Научная статья на тему 'Моделирование каталитического алкилатора получения прекурсора для синтеза различных полимеров'

Моделирование каталитического алкилатора получения прекурсора для синтеза различных полимеров Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
510
98
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КУМОЛ / АЛКИЛАТОР / ГЕТЕРОГЕННЫЙ КАТАЛИЗАТОР / МОДЕЛЬ / CUMENE / ALKYLATOR / HETEROGENEOUS CATALYST / MODEL

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Рамазанов К. Р.

Рассмотрена модель каталитического алкилатора получения кумола алкилированием бензола пропиленом. Установлено, что для обеспечения приемлемого максимального выхода кумола в реальных условиях оптимальным температурным диапазоном алкилирования бензола пропиленом является 140-180ºС и геометрические размеры алкилатора 1≤ h/2R 0 ≤10 (h – высота и R 0 – радиус слоя катализатора). Результаты моделирования использованы при создании установки каталитической дистилляции кумола.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Рамазанов К. Р.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODELING OF A CATALYTIC ALKYLATOR FOR A PRECURSOR FOR SYNTHESIS OF VARIOUS POLYMERS

The paper considers a model of a catalytic alkylator for cumene production by benzene alkylation with propylene. The optimum temperature range of benzene alkylation with propylene has been found to be 140-180ºС and the geometrical sizes of the alkylator should satisfy 1 ≤ h/2R 0 ≤10 (where h and R 0 are the height and radius of the catalyst layer) to provide an acceptable maximum yield of cumene in actual practice. The results of our modeling were used to design a catalytic cumene distillation unit.

Текст научной работы на тему «Моделирование каталитического алкилатора получения прекурсора для синтеза различных полимеров»

УДК 677.494.745.32.661.838

К.Р. Рамазанов

МОДЕЛИРОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОГО АЛКИЛАТОРА ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕКУРСОРА

ДЛЯ СИНТЕЗА РАЗЛИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Рассмотрена модель каталитического алкилатора получения кумола алки-лированием бензола пропиленом. Установлено, что для обеспечения приемлемого максимального выхода кумола в реальных условиях оптимальным температурным диапазоном алкилирования бензола пропиленом является 140-180°С и геометрические размеры алкилатора 1< h/2R0 <10 (h - высота и R0 - радиус слоя катализатора). Результаты моделирования использованы при создании установки каталитической дистилляции кумола.

Кумол, алкилатор, гетерогенный катализатор, модель

K.R. Ramazanov

MODELING OF A CATALYTIC ALKYLATOR FOR A PRECURSOR FOR SYNTHESIS OF VARIOUS POLYMERS

The paper considers a model of a catalytic alkylator for cumene production by benzene alkylation with propylene. The optimum temperature range of benzene alkylation with propylene has been found to be 140-180С and the geometrical sizes of the alkylator should satisfy 1 < h/2R0 <10 (where h and R0 are the height and radius of the catalyst layer) to provide an acceptable maximum yield of cumene in actual practice. The results of our modeling were used to design a catalytic cumene distillation unit.

Cumene, alkylator, heterogeneous catalyst, model

В мире до 7 млн. тонн в год или более 96% фенола, являющегося сырьем для производства широкого спектра полимеров, производится совместно с ацетоном по кумольной технологии [1-8], которая состоит из трёх основных стадий: получение кумола алкилированием бензола пропиленом, окисление кумола до гидропероксида (ГПК) с последующим сернокислотным разложением ГПК на фенол и ацетон.

На всех фенольных заводах России [1, 6-8] при получении кумола в качестве катализатора используют низко селективный и коррозионно-активный гомогенный катализаторный комплекс на основе хлорида алюминия, применение которого приводит к образованию множества побочных продуктов, трудно утилизируемых отходов и сточных вод, нестабильному качеству кумола, извлекаемого из многокомпонентной реакционной смеси, к необходимости организации рециклов, их нагрева, охлаждения и транспортировки, усложнению аппаратурного оформления и энергоемкости промышленной установки, высоким значениям расходных коэффициентов сырья на 1 тонну кумола, усиленной коррозии и большим капитальным затратам на ремонт оборудования.

