Производство фталевого ангидрида

Рис. 1. Зависимость производительности катализатора по фталевому ангидриду от давления при различных степенях превращения нафталина.

   Исследования процесса  парофазного каталитического окисления при избыточном давлении до 6 атм и степенях преврещения 45, 60 и 75% показали, что избирательность катализатора с повышением давления увеличивается незначительно.

    Химические свойства  перерабатываемых веществ определяют  действие их на материал аппаратуры. Нафталин, фталевый ангидрид и  малеиновый ангидрид, находясь в  паровой фазе, практически не  корродируют сталь.

    Одним из наиболее  существенных факторов, в значительной  степени определяющих конструкцию  конвертора, является тепловой эффект  процесса.

Таблица 4. Тепловые эффекты реакций окисления нафталина.

Продукты окисления	Теплота окисления, ккал
	на 1 моль исходного вещества	на 1 кг исходного вещества
Фталевый ангидрид	449,1	3503
Малеиновый ангидрид	898,6	7009
1,4-нафтохинон	131,7	1027
Двуокись углерода и вода	1232,5	9613

 

    Существенное  значение имеет наличие примесей  в исходном нафталине. При полном  сгорании 1 кг примесей в среднем  выделяется 10000 ккал тепла. С этим фактом необходимо считаться при выяснении возможности применения в производстве фталевого ангидрида других углеводородов.

Таблица 5.

Значения теплоты окисления нафталина во фталевый ангидрид с учетом побочных процессов

(на 1 кг при стандартной  температуре 20˚С).

Продукты окисления	Теплота превращения, ккал	Степень превращения, %	Кол-во выделившегося тепла с учетом ст.превращения
Фталевый ангидрид Малеиновый ангидрид 1,4-нафтохинон СО2 и вода	3503 7009 1027 9613	85 2 3 10	2980,0 140,0 30,4 961,3
Всего		100	4111,7

 

    Из данных таблиц 4 и 5 ясно, что необходимо учитывать  степень превращения исходного  вещества в различные продукты  окисления.

Также следует учитывать, что при возрастании молекулярного веса исходного углеводорода, тепловой эффект реакции окисления увеличивается.

    Температура процесса  в значительной степени определяет  выбор не только хладоагента, но и материала аппарата. До 400˚С устойчива обычная сталь. Для более высоких температур используется легированная сталь типа хромо-никелевой.

    В процессе  парофазного каталитического окисления ароматических углеводородов во фталевый ангидрид зависимость выхода основного продукта от температуры характеризуется кривой.

Рис. 2. Зависимость выхода продукта от температуры при окислении нафталина во фталевый ангидрид.

    Видно, что оптимальный  интервал температур соответствует  участку АВ.

    Вследствие высокой  экзотермичности процесса одной из основных проблем при конструировании контактного аппарата является максимальная интенсификация отвода тепла из зоны катализатора и обеспечение изотермичности в ней.

    В качестве хладоагента используют расплавы солей 7% NaNO3, 40% NaNO2, 53% KNO3; воздух или воду. Главные требования, предъявляемые к хлодоагентам: стабильность при температуре реакции, огне- и взрывобезопасность, а также способность не корродировать материал аппарата.

    Как катализатор используется пятиокись ванадия V2O5, который является наиболее избирательным и достаточно активным, его получают разложением ванадата аммония при температуре 400˚С, с последующим нагреванием до 690˚С. Пятиоксиь ванадия выпускается трех марок: «химически чистая», «чистая для анализа» и «чистая», в соответствии с ТУЦМ 4566-55.

Таблица 3.

Показатели	Химически чистая	Чистая для анализа	Чистая
Содержание V2O5, % не менее Содержание примесей, % не более    потери при прокаливании    сульфаты    хлориды    тяжелые металлы    аммоний	99,75       0,10   0,01 0,005 0,002 0,007	99,45       0,15   0,02 0,01 0,005 0,01	99,0       0,25   0,04 0,02 0,01 0,015

 

 

 

 

6. Основной аппарат

    Одним из основных  аппаратов промышленного синтеза  фталевого ангидрида путем парофазного каталитического окисления нафталина является конвертор. Конверторы со стационарным слоем гранулированного катализатора выполняются в виде вертикальных трубчатых аппаратов.

Рис. 3. Конвертор и отводом тепла реакции, перемешиваемым расплавом солей:

1. Трубки с катализатором; 2- охлаждающие элементы; 3- центральная труба; 4- мешалка; 5- сферическая крышка; 6-электродвигатель; 7- гильзы для термопар; 8- рубашка; 9- сборная камера.

    Конвертор представляет  собой вертикальный аппарат, в  котором имеется 2946 трубок (внутренний  диаметр трубки 25 мм, длина 3000 мм), заполненных  катализатором. В межтрубном пространстве  аппарата находится расплав солей (нитрит-нитратная смесь). Для интенсификации отвода тепла и выравнивания температуры расплав перемешивается пропеллерной мешалкой 4, приводимой во вращение электродвигателем 6 с индивидуальным приводом.

    Для отвода  тепла от расплава солей в  центральной трубе размещены  охлаждающие элементы 2, по конструкции  аналогичные трубкам Фильда. Во внутренние трубки охлаждающих элементов снизу поступает воздух, а нагретый воздух выводится из наружных трубок через камеру 9. Охлаждающий воздух также подается в рубашку 8. Температура в зоне катализатора измеряется термопарами, установленными в гильзах 7. Перед началом процесса контактирования аппарат разогревают, продувая катализатор горячим воздухом. Нафталино-воздушная смесь, поступающая в конвертор, проходит через трубки, заполненные катализатором, а контактные газы, содержащие пары фталевого ангидрида, удаляются из аппарата через нижний штуцер.

 

	1	2	3	4	5	6
Приборы по месту
Приборы на щите

 

 

 

Позиция	Измеряемый параметр	Место установки	Наименование прибора	Тип прибора	Краткая техническая характеристика	Количество приборов
1	Давление в зоне реакции	По месту	Датчик давления	FKA 03	От 0 до +500 бар	1
		На щите	Регистрирующий прибор	KR 100	±0,5%	1
2	Температура в зоне реакции	По месту	Электрический термометр сопротивления	ТХА ТХК-0192К	-40 до +600°С	1
		На щите	Регистрирующий прибор	ДИСК 250 М	0,25%	1
3	Расход воздуха после теплообменника	Трубопровод	Расходомер вихревого принципа действия	Rosemount 8800D	25 мПа	1
4	Расход нафталино-воздушной смеси	Трубопровод	Расходомер вихревого принципа действия	Rosemount 8800D	25 мПа	1
5	Расход воздуха	Трубопровод	Расходомер вихревого принципа действия	Rosemount 8800D	25 мПа	1
6	Расход нафталина	Трубопровод	Расходомер кориолисового принципа действия	Кориолисовые преобразователи расхода	±0,5%	1

 

 

 

Список использованной литературы

1. Автоматическое управление в химической промышленности:

     учеб. для вузов / под ред. Е.Г. Дудникова. – М.: Химия, 1987. – 368 с.

2.  Анисимов В.И. Основы автоматического управления технологи-

ческими процессами нефтехимической и нефтеперерабатывающей про-

мышленности. – М.: Химия, 1967. – 408 с.

3. Беспалов А.В., Харитонов Н.И. Системы управления химико-технологическими процессами. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 690 с.
4. ГОСТ 21.404–85. Автоматизация технологических процессов.
5. Гуревич Д.А. Фталевый ангидрид.-М.: Химия, 1968. – 232 с
6. Интернет-ресурс: http://rospribor.nichost.ru/catalog/datras.html