Hydrogenation reaction of phenol and dehydration of cyclohexanol were investigated over catalysts in a tubular reactor. The gas phase hydrogenation of phenol was carried out over Pt-$SiO_2$ catalyst with hydrogen in the temperature range of 200℃ to 290℃ and the gas phase dehydration of cyclohexanol was carried out over $\gamma$-Alumina catalyst in the temperature range of 250℃ to 400℃.
In hydrogenation of phenol the effects of space velocity temperature and feed mole ratio on conversion, selectivity and catalyst activity were experimentally investigated. It was found that the operational optimum condition for Pt-$SiO_2$ catalyst was as follows :
reaction temperature = 200 C
$W/F_\gamma$ (gr.cat.-hr/mole) = 3.45
feed mole ratio ($H_2$/phenol) = 10
conversion = 0.42
selectivity = 0.72
In dehydration of cyclohexanol, considering the effects of space velocity, temperature and catalyst size on conversion, kinetics were studied in a small tubular reactor system.
The kinetic data were compared with the data obtained by bench scale operation. The kinetic data can be expressed in the form of a first-order irreversible rate equation. Calculated activation energy and frequency factor and operational optimum condition for $\gamma$-Alumina catalyst as follows:
E=8280 cal/gmole
A=3.1×10 liter/nr-gr.cat.
LHSV=0.5
reaction temperature=350℃
conversion=92%
In a bench scale operation, conversion of cyclohexanol obtained was 75-80% of the predicted value based on the kinetic model.
Phenol 수소화 반응에서는 phenol과 수소 gas와의 1기압에서 $Pt-Sio_2$ (0.5 wt%) 촉매에 의한 기상 반응으로 cyclohexanol을 제조하는 공정에 대해서 연구하였다.
촉매는 이온 교환법에 의해 제조되었으며, operation은 고정 촉매층에서 실험하여 촉매양, 반응온도, feed 유량, feed mol비 등을 바꿔가며 생성물을 gas chromatograph로 분석하여 위 인자들의 상호작용이 전환율, cyclohexanol로의 선택도에 미치는 영향을 관찰하여 실제 operation상의 최적 반응조건을 구해 보았다.
반응온도 : 200℃
$W/F_T$ : 3.45-g hr/mol
Feed mole 비 : 수소/Phenol = 10
전환율 : 42 %
Selectivity : 0.72
또한 cyclohexanol 탈수 반응에서는 1기압에서 $\gamma$-alumina 촉매로 기상 반응에 의해서 cyclohexene을 제조하는 공정을 연구 하였다.
먼저 small-reactor System에서 여러가지 촉매크기에 대해서 온도, 유량, 촉매양을 바꿔가며 실험하여 물질전달 효과가 없는 영역에서 즉 촉매크기가 50-70 meh에서 kinetic data를 국하였다.
반응은 1차 비가역 반응이고 계산된 활성화 에너지와 frequency factor는 다음과 같다.
A = 3.1×$10^4$ litor/hr-g.catalyest
E = 8280 cal/mol
Bench scale operation에서는 반응에 사용한 촉매가 $\frac{1}{4}"\times \frac{1}{4}"$ Cylindrical pellet type로 물질전달효과 있어, effectiveness factor를 곱하여 실제 반응속도를 계산하여 전환율을 구하였는데 실험 data와 비교한 결과 똑같은 조건에서 예상 전환율의 75-80%로 나타났다. 이것은 반응기 내의 촉매층에서 non-is-othermal, Wall effect현상 때문이므로 실제 반응기 설계에는 이런 인자를 고려한 아래의 반응기 설계식을 제시한다.
$R = (0.17)(0.75)(3.1\tunes 10^4)C^{-\frac{8280}{TR}} C_A (litor/hr-g.Catalyst)$
