Т.к. время пребывания реагента А в РИС-Н равно:

Время пребывания в РИВ рассчитываем по уравнению:

После интегрирования данного уравнения получаем:

Выразим отсюда G0,2:

G1=G0,1+G0,2

(1)

Подставим это значение в уравнение (1) и выразим СА:

Отсюда СА=1,550000000001 или 1,55

Производительность по веществу С.

Рассмотрим последовательное соединение РИС-Н и РИВ

Запишем уравнение материального баланса для РИС-Н:

Так как СВ=СВ,0 – 2(СА,0 – СА,1)

где СА,1 – концентрация на выходе из первого реактора.

Время пребывания в РИС-Н равно

Найдем из этого выражения СА,1

СА,1=1,567

Время пребывания в РИВ рассчитываем по уравнению:

Проинтегрировав получим:

где СВ,1=СВ,0 – 2(СА,0 – СА,1)= 0,034

Отсюда находим СА,2= 1,5500000000001 или 1,55

СВ,1=СВ,0 – 2(СА,0 – СА,1)= 0,034

Производительность:

Вывод: при анализе различных схем соединения реакторов видно что максимальная производительность при заданных условиях получается при параллельном соединении РИВ и РИС-Н.

IХ. Технологическая схема синтеза и ее описание

Рис. 9. Схема производства циклогексанона:

1 – насос; 2 – циркуляционная газодувка; 3 – фильтр; 4, 5 – подогреватели; 6 – испаритель; 7 – перегреватель паров; 8 – контактный аппарат; 9 – топка; 10 – конденсатор; 11 – гидравлический затвор; 12 – сепаратор; 13 – воздуходувка; Д.В. – дроссельный вентиль.

Контактный аппарат для производства циклогексанона:

1 – контактные трубки; 2 – корпус; 3 – футеровка; 4 – экранирующие перегородки; 5 – сальник; 6 – термопара.

Циклогексанол-ректификат (99,9%-ный) под обычным давлением азота 0,1-0,15 ат. нагревается через фильтр 3 в подогреватель 4 типа «труба в трубе», где нагревается до 100-1100 С. Далее в испарительно-перегревательной системе, состоящей из трубчатых аппаратов 5, 6, 7, происходит испарение циклогексанола и перегрев его паров до 430-4500 С. Перегретые пары циклогексанола поступают в трубы контактного аппарата 8, заполненные катализатором (Z-образные пластинки толщиной 0,2-0,4 мм). По выходе из контактного аппарата продукты реакции поступают в конденсатор 10 и далее – в сепаратор 12, где конденсат (циклогексанон-сырец) отделяется от водорода.

Циклогексанон-сырец имеет примерно следующий состав (в %):

Циклогексанон 80-81 Продукты уплотнения 1-1,1

Циклогексанол 17-18 Вода 0,2-0,3

Циклогексен 0,5-0,6

Циклогексанон-сырец подвергают ректификации, а водород очищают в угольном адсорбере (на схеме не показан) от паров органических веществ и используют для гидрирования фенола в циклогексанол.

Для обогрева контактной системы в нижней части топки 9 сжигают газ (метан), при горении которого развивается высокая температура.

Практически температура в топке не превышает 1000-11000 С. Однако при такой температуре возможен перегрев катализатора и разложение продуктов реакции. Поэтому в верхней части топки топочные газы смешивают с газами, возвращаемыми из борова печи, с таким расчетом, чтобы температура газа была выше 500-5500 С. Газ, имеющий такую температуру, проходит в межтрубном пространстве контактного аппарата прямотоком к парам циклогексанола, движущимся по трубкам с катализатором. Противоток в данном случае недопустим, так как при этом наиболее горячие топочные газы соприкасались бы с парами образовавшегося циклогексанона, вызывая его разложение. Особенностью конструкции контактного аппарата (рис. 10) является наличие в его межтрубном пространстве трех концентрических экранных перегородок, благодаря которым достигается равномерный обогрев контактных трубок. Трубки привариваются к трубным решеткам; благодаря установке в нижней части аппарата специального сальникового устройства трубки при разогревании могут свободно удлиняться. Чтобы предотвратить каталитическое действие железа, которое может вызывать расщепление циклогексанола и усиленное сажеобразование, крышки и контактные трубки изнутри покрывают медью.