Альтернативой гомогенному катализатору на основе хлорида алюминия получения кумола с точки зрения активности и селективности, экологической безопасности, легкости разделения продуктов реакции и простоты регенерации являются гетерогенные катализаторы - модифицированные и синтетические цеолиты [9]. Принципиальная возможность использования гетерогенных катализаторов - различные алюмосиликаты и широкий спектр модифицированных и синтетических цеолитов типа Y, в, МСМ-22 и др., имеющие промышленное значение, доказана на основе экспериментальных данных на пилотных и опытных установках в России [9-13] и промышленных за рубежом [14-26]. Процесс проводиться как в газовой фазе, так и в жидких фазах в интервале температур 140-350°С и давлений 0,4^0,8 МПа. Мольное соотношение бензол:пропилен выбирается от 1:1 до 10:1 [9-26].

Работа посвящена моделированию каталитического алкилатора получения кумола для оптимизации режима проведения реакции алкилирования бензола пропиленом в зависимости от его геометрического размера.

Таблица 1

Физико-химические параметры катализатора

№ Параметр и обозначение Ед. измерения Значение

1 Удельная масса, 5 кг/м3 820

2 Удельная поверхность пор, S м3/кг 5,2-10°

3 Удельный объём пор, V м3/кг 3,2-10" 4

4 Средний радиус пор, г A0 24

5 Плотность, р кг/м3 3400

6 Свободный объём,£ 0,76

7 Удельная поверхность, f м2/м3 533

8 Зернистость, d мм 3

Химический состав использованного гетерогенного катализатора - оксид кремния (8Ю2) 87,6%; оксид циркония (2г02) 6,5%; оксид алюминия (А1203) 5,5%; оксид натрия (Ка20) 0,4%, физико-химические показатели которого приведены в табл. 1.

Кинетическая модель процесса получения кумола. Согласно [27], кинетика реакции твердофазного каталитического алкилирования бензола пропиленом описывается последовательностью трех стадий: ,

СбНб + СзНб ^ СбН5СН(СНз)2 (1)

СбН5СН(СНз)2 + СзНб ^ СбН [СН(СНз)2]2 (2)

СбН4 [СН(СНз)2]2 + СбНб Ь 2СбН5СН(СНз)2, (3)

где к1, к2, к3, к4 - константы скоростей. к4

Пусть С1, С2, С3, С4 - концентрации бензола С6Н6, пропилена С3Н6, кумола С6Н5СН(СН3)2, ди-изопропилбензола С6Н4 [СН(СН3)2]2 или полиалкилбензолов (ПАБ), соответственно в молях на 100 г смеси. Тогда получаем систему из четырех дифференциальных уравнений, описывающих скорости протекания реакции (1)-(3) [28]:

к1С1С2 = аСз/ат, (4)

к2С2Сз = ас4/ат, (5)

кзС^4 = 2аСз/ат, (6)

к4Сз2 = -2аСз/ат, (7)

где т - время алкилирования. Интегрируя (4) и (5) при постоянных концентрациях бензола и пропилена, имеем

Сз = к^А т (8)

С4 = 0,5к1к2С1С2 т2 (9)

линеиныи и квадратичным законы нарастания концентрации продуктов во времени до достижения стационарного состояния. Складывая (6) и (7) в квазистационарном приближении получаем:

кзС^ = к4Сз2 (10)

или, после подстановки С3 и С4 из (8) и (9):

к2/к1 = 2к4/кз. (11)

Если к1°, к2°, к3°, к4° - аррениусовкие предэкспоненты и А1, А2, А3, А4 - энергии активации реак-

ции (1) - (3), то условие стационарности процесса алкилирования приобретает вид

к2°/к1° = 2(к40/к30)ехр(Л2+Л3-Л1-Л4). (12)

При характерных к1° = 5,45-10 , к2° = 2,63• 10 , к3° = 3,80-10 , к4° = 5,83-10 , А1=51 кдж/моль, А2=61,7 кдж/моль, А3=66 кдж/моль, А4=93 кдж/моль, Т=473 К [28] левая и правая части уравнения (12) совпадают, что свидетельствует о его выполнимости в реальных условиях.

