Файл: Тюряев И.Я. Теоретические основы получения бутадиена и изопрена методами дегидрирования.pdf

тически такие же выходы, как на катализаторе с узким фракцион­ ным составом при dcp = 82 мкм. Из рис. 14, б видно, что при вы­ ходах более 35% избирательность дегидрирования с уменьшением

рость газа возрастает пропорционально диаметру реактора. Если же при НЮ = const в реакторах разного диаметра сохранить постоян-

ную линейную скорость, то нарушится постоянство W/F, посколь­ ку эти три величины для взвешенного слоя жестко связаны. Срав­ нительные данные по выходам и избирательности представлены на рис. 16. Из них следует, что даже максимально достигаемые выходы в реакторе со взвешенным слоем (D = 25 мм, НЮ = 4, dcp =

92

= 277 мкм) ниже выходов в неподвижном слое, причем с увеличе­ нием скорости (при уменьшении WIF) разница увеличивается, а при уменьшении линейных скоростей, т. е. при скоростях, близ­ ких к началу перехода взвешенного слоя в неподвижный, выходы в обоих реакторах сближаются.

При одной и той же конверсии избирательность в реакто­ ре со взвешенным слоем во всех случаях ниже, чем в реакторе с неподвижным катализатором.

На основании гидродинамических характеристик реакторов по­ лученные зависимости по дегидрированию бутана во взвешенном слое катализатора К-5 качественно объясняются довольно просто. Все отличительные особенности процесса дегидрирования во взве­ шенном слое вызываются главным образом перемешиванием ката­

виях более двух) выходы бутилена уменьшаются с увеличением НЮ, а при W/F >■ 20 наблюдается обратная зависимость. Это можно объяснить следующим образом. Для одного и того же реак­ тора при соблюдении постоянства WIF линейная скорость газа растет пропорционально отношению НЮ (поскольку при этом увеличивается объем катализатора, а следовательно, и подача бутана), что видно из следующего примера (D — 25 мм, W/F са 7,5):

С другой стороны, при приведенных скоростях газа больше двух, т. е. когда половина или даже большая часть газа проходит через слой в виде пузырьков, проскок газа оказывает на процесс основное влияние.

Из приведенного примера следует, что в рассматриваемых ус­ ловиях проскок газа возрастает с увеличением отношения НЮ. Уменьшение выхода с увеличением НЮ подтверждает, что в этих условиях основную роль играет проскок части газа в виде пу­ зырьков.

В области больших W/F линейная скорость газа в условиях испытаний приближалась к критической, проскок газа был незна­ чительным. Глубина дегидрирования поэтому должна мало отли­ чаться от глубины дегидрирования в реакторе с неподвижным ката­ лизатором, что и наблюдается в опытах (см. рис. 16).

Снижение выхода при уменьшении размера частиц катализа­ тора также зависит от проскока газа. Как видно из табл. 29, кри­ тическая скорость газа уменьшается с уменьшением dcp. Значит, при постоянной величине W/F приведенная скорость, а следова­ тельно, и проскок газа увеличиваются при уменьшении размера

93

Наконец, поскольку проскок газа при прочих равных усло­ виях не зависит от диаметра реактора, то и выходы непосредствен­ но не должны зависеть от него, что и наблюдается в наших опытах. Различия же зависят, как указывалось, от побочных обстоятельств (несоблюдение постоянства линейной скорости при W/F = const или постоянства W/F при w{ = const).

У р а в н е н и е с к о р о с т и . Качественные закономерности дегидрирования «-бутана во взвешенном слое катализатора хорошо согласуются с предположением о том, что отличия в скорости про­ цесса в этом случае вызываются в основном проскоком газовых пузырьков. Тем самым подтверждается теоретический вывод о том, что реакторы дегидрирования бутана (и изопентана) со взвешенным слоем по режиму в них близки к реакторам идеального вытеснения, т. е. влиянием продольного смешения можно пренебречь. Тогда процесс во взвешенном слое опишется уравнением

и уравнением (ІѴ,29), в котором множитель -J-ITQ“ ’ характеризую­

щий проскок газовых пузырьков, для любого реактора можно легко рассчитать.

Сложность использования уравнений (IV,28а) и (IV,29) заклю­ чается в том, что в настоящее время нет уравнений для расчета коэффициентов межфазного обмена ß.

При отсутствии данных о величинах ß (и, следовательно, величи­ нах N) влияние проскока газовых пузырьков можно учитывать какой-либо полуэмпирической зависимостью. К выбору парамет­ ров, входящих в эту зависимость, можно подойти исходя из сле­ дующих соображений. Имеется достаточно оснований предпола­ гать, что скорость межфазного обмена будет зависеть от размера газовых пузырьков, их количества и скорости движения. Эти вели­ чины, кроме того, характеризуют так называемую неоднородность взвешенного слоя. Размер газовых пузырьков, их количество, ско­ рость движения и в целом неоднородность слоя зависят от линей­ ной скорости газа и критической скорости газа (зависящей от раз­ мера частиц катализатора). В работе [222] показано, что размер газовых пузырьков пропорционален величине

94

а неоднородность взвешенного слоя [223] пропорциональна вели­ чине

W— гакр 1,3

(wпр— I)1'3 =

кр

Конечно, все указанные выше величины, характеризующие газо­

с этим и считается неизбежным в первом приближении пользоваться

критической скорости wKp и определяется следующим уравнением:

зависимость ф от -----w крпоказана на рис. 17. Кривая на этом

катализатора к диаметру и линейной скорости газа, удовлетворитель­ но укладываются вокруг одной кривой. Это подтверждает, что умень­ шение скорости реакции дегидрирования во взвешенном слое ката­ лизатора определяется величиной проскока газа в виде пузырьков.

■ Таким образом, скорость дегидрирования бутана во взвешенном

* Для реакции синтеза аммиака [230] /гвзв также не зависит от отноше­ ния HID.

95-