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

Т а б л и ц а 30

Зависимость констант скорости дегидрирования бутана в реакторе со взве­

Коэффициент ср при более строгом рассмотрении должен зави­ сеть и от глубины дегидрирования. Это непосредственно следует из уравнения (IV,29): чем больше глубина превращения в плотной фазе (т. е. чем больше разность концентраций в фазах), тем больше массообмен и, следовательно, тем меньше влияние проскока газа.

96

Применительно к рассмотрению процесса дегидрирования во взвешенном слое это означает, что в нижней части реактора (в зоне более низких температур) величина ср будет меньше, чем в верхней части реактора.

Таким образом, в уравнение (IV,29) следовало бы ввести член или множитель, учитывающий влияние глубины дегидрирования.

П о б о ч н ы е р е а к ц и и . Количество бутадиена, образую­ щегося при дегидрировании бутана в реакторах со взвешенным 'слоем катализатора К-5, составляло (в процентах к суммарному количеству «-бутиленов) [10]:

С достаточной для расчета состава продуктов дегидрирования бутана точностью можно считать, что выход бутадиена равен 10%

взвешенным слоем не должна существенно отличаться от скорости крекинга в реакторе с неподвижным слоем, так как (в отличие от реакции дегидрирования) в газовом пузырьке протекают реакции термического крекинга бутана и бутилена.

В связи с этим уравнения скорости крекинга, полученные для реактора с плотным слоем, оказались весьма удовлетворительными и для реактора со взвешенным слоем [10].

С к о р о с т ь у г л е о т л о ж е н и я практически не зависит от объемной скорости бутана, поэтому проскок части бутана в виде пузырьков не должен влиять на зауглероженность катализатора во взвешенном слое. Следовательно, скорость углеотложения во взве­ шенном и неподвижном слое описывается одним и тем же уравне­ нием, причем в первом случае Ѳ означает среднее время пребывания катализатора в реакторе со взвешенным слоем.

И з о м е р и з а ц и я . Соотношения количества изомеров «-бу­ тилена, получаемых при дегидрировании н-бутана в реакторе со взвешенным слоем катализатора К-5, указано в табл. 31. В иссле­

ном слое, как можно судить из данных, полученных на опытных установках, оказались такими же, как и для «-бутана, поэтому уравнение (IV,30), учитывающее уменьшение скорости процесса за счет проскока, будет справедливо и для дегидрирования изопен­ тана.

реакторах и регенераторах промышленных установок дегидриро­ вания бутана и изопентана разделен горизонтальными проваль­ ными решетками [10, 112, 263]. Проанализируем влияние этих решеток, т. е. влияние секционирования на кинетические законо­ мерности процесса дегидрирования.

Как показано в работах [10, 264, 265], секционирование взве­ шенного слоя решетками провального типа приводит к уменьше­ нию степени перемешивания частиц катализатора. С увеличением числа решеток и их эффективности [264] секционный реактор все более приближается к аппарату идеального вытеснения по твер­ дым частицам. Этот эффект наиболее резок при увеличении числа решеток до 8—10; дальнейшее их увеличение оказывается менее эффективным [265].

Уменьшение перемешивания катализатора приводит к тому, что восстановление катализатора и десорбция воды происходят в ос­ новном в верхней части реактора, а не во всем объеме, как в одно­ слойном аппарате, поэтому отравляющее действие воды проявляется не во всем объеме реактора, а только в самой верхней его части. Таким образом, в результате секционирования средняя активность

лее к перепаду температуры по высоте реактора. В секционном реак­ торе более высокой будет температура на входе катализатора (верх) и более низкой — на выходе. Повышение температуры по ходу газа, дви­ жущегося противртоком к катализатору,— благоприятный фактор с термодинамической и кинетической точек зрения [10, ПО, 143].

* Активность катализатора К-5 на выходе из промышленного реактора со взвешенным слоем может даже быть выше активности на входе [113].

9S

Наконец, секционирование взвешенного слоя решетками влияет на неоднородность слоя. Общее количество газа, проходящего через слой в виде пузырьков, как уже отмечалось, пропорцио­ нально W[ — шкр и потому не должно зависеть от секционирования. Правда, имеются указания [266] на то, что при наличии решеток в слое хюкр увеличивается на 6—10%, но,

.поскольку величина wc в несколько раз больше шкр, разность wt — шкр изменяется незначительно. Однако решетки разбивают газовые пузырьки [266]; кроме того, вследствие меньших значений H/D в многослойных аппа­ ратах средний размер пузырьков в них меньше, чем в однослойном реакторе,

апотому однородность слоя в этом случае повышается.

Уменьшение размера пузырьков (при сохранении их суммарного объема) приводит к увеличению поверхности,

аследовательно, и скорости межфаз­ ного обмена.

Известно [224], что с увеличением

уравнений показана вполне удовлетворительная сходимость рас­ четных и опытных (заводских) величин, необходимо все же подчерк­ нуть приближенность такого подхода к оценке влияния межфаз­ ного обмена.

Вывод о том, что для уменьшения перемешивания катализатора наиболее эффективными оказываются восемь — десять решеток, подтверждается и экспериментальными данными по дегидрирова­ нию бутана на крупной полупромышленной установке [112]. Из пред­