ПРОПИЛЕН

БЕНЗОЛ

АЛКИЛАТ

Рис. 1. Схема алкилатора для получения кумола: 1-4 - слои катализатора

Схема четырехслоиного каталитического алкилатора получения кумола приведена на рис. 1. Пусть С11, С12, С13, С14 - концентрации бензола на j = 1, 2, 3, 4 слоях цилиндрического алкилатора

(рис. 1) и С2 - концентрация пропилена в реакционнои массе, которую можно принять как постоян-

ную. Тогда на основании вышеизложенного можно записать следующие выражения для концентрации кумола и ПАБ для j - катализаторного слоя:

С^ = к^СцС ехр[-А1/ЯТ1]т + СэН, (13)

С4] = 0.5к|°к2°С 1|С22 *ехр[(-А1+А2)/ЯТ1] т2 + С4Н, (14)

где при j=1, С30 = 0, С40 = 0 или до первого катализаторного слоя кумол и ПАБ не образуются.

Выход кумола а<1 можно рассчитать по соотношению:

а = С34КС14+С34+С44)-1, (15)

где пренебрегаем концентрации бензольных примесеи. После подстановки Сэ] и Су из (13) и (14) в

(15) получаем для j=1, 2, 3, 4:

а = к^Ст ЕСц *ехр[-А1/КТ]]*(С14+ к^С *ехр[-А1/ЯТ]] +

+ О^к^к/С,2!2!: Сц *ехр[(-А1+А2)/КТ]])1. (16)

Пусть Ь - толщина или высота слоя катализатора (рис. 1), а Бэф - эффективный коэффициент диффузии алкилата по его порам, тогда время просачивания алкилата через слои катализатора может быть оценено как:

Т0 = Ь2/п Бэф. _(17)

Полагая, что время контакта алкилата со слоем катализатора т =4т0 при Т1=Т2=Т3=Т4=Т из

(16) получаем:

а=[1+ л!)эф*ехр[-А,/ЯТ |/41гк, °С2 *(С„/С14+С12/С14+С13/С14+1) +

+ (2 к2°С21г/ л:ВЭф) *ехр [-А2/ЯТ] ]"

(18)

В качестве характерных концентрационных отношении можно выбрать С11/С14=1,64; С12/С14=1,42; С13/С14=1,20 [28], тогда из (18) имеем:

а=[1+ лБэфехр[-А1/ЯТ]/21Ь2к10С2+(2к2°Ь2С2/ ^^хр^/ЯТ]]"1. (19)

Концентрация пропилена С2 в алкилате связана с его давлением в газовои фазе Р соотношением Генри [29]:

С2=кг°*Р*ехр[-Ок/ЯТ], (20)

где кг° - константа Генри, равная С2/Р при бесконечно большои температуре и Qk=18,41 кдж/моль -теплота конденсации пропилена [27]. Подставляя С2 из (20) в (19) получаем:

<х=[ 1 +лБэф *ехр |(-А,+дк)/ЯТ|/21 к /’к/’ЬР +

+ (2к2°кг°Ь2Р/ тгОзф^^схрК-А.+д^/ЯТП1. (21)

Вычислив производную Эа-1/ЭЬ2 и приравняв к нулю полученное выражение, находим толщи-

0

ну слоя катализатора птах, отвечающую максимальному выходу кумола а тах по соотношению

Ь2тах=Р 1лВэф(42к102к2°кг0)"0’5 *схр|(А,+А2+2дк)/ ЯТ|. (22)

Подставляя (22) в (21) имеем выражение, согласно которому а0тах зависит только от соотношения констант и температуры:

а0тах=[1+(42к27441кГкг°)0’5 *схр|(-А2+дк)/ЯТ| +

+(2к2°кг721к10)0,5 *ехр[(А1+(2к)/КТ]]-1 . (23)

Целесообразно прямои теоретическии расчет среднеи температуры алкилата. Для этого предположим, что толщина п каждого из четырех слоев катализатора (рис. 1) много меньше его диаметра 2Яо, слои катализатора можно считать термически тонким и пренебречь распределением температуры 1;, отсчитаннои от температуры алкилата за пределами слоя Т0. Пусть также X, а и е соответственно коэффициенты теплопроводности, температуропроводности и объемнои пористости слоя катали-

