회분식 순환 반응기에서의 사이클로 헥신의 기상 수소화반응

Abstract

cyclohexene의 기상 수소화 반응에 대한 kinetic study 를 했다. 반응속도는 60 ℃ ~ 110 ℃ 사이였고 촉매로는 $Pt/Al_2O_3$를 사용했으며 반응기로는 batch type recycling differential reactor를 썼다. 이 batch recycle reactor가 ideal batch reactor가 되기 위해서는 반응기 내의 조성이 균일해야 하며 per pass conversion이 충분히 적고, 촉매층을 통과하는 반응물의 유속이 아주 커야 한다. 이러한 조건들은, circulation rate와 촉매의 양 그리고 초기조성을 바꾸어가며 실험을 했을 때, 반응속도가 변화되지 않은 것으로 보아 만족된 것으로 생각된다. 촉매 입자의 크기를 변화시켜 실험한 결과 100 - 270 mesh 크기 정도가 되면 촉매 내부의 확산의 영향이 무시될 수 있음을 알았다. 수소의 농도를 일정하게 하고 cyclohexene의 농도 변화는 관찰한 결과 cyclohexene의 농도에 대해서는 0차이다. cyclohexene의 초기농도를 일정하게 하고 수소희 초기농도를 바꾸어 실험했더니 반응속도가 수소에 대해 0.5차였다. 온도에 따른 속도상수의 변화는 Arrhenius의 식에 잘 맞았으며 활성화 energy는 5.5 Kcal였다. $\frac{1}{4}"$ 과 $\frac{1}{8}"$ pellet에 대해 실험을 해서 effectivenes factor와 tortuosity factor를 구했다. tortuosity factor는 molecular diffusion이 지배적일 때보다 knudsen diffusion이 지배적이라고 가정했을 때 더 타당한 값이 나왔다. 이것은 mean free path를 계산해 본 결과 적절한 가정임을 알았다.