Расчет реактора синтеза метилмеркаптана | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 января, печатный экземпляр отправим 2 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №18 (360) апрель 2021 г.

Дата публикации: 01.05.2021

Статья просмотрена: 38 раз

Библиографическое описание:

Жолобов, Н. В. Расчет реактора синтеза метилмеркаптана / Н. В. Жолобов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 18 (360). — С. 6-8. — URL: https://moluch.ru/archive/360/80664/ (дата обращения: 19.01.2022).



В статье рассматривается процесс получения метилмеркаптана из метанола и сероводорода с использованием в качестве катализатора оксида алюминия, промотированного оксидами вольфрама и цезия. В статье приведен расчет кожухотрубного реактора непрерывного действия.

Ключевые слова: метилмеркаптан, сероводород, метанол, оксид вольфрама, оксид цезия.

Метилмеркаптан получают из метанола и сероводорода в парогазовой фазе при температуре 340–360 ℃ и давлении 9 бар над катализатором из оксида алюминия, промотированного 17,3 масс. % Cs 2 O и 17,8 масс. % WO 3 . Мольное соотношение сероводород: метанол = 1,8:1. Катализатор позволяет осуществлять эффективный синтез метилмеркаптана при степени превращения метанола не менее 93,6 % с выходом 89,3 % [1].

Синтез метилмеркаптана осуществляется по следующей реакции:

Основной побочной реакцией является образование диметилсульфида:

Взаимодействие метанола с сероводородом проходит с высоким тепловым эффектом реакции (41,66 кДж/моль), поэтому для поддержания температурного режима принято решение использовать кожухотрубный реактор непрерывного действия с неподвижным слоем катализатора в трубках.

В трубное пространство, заполненное катализатором, подается сероводород и метанол, а в межтрубное пространство для отвода тепла — расплав соли, представляющий собой нитрит-нитратную смесь — тройную эвтектическую смесь, содержащую по массе 40 % NaNO 2 , 53 % KNO 3 , 7 % NaNO 3 . Смесь практически не вызывает коррозии углеродистой стали при температурах не выше 450 ℃.

Технологический расчет кожухотрубного реактора синтеза метилмеркаптана проводится по методике, представленной в [2].

Основная цель расчета заключается в определении количества катализатора, необходимого для обеспечения заданной производительности.

Объемная скорость образования метилмеркаптана:

где V o6 — объемная скорость подачи жидкого метанола, 0,4 ч -1 [1];

ρ CH3SH — плотность метанола, кг/м 3 ;

М CH3SH , М CH3 O H — молекулярные массы метилмеркаптана и метанола.

Объем катализатора:

Для расчета кожухотрубного реактора выбираем диаметр трубки равный 25×2 мм с длиной труб — 6 м. Внутренний объем трубки равен 0,00208 м 3 . Общее число трубок в реакторе 747 шт [3].

Рассчитаем поверхность теплопередачи исходя из тепловой нагрузки и сравним со стандартной поверхностью.

Рассчитаем среднюю разность температур теплоносителей:

Реагенты 340 ℃ –> 360 ℃

Расплав солей 290 ℃ –> 320 ℃

Δt б = 50 Δt м = 40

Средняя температура расплава солей:

Расход расплава солей:

где C P , распл. — массовая теплоемкость расплава при его средней температуре, кДж/кг∙К;

Q F — тепловая нагрузка реактора, кДж/ч;

t н и t к — начальная и конечная температуры расплава, К.

Объемный расход расплава солей:

где ρ распл. — плотность расплава при его средней температуре 305 ℃, кг/м 3 .

Коэффициент теплопередачи:

где — коэффициенты теплоотдачи реакционного газа и расплава Вт/м 2 К;

– термическое сопротивление стенки м 2 К/Вт;

— термические сопротивления загрязнений.

Вычислим расчетную поверхность теплообмена:

Таким образом, поверхность теплопередачи, равная 352 м 2 больше полученной поверхности, вычисленной на основе тепловой нагрузки. Следовательно, данный реактор обеспечивает заданную поверхность теплопередачи.

Проведем расчет аппарата на прочность.

Толщину обечайки определим по формуле:

где D — внутренний диаметр обечайки, м;

P — расчетное избыточное давление, МПа;

φ — коэффициент прочности сварного шва;

[σ] — допускаемое напряжение, МПа.

Расчетное избыточное давление принимаем равным рабочему давлению в 1 МПа. Реактор изготовлен из стали 12Х18Н10Т с эллиптическими крышкой и днищем. Диаметр реактора 1 м, рабочее давление 1,0 МПа, температура в трубном пространстве не выше 340 ℃. Давление в рубашке 0,1 МПа и температура 320 ℃. Нормативное допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т при температуре 350 ℃:

Примем, что аппарат изготовлен автоматической сваркой под слоем флюса, поэтому φ = 1. Коррозионная проницаемость применяемого материала менее 1 мм в год, поэтому прибавка на коррозию и эрозию составит 1 мм.

Примем толщину стенки 5 мм.

Определим толщину стандартного эллиптического днища (крышки):

Примем толщину стенки 5 мм.

Вывод: Рассчитан одноходовой кожухотрубный реактор со следующими характеристиками: диаметр кожуха — 1000 мм, число труб — 747 шт., диаметр труб — 25 2 мм, длина труб — 6 м, F = 352м 2 .

Литература:

  1. Пат. 2635922 Российская Федерация, МПК B01J 23/30, B01J 21/04, B01J 35/02, B01J 37/00, C07C 319/08, C07C 321/04. Катализатор для синтеза алкилмеркаптанов и способ его получения / ФОНФЕ Беньямин, ФУСС Зебастиан, ВИЛЬЦ Франк, ЯКОБ Харальд, ВЕКБЕККЕР Кристоф; заявитель и патентообладатель ЭВОНИК ДЕГУССА ГМБХ. — № 2014129624; заявл. 27.11.2012; опубл. 17.11.2017, Бюл. № 32.
  2. Попов, Ю. В. Химические реакторы (теория химических процессов и расчет реакторов): учеб. пособие / Ю. В. Попов, Т. К. Корчагина, В. А. Панчехин; ВолгГТУ. — Волгоград: ВолгГТУ, 2013. — 240 с.
  3. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков; Под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. — 10-е изд., перераб. и доп. — Ленинград: Химия, 1987. — 576 с.
Основные термины (генерируются автоматически): KNO, длина труб, катализатор, метанол, непрерывное действие, оксид вольфрама, поверхность теплопередачи, рабочее давление, расчетное избыточное давление, реактор, сероводород, температура, тепловая нагрузка, толщина стенки, трубное пространство.


Ключевые слова

метанол, сероводород, метилмеркаптан, оксид вольфрама, оксид цезия
Задать вопрос