затора. При этом на границах идет теплообмен с алкилатом по закону Ньютона - Рихмана [30] при коэффициенте теплообмена у. Выберем цилиндрическую систему координат О, г, 2, ф и поместим её начало координат в центре слоя катализатора и будем считать, что в порах слоя работают энтальпии-ные химические источники с равномернои тепловои интенсивностью q. После введения безразмерных переменных: Ф= А1/^Ь) - безразмернои температуры, р2=2уЬ/Х - безразмерного коэффициента теплообмена, п = г/Ь - безразмерного радиуса, ю= ат/ Ь2 - безразмерного времени и £ = q/q0 - безразмернои интенсивности источника ^0 - характерный масштаб интенсивности химического тепловыделения). Нагрев слоя катализатора может быть описан дифференциальным уравнением [30, 31]:

ЭФ/Эю=Э2Ф/Эп2+ п_15Ф/Эп- р2Ф+Д(ю)£ (24)

с начальным условием Ф(п,0) = 0 и граничным условием Ф(п, ю) = 0. Здесь Дю) - функция Хэвисаи-да, описывающая работу источника, которая Дю) = 0 при ю=0 и Д(ю) = 1 при ю>0.

Приближенным решением (28) является функция [30,31]

- 0,5^(11о/т1) 0’5/0Ы ег/с[0,5(т|0-г|) оУп >схр(-рчо)ско+ ^(1- ехр(-р2со))/р2, (25)

где ег/с=1-егДх), егД(х)=2л"0,5/0 ехр(-у2^у - функция ошибок [32].

Интеграл в (25) не берется в аналитическом виде, поэтому решение мы можем наши его только в стационарном режиме нагрева при ю^»:

Ф~ 4[ 1-0,5 Спо/Л)11,5 *ехр[-Р(г|-г|о)]]/р2. (26)

Возвращаясь, к размерным переменным имеем:

1=Ч[1-0,5(Кю/г)0 5 *ехр[-(2у/ХЬ)0,5(Ко-г)]]/2у (27)

и при г ~ Я - среднерадиальная температура нагрева слоя катализатора составит:

1Ср= q[1- (ХП/2у)0,5/2Я0)]/2у. (28)

Интенсивность теплового источника можно наити по уравнению:

Ч = (еОэ,ф1/11):-^1(рк/Мк) - 0„сп(рбМб)+02(рпаб/Мпаб^з(рк/Мк)], (29)

где Мб, Мк, Мпаб и рб, рк, рпаб - молекулярные массы и плотности бензола, кумола и диизопропилбен-

зола или ПАБ, соответственно Qисп - теплота испарения бензола, а Q1, Q2, Q3 - теплоты или тепловые эффекты реакции (1)-(3).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

При ламинарном движении алкилата коэффициент теплообмена определяется из известного критериального уравнения [30]:

Ыи=0.66*Яс" " *Р, алк. (30)

где К= уЯс/^алк - критерии Нуссельта, Яе = ^фЯ^^™) - критерии Реинольдса, Рг алк = vaлк/аaлк -

критерии Прантдля, Халк, аалк, vaлк - коэффициенты теплопроводности, температуропроводности, ки-94

нематической вязкости алкилата за пределами слоя катализатора. Это приводит к следующему выражению для неизвестного коэффициента теплообмена:

у = 0,66*( ^ЛМлВзф К /Ь\': ) ' *( Рг алк)0’33 (31)

Подставляя величины у из (31) и ч из (29) в (28) получаем уравнение для расчета средней абсолютной температуры:

Т = То+0,76вВэф Я„:-^1(рк/Мк) - (Зисп(Рб/Мб) + (^(Рпаб/Мдаб) + (Ь(Рк/Мк)]* (32)

^алк(лВэф Ио/ ЬУал.)0-5 *( Ргалк)°33]-1*[1-0,5[0,76Ш^лк *(тгВ Я /Ь\-: ) 5 *(Р. , ) ::| '|.

