Oxidations carried out by means of vanadium oxide catalysts

All technically interesting reactions carried out with vanadium oxide catalysts are marked by their highly exothermic character, which forms an impediment to the investigation of the kinetics of these processes. In the present study use was made of a fluid bed, in which the temperature is uniform. The oxidation of the following substances: benzene, toluene, naphthalene, and anthracene has been studied. The partial pressures of the reacting substances were varied to the greatest possible extent. Both reaction components appeared to influence the reaction rate. A formula depicting this influence is derived. This formula may be interpreted by assuming two successive reactions, namely the reaction between the aromatic and the oxygen on the surface, and the re-oxidation of the partly reduced surface by means of oxygen. The formula may be reduced to an equation by which also the data on the oxidation of sulphur dioxide by means of vanadium oxide catalysts found in the literature are well described. Using kinetic data it is possible to determine the optimum temperature distribution in a fixed bed reactor used for the oxidation of sulphur dioxide and to make calculations of the ratio between the amounts of catalyst to be used in the various stages of a multiple-stage reactor. The results of these calculations have been compared with practical experience. Toutes les réactions qui sont importantes du point de vue technique et sont effectuées à l’aide de catalyseurs d’oxyde de vanadium se distinguent par leur caractère très exothermique qui entrave l’examen de la cinétique de ces processus. C'est pourquoi on utilise, dans l’étude présentée, un lit fluidifié dans lequel la température est uniforme. Dans cet examen, on a étudié l’oxydation des substances suivantes: benzène, toluène, naphtaline et anthracene. Les pressions partielles des substances de réaction sont variées dans la mesure du possible. Il paraissait que les concentrations des deux rendants influencent la vitesse de réaction. La formule indiquant cette influence a été établie. Cette formule s'interprète en admettant deux réactions successives, savoir la réaction entre l’aromate et l’oxygène à la surface et la réoxydation, à l’aide d’oxygène, de la surface partiellement réduite. Sous certaines conditions, cette formule peut être transformée à une équation indiquant les données, trouvées dans la littérature, de l’oxydation d’oxyde sulfureux à l’aide de catalyseurs d’oxyde de vanadium. Les données cinetiques permettent de déterminer la distribution de la température optimum dans un réacteur à lit fixe utilisé pour l’oxydation d’oxyde sulfureux et de calculer le rapport entre les quantités de catalyseurs à utiliser dans un réacteur à multiples étages. Les résultats de ces calculs sont comparés à l’expérience pratique. Sämtliche in technischer Hinsicht intercssenerregendc Reaktionen, die mit Hilfe von Vanadiumoxyde-Katalysatoren durehgeführt werden, unterscheiden sich durch ihren stark exothermen Charakter, der die Untersuchung der Kinetik dieser Prozesse ersehwert. Dies ist der Grund dafür, dass bei der betreffenden Untersuchung eine Wirbelschicht angewandt wird, in dem eine uniforme Temperatur vorherrscht. Es wurde die Oxydation nachstehender Stoffe untersucht: Benzol, Toluol, Naphthalin und Anthrazen. Die Partialdrücke der Reaktionsstoffe wurden zwischen möglichst weiten Grenzen variiert. Die Konzentrationen beider Reaktionskomponenten beeinflüssen die Reaktionsgeschwindigkeit. Die kinetische Gleichung lässt sich interpretieren, indem man zwei aufeinanderfolgende Reaktionen annimmt, nämlich die Reaktion zwischen der aromatischen Verbindung und dem Sauerstoff auf der Oberfläche und die Oxydation der teilweise reduzierten Oberfläche mittels Sauerstoff. Unter Umständen lässt sich diese Formel in eine Gleichung umwandeln, in der auch die Literaturunterlagen über die Oxydation von Schwefeldioxyd mittels Vanadiumoxyd-Katalysatoren, gut zum Ausdruck gelangen. An Hand der Kinetik ist es möglieh die optimale Temperaturverteilung in einem Festbett-Reaktor, der zur Oxydation von Schwefeldioxyd angewandt wird, zu ermitteln und das Verhältnis zwischen den in einem mehrstufigen Reaktor angewandten Katalysatormengen zu berechnen. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind mit den Erfahrungen aus der Praxis verglichen norden.