ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние технологических параметров из "Производство терефталевой кислоты и ее диметилового эфира" Основны ми технологическими параметрами, оказывающими влияние на процесс жидкофазного каталитического окисления алкилбензолов в среде растворителей, являются состав реакционной смеси (концентрации углеводорода, катализатора, промотора и растворителя) температура давление расход воздуха или кислорода продолжительность пребывания (в периодических услов.иях) или средняя продолжительность пребывания (в непрерывных условиях — величина, обратная скорости подачи исходных реагентов в единицу объема, x=VIU, где V — объем реактора, U — объемная скорость подачи реагирующих веществ) длительность смешения. Важное значение имеет также тип реакционных устройств (аппараты вытеснения, смешения или их комбинации) в которых протекает реакция. [c.45] Совокупность указанных факторов характеризует технологию того или иного способа получения фталевых кислот, качественную и экономическую стороны производства. [c.45] Состав реакционной смеси. Как было отмечено ранее (см. с. 30), наиболее благоприятной средой для жидкофазного каталитического окисления алкилбензолов являются жирные алифатические кислоты, из которых уксусная кислота нашла широкое промышленное применение, например в производствах терефталевой, изофталевой, тримеллитовой и других кислот. Массовые соотношения углеводород уксусная кислота в случае окисления /г-ксилола до терефталевой кислоты обычно варьируются в пределах от 1 2 до 1 10 [181]. Однако в ряде патентов приводятся более широкие интервалы соотношений, например от 1 5 до 1 15 [132] или от 1 10 до 1 1000 [180]. Содержание воды в уксусной реакционной среде ограничивается пределами 5—30% [181]. [c.45] Скорость подачи воздуха. Важное значение в процессах жидкофазного окисления углеводородов, и в частности алкилбензолов, имеет парциальное давление кислорода. При каталитическом окислении алкилбензолов люжно использовать кислородсодержащий газ или чистый кислород, однако на практике предпочтителен воздух [191], реже — кислород [192]. Скорость окисления зависит от парциального давления следующим образом с увеличением давления кислорода скорость окисления растет до определенного значения, после чего практически не изменяется. Это согласуется с принятой схемой ра-дикаль но-цепиого механизма окисления [4]. При малой концентрации растворенного кислорода преобладает реакция (2.2) [К] [КОО ], и обрыв цепи происходит по реакции (2.5) (см. с. ]]). Лимитирует скорость окисления реакции (2.1), поэтому с увеличением [Ог] реакция ускоряется. При большой концентрации [Оа] реакция (2.1) протекает быстро ([КОг ] [К ]) и обрыв цепей происходит по реакции (2,7). В этом случае скорость окисления не зависит от [Ог] и лимитирует процесс реакции пероксидного радикала с углеводородом (2.2). Расход подаваемого воздуха должен обеспечивать необходимую скорость реакции, которая зависит не только от хим ических, но и от физических факторов поверхности контакта фаз, скорости диффузии, парциального давления кислорода и др. [c.47] Давление. Процесс окисления ксилолов, как правило, проводят в изотермических условиях. Заданному давлению при неизменном составе реакционной смеси соответствуют равновесная температура и концентрации реагентов в жидкой и газовой фазах. В зависимости от условий окисления ксилолов (концентрации углеводорода,, природы растворителя, состава и концентрации катализатора и промотора, температуры и др.) давление может варьироваться от 0,01 до 7,0 МПа [84, 192], однако рекомендуется 0,2—3,0 МПа [191]. [c.48] Температура. Температура является одним из важнейших технологических параметров жидкофазного окисления алкилбензолов. Она оказывает влияние на скорость процесса, глубину окисления, качество продуктов реакции. Температурный интервал ведения процесса окисления зависит от свойств углеводорода и растворителя, концентрации катализатора и промотора, способа отвода тепла реакции. Поэтому в одних случаях процесс ведут при 105—150°С [192], в других при 130— 250°С [191]. Температуру можно выбирать в зависимости от реакционной способности и термической устойчивости исходного