Из соотношения (32) видно, что Т зависит сложным образом от таких конструктивных параметров алкилатора как его радиус И и высота слоя катализатора Ь. На оснований (23) находим а0тах для различных Ь и И0, чтобы предсказать поведение алкилатора на начальных стадиях рабочего цикла.

Более детальные исследования требуют учета «старения» и дезактивации слоя катализатора во время его эксплуатации. С этой целью можно предполагать, что дезактивация определяется транспортом диизопропилбензола или ПАБ в поры слоя катализатора с эффективным коэффициентом диффузии Бэфпаб, а также константой скорости дезактивации кдез с температурными аррениусовскими зависимостями:

Вэфпа5 = В0пабехр(-Лй/ЯТ) (33)

кдез = к0дез ехр(-Лдез/ЯТ), (34)

где Б0паб, к0дез и Лй, Лдез - аррениусовские предэкспоненты и энергии активации процессов транспорта и химического взаимодействия ПАБ с катализатором. В этом случае средний за время рабочего цикла выход кумола может быть оценен по соотношению:

аср= а0т.1[1-Ь-1(лО0п.6/ О0’5*ехр(-ДА/ ЯТ)|. (35)

где АЛ ЛдеЗ - Л^

Очевидно, что численное моделирование алкилатора следует начинать с многоступенчатого расчета рабочих температур. Тепловые эффекты реакции (1)-(3) рассчитывали по закону Гесса [29]. При энтальпиях образования соответственно бензола, пропилена , кумола и диизопропилбензола или ПАБ, равных АН0б = -82,98 кДж/моль, АН0п = -20,42 кДж/моль, АН0к = - 41,3 кДж/моль и АН0паб = -29,6 кДж/моль [33], тепловые эффекты реакции (1)-(2) составляют: р1= АН0к - АН0б - АН0п = 62,1 кДж/моль; = АН0паб - АН0к - АН0п = 32,12 кДж/моль; Q3 = 2 АН0к - АН0б - АН0паб = 29,98 кдж/моль. С

3 3 3 3 3 3

учетом плотности жидких фаз при рб=0,88-10 кг/м, рк =0,86-10 кг/м, рпаб=0,87-10 кг/м, молекуляр-

ных масс Мб=78-10"3 кг/моль, Мк=120-10"3 кг/моль, Мпаб=162^10"3 кг/моль и теплоты испарения бензола Qисп=30,77 кДж/моль получается следующая удельная энергия выделения тепла в объеме слоя катализатора:

Ql(Pк/Мк) - Qисп(pб/Мб) + Q2(Pпаб/Мпaб) + Qз(pк/Мк) = 4,85-10® Дж/м3. (36)

Для 8=0,76, Бэф=5-10- м/с [28] и (36) имеем рабочую формулу вычисления интенсивности тепловыделения в слое катализатора, получаемую на основании соотношения (29):

4 = 18,43/Ь, Вт/м2. (37)

Если принять, что при средней температуре реактора 160°С теплофизические параметры алкилата примерно соответствуют таковым для воды на линии насыщения, т.е. ^алк=0,681 Вт/(м-К), vaлк =

0,191-10-6 м2/с, Рг алк = 1,1 [29], то для вышеупомянутого Бэф=5-10-8 м2/с на основании соотношения (31) получаем следующую рабочую формулу для расчета коэффициента теплообмена:

у = 0,42(ЬК0)"0 5, Вт/(м2/К). (38)

Подставляя величины ч и у из соотношений (37) и (38) в соотношение (28) при ^=0,582 Вт/(м-К) [33] находим рабочую формулу для расчета средней температуры перегрева слоя катализатора относительно температуры алкилата за его пределами:

1Ср= 21,92(И0 /Ь)05[1-0,83(Ь3/К0)0,25], град. (39)

Из нее нетрудно видеть, что величина 1;ср увеличивается с радиусом алкилатора И0 и уменьшается с толщиной слоя катализатора Ь и действительно расчеты показывают, что наибольшая температура перегрева слоя катализатора относительно алкилата 1;ср=81 град относится к самому тонкому слою катализатора с Ь=0,1 м и максимальному из рассмотренных в нашей работе радиусу алкилатора И0=1,5 м. При вышеупомянутых значениях к1°, к2°, А1, А2, Qк полученная на основании соотношения (23) рабочая формула для вычисления выходов кумола в начальный период работы алкилатора без существенной дезактивации слоя катализатора имеет вид

