Выбор типа реактора

На основании анализа разделов 1−3 были установлены факторы, которые определяют выбор типа реактора:

• 1. Фазовые состояния реагентов. Реакционная смесь представляет собой жидкофазную гетерогенно — каталитическую систему, состоящую из трет — бутилового спирта и воды в жидком состоянии и макропористого катализатора. Смесь трет бутилового спирта и воды применяется, во первых, по экономическим соображениям, чтобы избежать обогрева трет — бутилового спирта и соответствующих коммуникаций. Это необходимо, т.к. спирт имеет высокую температуру плавления (25,5^оС); воду необходимо добавить в колличестве 20% чтобы водный раствор трет — бутилового спирта не застывал на холоде [4]. Во вторых, вода необходима, чтобы поступающая реакционная смесь и набухший в воде катализатор находились в постоянном равновесии. Таким образом, фазовое состояние реакционной массы — жидкость.
• 2. Температурный режим, его влияние на селективность. Для достижения максимального выхода и селективности необходимо поддерживать температуру в реакционной среде в пределах 90−140^оС. При повышенных температурах, например, 110^оС реактор работает в адиабатическом режиме. Предпочтительной с экономичной точки зрения, является температура 100−130^оС, т.к. в этом случае выход изобутилена и срок службы катализатора являются оптимальными [29]. При дальнейшем повышении температуры происходит разрушение катализатора и падает селективность процесса, а также увеличивается выход полиизобутиленов и эфиров. Таким образом, температурный режим является одним из главных факторов образования изобутилена.
• 3. Тепловой эффект реакции. Реакция жидкофазной дегидратации изобутилена эндотермична. Таким образом, в процессе синтеза к реактору необходимо подводить тепло, чтобы компенсировать его потери в результате реакции. Следовательно, реактор должен быть снабжен устройством теплообмена. В качестве теплоносителя возможно использование водяного пара.
• 4. Применение давления (0,16−0,8 мПа).

Для процессов протекающих при таких давлениях рекомендуют применять сталь Х17Н13М2Т [45] или 1Х18Н10Т[46]. Давление необходимо, чтобы поддерживать реакционную смесь в жидком состоянии. Во избежание нарушений технологического режима реактор должен быть полностью герметичен.

5. Катализатор. Выбранный нами катализатор имеет макропористую структуру.

Поэтому необходимо применение конструкции для нахождения катализатора. Так как исходная смесь пропускается через катализатор только в одном направлении, сверху вниз, то нет необходимости ограничивать слой ионита решетками. Для удержания катионита используют дренажное устройство. Это наиболее сложный элемент реактора. Широкое распространение получило дренажное устройство, состоящее из диска с закрепленными в нем фильтрующими колпачками. Диск закрепляется между днищем и корпусом реактора.

Применяют также трубчатые дренажные устройства [47]. В качестве более простого дренажного устройства могут быть использованы колосовидные решетки на которые укладывается слой фильтрующего материала: стекловаты, тканевого или нетканевого полотна, изготовленного из какого-либо волокнистого материала или простые фильтровальные металлические сетки [48]. Остановим свой выбор на дренажном устройстве с колпачками, т.к. оно подойдет для любого количества катализатора. Исходя из того, что катализатор КУ-2 имеет повышенный срок стабильной работы (5000−6000 ч. 31]) целесообразно использовать реактор с неподвижным слоем катализатора, который отличается простотой конструкциии.

Таким образом, можно заключить, что нам необходим реактор колонного типа, с устройством для распределения жидкости, нахождения катализатора и рубашкой для обогрева реакционной смеси и поддержания нужной температуры.

Схема реактора приведена на рис. 4.

Рис. 4.Реактор для проведения дегидратации трет-бутилового спирта.

Реактор представляет собой герметичную колонну 1 с выпуклым днищем 2 и крышкой 3, выдерживающей давление до 58,8×10⁴ Па. В верхней части реактора установлено распределительное устройство 4 для разбрызгивания подаваемой в реактор исходной смеси с целью равномерного распределения потока жидкости по всей поверхности слоя катализатора 5. В нижней части реактора расположено дренажное устройство 6, задерживающее зерна катионита и не препятствующее потоку жидкости. Реактор оборудован рубашкой 8 с целью поддержания заданной температуры смеси (т.к. реакция эндотермична).

Для загрузки — выгрузки катализатора, ремонта реактора предусмотрено два гермичных люка 7.

Реактор может оборудоваться смотровыми окнами 9, расположенными по его высоте так, чтобы можно было наблюдать за слоем катионита в любой момент.

В таком реакторе необходимо предусмотреть значительное свободное пространство над слоем катионита, равное или превышающее объем находящегося в реакторе набухшего катионита, если будет необходима регенерация катализатора.