В статье автор проводит подбор оптимальных параметров для проведения процесса получения метилмеркаптана.
Ключевые слова: метилмеркаптан, реактор идеального вытеснения, реактор идеального смешения, производительность.
В научно-исследовательской работе объектом исследования является процесс синтеза метилмеркаптана. Синтез идет в соответствии со следующим химическим уравнением:
При этом может протекать побочный процесс образования диметилсульфида взаимодействием образовавшегося метилмеркаптана с исходным метанолом по схеме:
Целевым продуктом является метилмеркаптан (B). Реакция протекает последовательно с образованием побочного продукта диметилсульфида (Р) на второй стадии.
Примем, что взаимодействие метанола с сероводородом с образованием метилмеркаптана и диметилсульфида представляет собой совокупность необратимых последовательных реакций.
Формализованная схема реакции получения продукта выглядит следующим образом:
Примем, что реакция синтеза метилмеркаптана имеет второй порядок и согласуется с кинетическим уравнением:
Для анализа процесса получения метилмеркаптана и подбора оптимальных условий были построены кинетические кривые в программе «COMSOL Reaction Engineering Lab 1.5»
Исходя из уравнение удельной производительности реактора идеального вытеснения, которое имеет вид:
где F B — мольный поток целевого продукта (В), моль/с; V РИВ — реакционный объем, л; F Y ,0 — начальный мольный поток реагента А, моль/с; X A — конверсия реагента А, доля; Ф В — селективность основной реакции по целевому продукту (В), доля, было определено влияние, начальной концентрации метанола и температуры на удельную производительность реактора идеального вытеснения. Полученные зависимости показали, что удельная производительность РИВ возрастает при увеличении избытка сероводорода. При уменьшении начального мольного потока метанола уменьшается его начальное парциальное давление, что, в свою очередь, приводит к снижению удельной производительности РИВ. Удельная производительности РИВ повышается с ростом температуры, так как возрастает скорость реакции, и, соответственно, наоборот, снижение температуры проведения процесса приводит к снижению скорость реакции, в результате чего удельная производительность РИВ падает. Аналогичные зависимости были построены также и для реактора идеального смешения (ИПР).
При выборе реактора необходимо учитывать величину удельной производительности и селективности. Более высокое значение удельной производительности обеспечивает более высокий выход целевого продукта, а высокое значение селективности — снижение количества побочных продуктов.
Проведем сравнение данных показателей для РИВ и ИПР.
Рис. 1. Зависимость удельной производительности РИВ и ИПР от конверсии метанола (Y)
Из рисунка 1 видно, что наиболее высокая удельная производительность при определенной степени превращения может быть достигнута при использовании реактора РИВ.
Для РИВ снижение удельной производительности с конверсией выражено не так сильно, как для ИПР, в следствии чего эти реакторы предпочтительны для процессов, в которых желательна высокая конверсия сырья.
Рис. 2. Зависимость селективности РИВ и ИПР от конверсии метанола (Y)
Из рисунка 2 видно, что наиболее высокая селективность при определенной степени превращения достигается при использовании реактора РИВ.
Селективность исследуемых последовательно-параллельных превращений с необратимой целевой и обратимой побочной реакциями будет увеличиваться при избытке метанола (Y).
Исходя из рисунков 1–2 можно сделать вывод, что наиболее эффективно будет применение РИВ.
Литература:
- Folkins, H. O. Synthesis of Mercaptans / H. O. Folkins, E. L. Miller // Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development. — 1962. — Vol. 1, № 4. — pp. 271–276. doi: 10.1021/i260004a007
- Kramer, R. L. The catalytic preparation of mercaptans / R. L. Kramer, E. Emmet Reid // Journal of the American Chemical Society. — 1921. — Vol. 43, № 4. — pp. 880–890. doi: 10.1021/ja01437a019
- Plaisance, C. P. Zeolite and metal oxide catalysts for the production of dimethyl sulfide and methanethiol / C. P. Plaisance, K. M. Dooley // Catalysis Letters. — 2009. — Vol. 128, № 3–4. — pp. 449–458.
- Pashigreva, A. V. Methanol thiolation over Al2O3 and WS2 catalysts modified with cesium / A. V. Pashigreva, E. Kondratieva, R. Bermejo-Deval, O. Y.Gutiérrez, J. A. Lercher // Journal of Catalysis. — 2017. — V. 345. –pp. 308–318. doi: 10.1016/j.jcat.2016.11.036