а°тах= [1+0,675(кг°)"0’5 *ехр(-9674/Т) + 0,675(к1о)°’5*ехр(8347/Т)]1, (40)

где величина подгоночного параметра кг° = 6-10"16, отвечающий безразмерным относительным концентрациям и давлениям пропилена в законе Генри (20) рассчитывался из имеющихся в нашем распоряжении экспериментальных результатов по зависимости выхода кумола от Ь, И0, Т=Т0+^ при Т0=433К(160°С).

При Б0паб = 1 • 10-8 м2/с, к0дез = 1,6Ы0"8 с-1 и АА=10 кдж/моль [28] на основании соотношения (35) была получена рабочая формула для вычисления среднего выхода кумола с учетом старения и дезактивации катализатора за время рабочего цикла (2 года) в виде:

аср= а0тах[ 1-(1,40/Ь)ехр(-962/Т)]. (41)

Расчеты по формуле (40) показывают, что при абсолютной температуре алкилата Т0=303К (30°С) и Т<384К(111°С) алкилатор практически неработоспособен даже в самом тонком Ь=0,1 м и широком И0=1,5 м слое катализатора, где величина а0тах < 0,02.

На рис. 2А приведены результаты расчета а0тах и аср в зависимости от геометрического размера алкилатора от соотношения высоты слоя катализатора Ь к его диаметру 2И0 при температуре алкилата 140°С (кривые 1, 2) и 180°С (кривые 3, 4) и зависимости их (кривая 5) и (кривая 6) от температуры алкилата, а на рис. 2В зависимости а0тах (кривые 1, 2) и аср (кривые 3, 4) от температуры алкилата при тонком слое Ь=0,1 м (кривые 1,4) и толстом слое Ь=1 м (кривые 2, 3) катализатора.

В тонком и широком слое катализатора в зависимости от Ь/2И0 до величины Ь/2И0=1 (рис.2А) выходы кумола а0тах и аср уменьшаются, которые совпадают и не зависят в от Ь/2И0 в рассчитанном диапазоне величин 1< Ь/2И0 <10, причем с увеличением температуры от 140°С до 180°С выходы кумола возрастают (сравни кривые 1, 2 и кривые 3, 4). Вместе с тем наблюдается увеличение выхода кумола в начальный период а0тах (кривая 4, рис.2А) в наиболее приемлемом практическом диапазоне изменения температуры 140-180°С (кривая 5, рис. 2А), поскольку в процессе эксплуатации катализатора за счет его старения и дезактивации величина выхода аср достигает максимума при температуре 250°С со снижением активности или быстрой дезактивации уже при 300°С (кривая 6, рис. 2А).

► Т,°С 1

О о

о

1 1

А

10

100 200 Т,°С

В

Рис. 2. Зависимости наибольших начальных а0тах (1,3) и среднего выхода аср (2,4) кумола: А - от соотношения высоты слоя катализатора И к диаметру алкилатора 2% при температуре алкилата 140°С (1,2) и 180°С (3,4); а0тах (5) и аср (6) от температуры алкилата; В - а0тах (1,2) и аср (3,4) от температуры алкилата при тонком слое И=0,1 м (1,4) и толстом слое И=1 м (2,3) катализатора

0

Результаты расчетов на рис. 2 В показывают, что с увеличением высоты слоя катализатора и температуры возрастает выход кумола а0тах и аср (тонкий Ь=0,1 м, кривые 1,4 и толстый слой катализатора Ь=1 м, кривые 2, 3), достигая максимума при 175°С (кривая 1) и 150°С (кривая 4) выходы кумола соответственно а0тах и аср в тонком слое с последующим снижением за счет «старения» и дезактивации тонкого слоя катализатора с повышением температуры (кривые 1, 4). Для толстого слоя катализатора (рис.2В, кривые 2,3) для важного при эксплуатации катализатора технологического параметра аср наиболее приемлемым температурным диапазоном является 140-180°С, поскольку с увеличением температуры также проявляется тенденция усиления и дезактивации катализатора, к примеру, при температуре 200°С (рис. 2В, кривая 3) уже достигается максимальный выход кумола (кривая 3).

