불균일 활성의 vanadia-titania촉매를 이중층으로 충전시킨 이중 충전층 촉매 반응기를 o-xylene을 산소로 산화시켜 무수프탈산을 생산하는 고정층 반응기로 사용하였다. 이중층 반응기를 묘사하는 비정상상태, 2차원의 유사 균일상 모델을 구성하고, FEM으로 해석하였다. 무수프탈산 생산 공정인 이중 촉매 충전층 반응기에서 측정한 온도분포를 기준으로, 같은 조업조건하에서 이중 촉매 충전층 반응기의 유체 온도 분포와 이에 상응하는 농도 분포 및 냉매의 온도 분포를 모사하였다. 기준 온동 분포와 이중 촉매 충전층 반응기의 온도 분포에 대하여 같은 조업 조건하에서 균일 활성의 단일 촉매층 반응기 안의 유체의 온도, 농도 및 냉매의 온도 분포를 비교하였다. 이중 촉매층의 모델 예측은 실험결과와 온도 분포의 전 영역에 걸쳐 잘 일치하였으며, 단일 촉매층 반응기는 열점이 생기는 영역에서 이중 촉매층 반응기보다 높은 온도상승을 일으켰다. 따라서, 활성도 분포를 가지는 이중 촉매 충전층 반응기를 이용하면 균일 활성도의 단일 촉매 충전층 반응기에서 일어나는 과도한 온도 상승을 억제시키는 역할을 하여 안전 조업을 할 수 있을 것으로 예측된다.

A dual catalytic fixed-bed reactor packed with two layers of vanadia-titania catalyst having non-uniform activities is used as a fixed-bed reactor for oxidation of o-xylene by air into phthalic anhydride. Unsteady-state and two dimensional pseudohomogeneous model describing the dual catalytic fixed-bed reactor is simulated by using finite element method. We simulated fluid temperature profile and its corresponding concentration and coolant temperature profiles of the dual-catalytic fixed-bed reactor on the basis of the temperature profile measured from the reactor of the process producing phthalic anhydride in an industrial plant at the same operating conditions. We compared temperature, concentration and coolant temperature profiles of a uniform catalytic fixed-bed reactor with uniform activity with the standard(measured) profile and with the temperature profile of the dual-catalytic fixed-bed reactor at the same operating conditions. Model prediction of dual-catalytic fixed-bed reactor is in good agreement with experimental data over the entire range of the temperature profile, and uniform catalytic fixed-bed reactor generated higher temperature rise than non-uniform catalytic fixed-bed reactor in the hot spot region. Consequently, the dual-catalytic fixed-bed reactor with activity-profiled plays a decisive role to suppress excessive temperature rise of hot spot which is occurred in the uniform catalytic fixed-bed reactor, and it predicts safe operation of the reactor.

Dual-Catalytic Fixed-Bed Reactor Finite Element Method Hot Spot Activity-Profiled

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