Marc Bollyn, Armand van den Bergh, Allen Wright, AGFA-Gevaert (Belgium)
Reaction calorimetry and reactor simulation – combined techniques accelerate scale-up of a highly exothermic oxidation reaction.
Temperature control of a process in which two thioethers were oxidized with hydrogen peroxide to the corresponding sulfones proved to be a major factor for safety and product quality. Preliminary reaction calorimetry supplied data to calculate the cooling requirements for the vessel (1100 kJ/mole). However on scaling up to 400 l there remained an uncontrolled rise in reaction temperature which prohibited further increase in scale. The parameters which controlled the chemical conversion were already well established but no kinetic data were available.
This paper describes how a reaction model was build from reaction calorimetry data and converted into a process model. The feed sequence was optimized by running simulated experiments in which the heat production rate profile was evaluated. The outcome of these experiments was validated at pilot plant scale. Finally the data from the production vessel were included in the model which was used to optimize the production process.
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Reaktionskalorimetrie und Reaktorsimulation — eine kombinierte Technik beschleunigt das Scale-up eines stark exothermen Produktionsprozesses.
Die Temperaturregelung eines Prozesses, in welchem zwei Thioether mit Wasserstoffperoxid zu den entsprechenden Sulfonen oxidiert werden, zeigte sich als kritischer Faktor für die Sicherheit und die Qualität des Produktes. Vorgängige Experimente mit dem Reaktionskalorimeter RC1 lieferten die notwendigen Daten, um die erforderliche Kühlleistung des Reaktors zu berechnen. Beim Scale-up auf 400 l verblieb jedoch eine unkontrollierte Erhöhung der Reaktionstemperatur, welche eine weitere Maßstabsvergrößerung verhinderte. Die für die chemische Reaktion verantwortlichen Parameter waren hinreichend bekannt, es fehlten jedoch die entsprechenden kinetischen Werte.
Diese Arbeit beschreibt, wie mit Hilfe der Reaktionskalorimetrie ein Modell der Reaktion erstellt wird, und wie daraus ein Prozeßmodell entstand. Die Dosierungen wurden durch die Simulation von Experimenten optimiert, indem deren Wärmeflußprofile bestimmt wurden. Das Ergebnis dieser Experimente bestätigte sich in der Pilotanlage. Schließlich wurden in das Modell die Kennzahlen des Produktionskessels eingesetzt, welcher zur Optimierung des Produktionsprozesses benutzt wurde.
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