Таким образом, хотя модель каталитического алкилатора получения кумола предсказывает максимальные выходы кумола для толстого слоя катализатора с увеличением температуры, однако увеличение температуры выше 200°С приводит и к быстрому «старению» и дезактивации катализатора. Поэтому для реальных практических условий получения кумола алкилированием бензола пропиленом на гетерогенных цеолитсодержащих катализаторах наиболее приемлемым температурным диапазоном эксплуатации является 140-180°С для алкилатора с геометрическими параметрами 1< h/2R0 <10, которые использованы при создании установки каталитической дистилляции кумола [11-13].

Выводы

1. Моделирование каталитического алкилатора получения кумола предсказывает, что для обеспечения приемлемого максимального выхода кумола в реальных условиях оптимальным температурным диапазоном алкилирования бензола пропиленом является 140-180°С и геометрические параметры алкилатора 1< h/2Ro <10 (h - высота и Ro - радиус слоя катализатора).

2. Результаты моделирования использованы при создании установки каталитической дистилляции кумола.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кружалов Б.Д. Совместное получение фенола и ацетона / Б.Д. Кружалов, Б.И. Голованенко. М.: Наука, 1963. 200 с.

2. Hock Н. Autoxidation of Hydrocarbons Peroxides of benzene derivatives / Н. Hock, S. Lang. Ber. V.77. 1944. № 3. P. 257-264.

3. Kirk-Othmer. Encyclopedia of Chemical Technology / Kirk-Othmer. 3rd Edition. See article «Phenol». V. 17. P. 373.

4. Закошанский В.М. Кумольный процесс получения фенола-ацетона / В.М. Закошанский // Нефтехимия. Т. 47. 2007. № 4. С. 301-313.

5. Закошанский В.М. Альтернативные технологии получения фенола / В.М. Закошанский // Российский Химический Журнал (ЖРХО им. Д.И. Менделеева). Т. LII. 2008. № 4. С. 53-71.

6. Постоянный технологический регламент №37-03 цеха получения изопропилбензола производства органического синтеза ООО «Саратоворгсинтез». Саратов: 2003. 252 с.

7. Постоянный технологический регламент №40-03 цеха получения гидропероксида изопропилбензола производства органического синтеза ООО «Саратоворгсинтез». Саратов; 2003. 179 с.

8. Постоянный технологический регламент №53-06 цеха получения фенола и ацетона производства органического синтеза ООО «Саратоворгсинтез». Саратов; 2006. 158 с.

9. Применение цеолитов в катализе / под ред. акад. Г.К. Борескова, Х.М. Миначева // Новосибирск. Наука. 1977. 192 с.

10. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты органических и неорганических веществ. СПб.: АНО НПО «Мир и Семья», АНО НПО «Профессионал», 2002. Ч. 1. 998 с.

11. Рамазанов К.Р. Разработка технологии получения кумола в режиме каталитической дистилляции на твердофазном катализаторе / К.Р. Рамазанов // Материалы отраслевого совещания по нефтехимии «Производство мономеров и продуктов на их основе». М., 2002. С. 152-153.

12. Пат. 15779 (Полезная модель) РФ: МПК С07С 2/66, 15/085; B01J 8/04 (2006.01). Установка каталитической дистилляции кумола; заявитель и патентообладатель Рамазанов К.Р. (RU); №2011151580; заявл. 16.12.2011; опубл. 10.005.2012.

13. Ramazanov K.R. Increase of efficiency of cumol process of recelving phenol and acetone / K.R. Ramazanov // European Science and Technology: 4th International scientific conference. Munich. V. II. 2013. P. 775-786. ISBN 978-3941352-89-6.

14. Q-MAX™ PROCESS FOR CUMENE PRODUCTION // Сайт компании UOP [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.accessengineeringlibrary. com.|...|0071....

15. Pat. US 4857666, IPC C 07C 100, 268, 522. Alkylation / transalkylation process; assign.UOP Company; filed Sep.21,1988; publ. Aug.15, 1989.