углеводорода, промежуточных и побочных продуктов. [c.48] Применительно к окислению ксилолов образующиеся в качестве промежуточных продуктов толуиловые кислоты окисляются труднее чем сами ксилолы. Поэтому для обеспечения необходимой скорости превращения промежуточных продуктов и уменьшения процессов окислительной деструкции используют ступенчатое окисление а каждой ступени выдерживают необходимую температуру [84, 195, 196]. [c.48] Таким образом, литературные данные показывают, что использование разнообразных технологических параметров и приемов позволяет в зависимости от поставленной задачи определить направленность и глубину окислительных превращений. [c.48] необходимое для реакции окисления. Для проведения процесса окисления углеводородов в статических (периодических) условиях время, необходимое для завершения реакции, определяется массой взятых исходных веществ и константами скорости их превращения. В этом случае исходные вещества и продукты реакции не выводятся из системы до завершения окислительных превращений на заданную глубину. [c.48] Таким образом, из литературных данных видно, что при жидкофазном окислении алкилароматических углеводородов продолжительность пребывания прн периодическом и в непрерывном процессах зависит от свойств углеводорода, состава и концентрации катализатора, соотношения углеводород растворитель, температурного режима и других факторов, например характеристик реакционных устройств. [c.49] Длительность смешения в реакционных аппаратах. Процесс жидкофазного каталитического окисления алкилароматических углеводородов до ароматических кислот весьма сложен как с точки зрения многообразия одновременно протекающих параллельных и последовательных химических реакций, так и с точки зрения измерения физических характеристик системы. Известно, что при глубоком окислении ксилолов образующиеся фталевые кислоты представляют собой кристаллические продукты, ограниченно растворимые в применяемых растворителях (вода, карбоновые ароматические кислоты). [c.49] В монографии Холанда и Чапмана [207] подробно рассмотрены проектирование и расчет реакторов для жидкофазных процессов, освещены вопросы перехода от лабораторных и опытных установок к промышленным. [c.50] Несмотря на то что аппараты с механическими перемешивающими устройствами обеспечивают необходимый режим перемешивания, влияющий на тепло- и массообмен, а также н,а результаты химических процессов, сложность уплотнения валов мешалок, работающих в условиях агрессивных сред, повышенных тем ператур и давлений, привела к необходимости разработки более простых устройств, исключающих применение мешалок. К таким реакторам следует отнести колонный а ппарат с внутренней или внешней циркуляционной трубой [208], колонный реактор с барботажными тарелками [209, 210] и другие устройства. [c.50] Поскольку в промышленных реакторах скорость реакции-определяется в большинстве случаев диффузионными факторами, особое внимание исследователей было направлено на изучение влияния перемешивания на скорость процесса окисления, выход и качество терефталевой кислоты. Результаты исследований наряду с созданием высокоактивных каталитических систем открыли дополнительные возможности интенсификации технологии получения терефталевой кислоты, повышения ее качества непосредственно в процессе окисления п-ксилола и тем самым создали реальные предпосылки для исключения дорогостоящей очистки продукта. [c.50] Продолжительность смешения реагентов в реакционной зоне предлагается сократить за счет увеличения числа оборотов мешалки, а также путем рассредоточения подачи реакционных продуктов в различные точки реакционной зоны. В японском патенте [211] показано, что при вводе п-ксилола в реакционную зо ну не менее чем по трем вводным участкам, расположенным по высоте, количество примесей (например, п-карбокси-бензальдегида) в терефталевой кислоте снижается более чем в два раза и улучшается показатель цветности. В другом японском патенте [212] показано, что эффективность окисления п-ксилола в терефталевую кислоту может быть повышена с помощью мешалки, состоящей из ряда лопастей, расстояние между которыми в 1 —1,5 раза превышает размах лопастей мешалки. [c.50] Вернуться к основной статье