苯胺加氢固定床反应器的优化设计与操作

目的 对苯胺催化加氢制环己胺列管式固定床反应器进行优化设计。方法 建立苯胺催化加氢制环己胺固定床反应器的二维拟均相模型，并用数值计算软件MathConnex对模型进行求解。结果 实现了苯胺催化加氢制环己胺列管式固定床反应器的优化设计与操作。结论 采用二维拟均相模型可有效地描述苯胺催化加氢制环己胺列管式固定床反应器的特征；影响转化率的主要因素是反应器的轴向温度分布，反应器的管径和氢气与苯胺物质的量对反应器轴向温度分布有较大影响，是设计反应器和优化操作的重要参量；根据计算结果设计的反应器在优化条件下操作稳定，能耗降低，热点温度远低于采用导热油冷却的反应器，产品的副产物少，收率可达95％以上，具有较好的经济效益。     

邻二甲苯氧化生产苯酐过程的模拟与优化

建立了邻二甲苯氧化生产苯酐过程的二维拟均相动力学模型,利用gPROMS进行模型求解,结果与实验数据吻合较好。通过热点温度控制范围确定了反应器进料温度、换热介质熔盐温度的控制范围。以邻二甲苯转化率最大为目标函数,以反应器进料温度、熔盐温度为控制变量,利用gPROMS优化反应过程,得到优化条件下的邻二甲苯转化率可达98.4％。     

乙苯脱氢绝热式反应器的计算

本文用拟均相一维和二维数学模型对乙苯脱氢制苯乙烯绝热式固定床反应器进行电算,并与现场数据进行了对比,计算结果与现场实测数据的相对误差仅为1～2％。对于热效应不大的反应,用一维和二维模型计算的结果是相近的。计算结果还表明,对于一般反应器,乙苯转化率应控制在35～40％;二段反应器,乙苯转化率应控制在60～65％。     

异丁醛一步氧化反应器操作工况的模拟研究

建立了文题反应器的二维拟均相数学模型。经正交配置技术离散化处理后，由Ｇｅａｒ法求得床层内温度和收率的轴向、径向分布，模拟工业单管的结果与实测值较好地吻合。通过工况模拟，为年处理６ｋｔ异丁醛工业反应器确定了优选的操作条件及适宜的操作可行域，为设计、操作和控制提供指导和依据。     

HCl氧化固定床反应器二维模型验证与管径影响模拟分析

本文建立了HCl催化氧化拟均相二维固定床反应器模型,通过单管实验验证模型的可靠性。分别考察在富氧及贫氧条件下管径对固定床反应器性能的影响,并在最大允许管径条件下,对操作参数进行灵敏度分析。结果表明:当反应管径增大时,由于径向传热能力的减弱,引起了显著的径向温度梯度,但在计算范围内,未出现明显的浓度梯度。当HCl与O_2的流量之比(F(HCl)/F(O_2))=6和1时,反应器最大允许管径分别为45和32 mm,反应管入口温度和换热介质温度均不宜超过380℃,最佳m/F(HCl)分别为4 228和1 923 g·min/mol,在此条件下,每克催化剂上Cl_2产率分别达到0.34和10.8 g/h。     

固定床反应器参数灵敏性分析中径向温度分布的简化处理

对高参数灵敏性固定床反应器的径向温度分布作了简化处理。在此基础上分析了进行强放热反应的工业固定床反应器的参数灵敏性及失控行为。通过对径向温度分布作简化处理后所预测的参数灵敏性及失控行为与用二维固定床模型预测的结果进行了比较,结果表明,对径向温度分布简化处理预测的结果与用二维模型预测的结果比较吻合。     

丙酸异龙脑酯的合成、反应热力学和反应动力学研究

选用大孔阳离子交换树脂作催化剂,250 mL的三口烧瓶作为搅拌釜反应器,研究了莰烯与丙酸在不同反应条件下(搅拌速率、树脂类型、树脂含量、配比、温度、催化剂重复使用次数)对合成丙酸异龙脑酯的影响,并得到了优化的工艺条件.采用UNIFAC基团贡献法估算活度系数,获得了不同温度下反应的平衡常数以及该反应的焓变、熵变、吉布斯自由能等热力学数据.采用拟均相模型计算出此反应的反应速率常数及反应活化能等动力学数据.此外,在固定床反应器上进行了对比实验,结果表明该反应在两种反应器中的效果基本相似.     

