Вопросы для самопроверки:

1. Дайте определение процессу жидкофазного хлорирования.

2. Каково предназначение обратных холодильников в хлораторах?

Практическое занятие № 6 Реакционные узлы для непрерывной этерификации

При таком способе в за­висимости от принадлежности получаемых эфиров к той или иной из перечисленных выше групп технологические схемы производст­ва несколько отличаются, однако в принципе все они очень близ­ки. Типовые реакционные узлы для непрерывной этерификации изображены на рисунке. Первый из них (рисунок а) представляет собой тарельчатую колонну из легированной стали. Слой жидкости на тарелках вы­сокий может достигать 1 м. Кислота, спирт и катализатор по­ступают на верхние тарелки колонны; если спирт летучий, его можно подавать на одну из нижних тарелок. Вся масса стекает вниз по тарелкам, причем этерификация происходит на каждой из них, но состав жидкости на тарелках различен. Следовательно, каждая тарелка является реактором полного смешения, а вся колонна — каскадом таких реакторов. В кубе реактора имеется змеевик для обогрева паром, но для лег­колетучих эфиров в куб подают острый пар. Благодаря этому жид­кость в кубе и на каждой тарелке колонны находится в состоя­нии кипения, необходимого для отгонки более легколетучей сме­си, а жидкость и пар перемещаются в эфиризаторе противотоком друг к другу. С верхней тарелки колонны выходит смесь паров, содержащая в общем случае все исходные и конечные вещества. В кубовой жидкости остается эфир с примесью спирта и кислоты (в случае синтеза эфиров первых трех групп) или вода с при­месью кислоты (для легколетучих эфиров). Реакционный узел второго типа (рисунок б) состоит из каскада ступенчато установленных реакторов (на рисунке показаны два). Все они могут быть аппаратами типа котлов (или один — котел, а остальные — пустоте­лые или насадочные колонны). В каскаде может быть три-четыре реактора, причем в каждом из них жидкость находится в состоянии кипения. Исходные реагенты и катализатор непрерывно по­дают в первый реактор, а реакционная масса перете­кает последовательно, в дру­гие аппараты. С целью более полного расходования кис­лоты в последние реакторы каскада можно подавать дополнительное количество спирта, если он является наиболее летучим из органических компонентов системы. Сырой эфир (или вода для легколетучих эфиров) выводится только из последнего реактора, а пары отводят из каждого аппарата отдельно.

Рисунок 58 - Схемы реакционных узлов для не­прерывного процесса этерификации: а — колонный реактор с тарелками; б — каскад реакторов.

Вопросы для самопроверки:

1. Дайте определение процессу этерификации.

2. Что можно предпринять для полного расходования кис­лоты в реакторах?

Практическое занятие № 7 Типы реакционных узлов для газофазного гидрирования

Гидрирование в газовой фазе осуществляется путем пропускания смеси водорода с парами органического вещества через гетерогенный контакт. Этот процесс применяется для веществ, летучесть которых при температуре реакции достаточна для создания необходимого парциального давления их в газо-паровой смеси. При большом избытке водорода, высокой температуре или снижении общего давления этим путем можно гидрировать и менее летучие вещества. Процесс широко используется для гидрирования бензола, фенола, нитробензола, алифатических альдегидов и кетонов.

Из-за низких коэффициентов теплоотдачи от газа к стенке проблема теплоотвода при газофаз­ном гидрировании значительно сложнее, чем при жидкофазном. Она еще более усложняется при неподвижном слое катализатора, зерна которого препятствуют диффузии реагентов и их охлажде­нию. В зависимости от сте­пени экзотермичности реак­ции отвод тепла достигает­ся тремя основными спосо­бами, которые определяют конструктивные особенности реакторов гидрирования.

В трубчатых аппаратах, применяемых для проведе­ния сильно экзотермических процессов гидрирования (восстановление нитросоединений, гидрирование арома­тических соединений и др.), катализатор помещается в трубах диаметром 25— 50 мм (рисунок а). Паро-газовая смесь водорода с орга­ническим реагентом обычно подается сверху (иногда снизу), и реакция протекает в трубах между зернами контакта. Выделяющееся тепло снимается хладоагентом, циркулирующим в меж­трубном пространстве. В ка­честве хладоагента особенно подходит кипящий водный конденсат; в этом случае можно утилизировать тепло реакции для генерации водяного пара.

Рисунок 59 - Типы реакционных аппаратов для газофазного гидрирования:

а — трубчатый реактор: б — колонна со сплошными слоями гетерогенного катализато­ра и охлаждением холодным водородом.

Ввиду малой степени использования объема в таких аппаратах для менее экзотермических реакций применяют аппараты со сплош­ным слоем катализатора, помещенного на дырчатых полках или в специальных корзинах в несколько слоев. В пространстве между слоями имеются холодильники. Иногда используют несколько адиабатических реакторов со сплошным слоем катализатора и промежуточным охлаждением реакционной массы. Для еще менее экзотермических реакций (гидри­рование насыщенных альдегидов) можно ограничиться подачей между слоями катализатора холодного водорода, который воспри­нимает избыточное тепло. При газофазном гидрировании карбоновых кислот или их эфиров в спирты можно вообще обойтись без охлаждения реакционной смеси.

Для работы при высоком давлении нередко используют аппа­раты, подобные применяемым при синтезе аммиака. Катализатор размещается в несколько слоев в специальной катализаторной коробке (рисунок б), которая монтируется вне реактора, вы­нимается и вставляется в него при замене катализатора. В коль­цевое пространство между корпусом реактора и катализаторной коробкой подается холодный водород или реакционная смесь для снятия части тепла и предохранения корпуса от действия высоких температур. В несколько мест по высоте коробки вводится холод­ный водород, причем во избежание ослабления корпуса реактора все трубы выведены не сбоку, а через массивную крышку и дни­ще реактора.

При проходе паро-газовой смеси через сплошной слой катали­затора температура несколько повышается, поэтому высоту слоя нужно подбирать так, чтобы не происходило чрезмерного пере­грева и температура находилась в допустимых оптимальных пре­делах. Важным методом регулирования температуры при газофаз­ном гидрировании является применение большого избытка водо­рода по сравнению с теоретически необходимым. Он составляет в разных процесса от 5:1 до (20—30) : 1. Избыточный водород аккумулирует выделяющееся тепло, предотвращая чрезмерный пе­регрев реакционной массы. Естественно, что в каждом случае име­ется оптимальный избыток водорода, при установлении которого необходимо учитывать затраты на его рециркуляцию.