VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

На сегодняшний день потребность в производстве анилина очень высока. Области применения данного продукта очень обширны: производство изоцианатов для конструкционных материалов и прочной тепло- и звукоизоляции, получение химических добавок для резины, как ускоритель при вулканизации, в производстве искусственных смол, также анилин используется в текстильной, анилино-красочной и фармацевтической промышленности.

В настоящее время широко распространенным в производстве методом синтеза анилина является восстановление нитробензола в газовой фазе. Реактор представляет собой кожухотрубный теплообменник, трубное пространство которого заполнено катализатором. В реакционной зоне возникают значительные перепады температуры в связи с высокой экзотермичностью реакции синтеза, что приводит к образованию смолистых продуктов, вследствие чего возможно механическое разрушение катализатора, а так же его старение.

Ранее было установлено [1], что уменьшение диаметра трубы реактора с 26 мм (9650 труб) до 20 мм (15160 труб) практически в два раза снижает перепад температуры в реакционной зоне. Что позволит продлить срок службы катализатора и уменьшит образование побочных продуктов. При этом может увеличиться гидравлическое сопротивление слоя катализатора, что увеличит энергетические затраты. Таким образом, необходимо оценить эффективность данного решения с экономической точки зрения, когда все расходы и доходы сведены под одним критерием. Для этого нужно учесть:

1. количество загружаемого в реактор катализатора (зависит от количества труб реактора и порозности в трубе определенного диаметра), что влияет на расходы по закупке катализатора;

2. частоту смены катализатора (зависит от образовывающихся побочных продуктов), что также влияет на расходы по закупке катализатора;

3. гидравлического сопротивления слоя катализатора (зависит от диаметра трубы, количества труб и порозности катализатора), что влияет на расходы потребляемой энергии.

С учетом выше сказанного был выбран следующий критерий относительной экономии материальных затрат:

.

(1)

где – производительность процесса, т продукта/год;

– диаметр труб реактора, м;

– стоимость сырья, израсходованного в производстве, руб/год;

– стоимость катализатора, используемого в производстве, руб/год;

– стоимость энергии, получаемой при рекуперации, руб/год;

– стоимость энергии, затрачиваемой на преодоление гидравлического сопротивления слоя руб/год.

Для расчета производительности процесса использована математическая модель реактора синтеза анилина [2], которая включает уравнения материального и теплового баланса, а также уравнения для расчета теплофизических свойств сред.

Изменение диаметра трубы реактора влечет за собой изменение порозности слоя катализатора [3], а так же изменение количества труб в трубной решетке. Величина минимального шага между трубами составляет , при мм и , при мм. Величина простенка между трубами при развальцовке должна быть больше 4 мм [4]. Таким образом, максимальное количество труб в реакторе рассчитывается исходя из количества труб, приходящихся на диаметр реактора D (20

Код для цитирования: Скопировать