16. Pat. US 4587370, IPC C 07C 15/02, 15/00, 02/66, 02/00, 07/00, 07/04, 02/64. Aromatic hydrocarbon alkylation process product recovery method; assign.UOP Company; filed Jun 5,1985; publ. May 6, 1986.

17. CUMENE // Сайт компании Lummus Global [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.Lummus .cbi. com.

18. Pat. US 5086193, IPC C 07C 264. Aromatic alkylation process; assign. Chemical Research and Licensing Company, ABB Lummus Crest Inc.; filed Nov.9, 1990; publ. Feb. 4, 1992.

19. Pat. US 5894076, IPC C07C 266, 502 ,7163; C10G 4500. Process for alkylation of benzene; ; assign.Catalytic Distillation Technologies Company; filed May 12,1997; publ. Apr. 13,1999.

20. Pat. US 7524467, IPC B01J 8/04; C07C 2/00, 2/64. Process for the production of alkylbenzene; assign. Lummus Technology Inc. and Bloomfield NJ (US) Company; filed Jun 8, 2006; publ. Apr. 28, 2009.

21. Pat. US 4307254, IPC C 07C 41/05. Catalytic Distillation process; assign. Chemical Research and Licensing Company; filed Feb. 21, 1979; publ. Dec. 22, 1981.

22. Pat. US 5055627, IPC C 07C 2/68. Process for the preparation of cumene; assign. Chemical Research and Licensing Company; filed Sep. 11, 1979; publ. Oct. 8, 1991.

23. Pat. US 5866736, IPC C07C 266. Process for the production of alkyl benzene; assign. Catalytic Distillation Technologies Company; filed Oct. 14, 1997; publ. Feb. 2, 1999.

24. Pat. US 6002058, IPC B01D 3/00; C10G 29/20, 29/00, 65/04 ,65/00, 69/00, 49/00, 045/00, 001/00; C07C 002/64, 001/00, 005/03. Process for the alkylation of benzene; assign.Catalytic Distillation Technologies Company; filed May 12, 1997; publ. Dec. 14, 1999.

25. Pat. US 7074978, IPC C07C 2/66. Process for the production of alkylbenzene; assign.ABB Lummus Crest Inc. Company; filed Feb. 25, 2003; publ. Jul 11, 2006.

26. Pat. US 7524467, IPC B01J 8/04; C07C 2/00, 2/64. Process for the production of alkylbenzene; assign. Lummus Technology Inc. and Bloomfield NJ (US) Company; filed Jun 8, 2006; publ. Apr. 28, 2009.

27. Алкилирование. Исследования и промышленное оформление процесса / под ред. Л.Ф. Олбрайта и А.Р. Голдсби: пер. с англ., под ред. В.Г. Липовича. М.: Химия, 1982. 336 с.

28. Жоров Ю.М. Кинетика промышленных органических реакций: справ. изд. / Ю.М. Жоров. М.: Химия, 1989. 384 с.

29. Жуховицкий А.А. Физическая химия: учеб. для вузов / А.А. Жуховицкий, Л.А. Шварцман 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1976. 543 с.

30. Михеев М. А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева. М.: Энергия, 1977. 343 с.

31. Электрохимическая обработка металлов: учеб. пособие для студентов машиностроительной и химической специальностей / Ю.В. Чеботаревский, Ю.В. Серянов, Л.А. Фоменко, Т.Н. Соколова. Саратов: СГТУ, 1998. 124 с.

32. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн // под общ. ред. И.Г. Арамановича. М.: Наука, 1974. 831 с.

33. Химическая энциклопедия. Т. 1-5. Под ред. И.Л. Кнунянца и Н.С. Зефирова. М.: Большая российская энциклопедия, 1988-1998.

Рамазанов Кенже Рамазанович -

кандидат физико-математических наук, кафедры «Химическая технология» Технологического института Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Kenzhe R. Ramazanov -Ph. D.,

Department Chemical Technology Technological Institute

Yury Gagarin State Technical University of Saratov

Статья поступила в редакцию 12.02.13, принята к опубликованию 20.04.13

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.