракций .

Разработка технологических основ

термической десорбции третичных амиленов

Исследована кинетика реакций, протекающих на стадии термической десорбции третичных амиленов. При использовании для поглощения третичных амиленов водной муравьиной кислоты (концентрация ( 70 % масс.) в реакционной смеси присутствуют трет-амиловый спирт и трет-амилформиат, следовательно, при десорбции третичных амиленов в системе будут протекать реакции разложения трет-амилового спирта (k1), трет-амилформиата (k2), гидролиза третамилформиата (k3) и этерификации муравьиной кислоты (k4).

Эффективные константы скоростей химических реакций, протекающих при десорбции третичных амиленов, приведены в таблице 10.

Таблица 10

Эффективные константы скоростей химических реакций,

загрузка...