Разработка технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль, страница 20

Высокая реакционная способность этиленгликоля и, особенно, продуктов его превращения, многообразие влияющих на процесс внешних условий (состав реакционной смеси, температура) в значительной мере усложняет поиск оптимальных условий ведения процесса синтеза глиоксаля. Для более полного и подробного изучения процесса каталитического окисления этиленгликоля в глиоксаль на серебряном (Ag) катализаторе,  выявления совместного влияния основных факторов (температуры, соотношения О₂/ЭГ, разбавления реакционной смеси инертным газом - азотом и концентрации водного раствора этиленгликоля) на выход целевого продукта была разработана и смоделирована технологическая схема производства глиоксаля на серебряном катализаторе. 

Технологическая схема парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль (рисунок 2.4) была смоделирована на пакете Hysys на основе аналогов, рассмотренных выше*. Схема состоит из следующих элементов:

- смесители (СМ – 100, 101);

- компрессор (К – 100);

- нагреватель (Е – 100);

- холодильник (Е – 101);

- реактор (GBR – 100);

- покомпонентный делитель (Х – 100);

- ветвитель (В – 100).

В смесителе СМ – 100 происходит объединение потока 1 (очищенный воздух) и потока 2 (отработанный газ) в один выходящий поток 3 (смесь). Свойства выходящего потока 3 вычисляются автоматически, поскольку свойства всех входящих в смеситель СМ – 100  потоков известны. Благодаря эффекту смешения итоговая температура выходного потока существенно отличается от температур входящих потоков (таблица В.1 приложения В).

Результаты выводятся следующим образом:

Рисунок 2.3 – закладка Рабочая таблица

На рисунке 2.3 изображена закладка Рабочая таблица, в которой выводится информация о потоках, связанных с аппаратом.

Смеситель Е – 101 объединяет потоки 4 (воздух) и 5 (этиленгликоль) в один выходящий поток 6 (СВ смесь). Свойства выходящего потока вычисляются аналогично потоку 6.

Компрессор К – 100 применяется для сжатия газовых потоков. Как и в технологической схеме производства формальдегида на оксидном катализаторе (рисунок 2.2) компрессор использовали для циркуляции газового потока 3. Весь процесс производства глиоксаля в технологической схеме проводится при атмосферном давлении, мы пренебрегаем гидравлическим сопротивлением аппаратов.

Нагреватель Е – 100 и холодильник Е – 101 являются теплообменниками (также как и в раннее смоделированных технологических схемах*), в которых рассматривается один технологический поток. Входной поток нагревается (поток 6 – спиртовоздушная смесь) или охлаждается (поток 8 – контактный газ) до требуемых условий на выходе (таблица 2.2), а разница энтальпий входного и выходного потоков покрывается за счет энергетического потока Q3.

Реактор – GBR (реактор Гиббса) рассчитывает состав выходного потока 8 (таблица 2.4) из предположения, что в выходном потоке достигнуто фазовое и химическое равновесие. Он не использует при этом стехиометрию реакций.

Покомпонентный делитель Х – 100 делит поступающий в него поток 10 (охлажденный контактный газ) на два потока – газ 11 и глиоксаль 12, основываясь на введенных параметрах. Эта операция использовалась для описания процесса разделения, который никак по-другому нельзя смоделировать в Hysys.                              Покомпонентный делитель учитывает материальный баланс по каждому компоненту :

 f_i = a_i+b_i                                                                                                              (2.2.1)

где: f_i - мольный расход i-ого компонента в сырье; a_i - мольный расход i-ого компонента в верхнем продукте; b_i - мольный расход i-ого компонента в нижнем продукте.

Мольный расход i-ого компонента в верхнем и нижнем продуктах вычисляются следующим образом:

a_i = x_i∙f_i ,                                                                                                              (2.2.2)

b_i = (1−x_i)∙f_i .                                                                                                       (2.2.3)