管壳型固定床费托合成反应器的数学模拟

根据集总思想,利用蛋壳型钴基催化剂动力学方程,建立了管壳型固定床费托合成反应器的一维拟均相数学模型。对合成油试验装置进行工况模拟,得到的管壳型固定床反应器催化床层中的温度分布、CO转化率、出口组成、C5+的质量分数和时空产率的模型计算值与试验值吻合良好。讨论了反应器进口温度、操作压力、气体体积空速和沸腾水温度对反应结果的影响,结果表明:提高反应器进口温度、沸腾水温度、操作压力使催化床层温度升高,CO转化率升高,C5+的质量分数降低和C5+的时空收率增大;增大气体体积空速使催化床层温度降低,CO转化率降低,C5+的质量分数升高和C5+的时空收率增大。     

环柱形催化剂颗粒尺寸对填充床传热参数的影响

在可同时测定轴向径向温度的壁冷式固定床中测定了瓷环及两种不同尺寸环柱形环氧乙烷合成银催化剂颗粒的温度分布,利用所测实验数据对拟均相二维模型进行了传热参数计算。结果表明,随着环柱形颗粒内,外径比的增大,径向有效导热系数也得到了提高;由于低管径比条件下二维模型存在局限性和实验误差,壁给热系数有较大的分散性。     

评估氯乙烯固定床反应器管径对反应的影响

乙炔法合成氯乙烯,国内普遍采用固定床反应器。理论上澄清固定床反应器中管径对反应的影响,具有重要的意义。文献[1]专门报道过管径的理论问题,由于该文引证的数学模型过于简化,计算结果难以反映问题的全貌。本文用拟均相、活塞流二维模型的计算方法[2],在计算机上作了较全面的考察。考察的结果对不同管径的影响获得了新的认识。     

固定床反应器的径向和轴向参数分布

进行放热反应的工业固定床反应器,系统内的温度和组成不仅随床层轴向变化,而且随床层径向变化。对于这种反应器需使用二维模型进行模拟分析。强放热过程,例如乙烯氧化生产环氧乙烷,二维模型的模拟结果表明2.1厘米直径的反应管内径向温差可超过40℃,忽视这个因素就可能导致反应选择性变坏,催化剂使用时间缩短,甚至反应器操作失控。利用二维模型模拟获得的管中心温度对平均温度作图,即可由一维模型计算结果得到管中心最高温度的数据,从而提高了一维模型的使用价值。     

丁醛加氢制丁醇反应器的数学模拟

在对混合丁醛加氢制丁醇的反应体系进行热力学与动力学分析的基础上。采用一维拟均相数学模型对丁醛加氢制丁醇管壳式固定床反应器进行数学模拟设计。预测了反应温度、冷却介质温度、反应压力和反应空速对加氢反应结果的影响。结果表明：丁醛加氢制丁醇的数学模拟结果与生产数据吻合良好。     

醋酸乙烯合成环柱状催化剂固定床传热参数

采用径向测温方法和拟均相二维模型,对乙烯氧乙酰化合成醋酸乙烯环柱状催化剂在固定床中的传热特性按工业生产条件进行了测定,并考察了催化剂尺寸对传热性能的影响。对实验数据分别用有限差分法及正交配置法进行处理,得到了固定床一维热系数ｈ,二维径向传热参数Ｋｅｒ,ｈｗ与雷诺准数Ｒｅ的关系式。     

气冷-水冷串联式大型甲醇合成反应器性能模拟

应用CO、CO2加氢合成甲醇反应双速率动力学方程,以甲醇和CO2为关键组分,建立了气冷-水冷串联式大型甲醇合成反应器数学模型.气冷和水冷反应器均采用一维拟均相数学模型.对1.2×106t/a甲醇合成反应器进行了模拟计算,得到了水冷和气冷反应器催化床层中的温度及各组分浓度分布.并讨论了水冷式反应器入口温度、沸腾水温度以及操作压力对反应系统的影响.     

管壳型固定床二甲醚合成反应器的数学模拟

对管壳型固定床二甲醚合成反应器进行了数学模拟。选取CO、CO2加氢合成甲醇、甲醇脱水生成二甲醚反应为独立反应,CO、CO2和二甲醚为关键组分,建立了管壳型固定床二甲醚合成反应器的一维拟均相数学模型,得到了管内各组分气体浓度和温度分布;讨论了不同操作条件对二甲醚合成的影响。     

SPC-01催化剂上MTBE裂解制异丁烯及其裂解动力学

甲基叔丁基醚(MTBE)裂解是一条比较理想的生产高纯度异丁烯的工艺路线.采用管式反应器,在170～230℃、0.2～0.6 MPa、液相空速0.5～2 h-1的条件下,对SPC-01型固体杂多酸催化剂上甲基叔丁基醚裂解制异丁烯的工艺进行了研究,考察了操作条件对裂解过程的影响.当反应压力为0.4 MPa、反应温度为210～230℃、液相空速为0.5～1.0 h-1时,MTBE转化率高于92.2%,异丁烯和甲醇选择性均大于99.9%.采用一维平推流积分反应器模型建立幂函数裂解动力学方程,利用最小二乘法对动力学实验数据进行参数拟舍,获得了裂解动力学方程,并对模型进行了检验.     

酯交换法制备醋酸异丁酯的动力学研究

醋酸异丁酯作为一种绿色溶剂在硝化纤维、涂料、油墨、黏合剂、增香剂和药物等化工产业中有广泛的应用.采用改造的强化固定床反应器,以醋酸甲酯和异丁醇为原料,阳离子交换树脂为催化剂,合成醋酸异丁酯,并对其工艺条件进行优化,探究循环流量、催化剂装载量、反应物摩尔比以及反应温度对合成醋酸异丁酯的影响,以指导工业放大化应用.采用UNIFC基团贡献法计算各个组分的活度系数,获得了不同温度下酯交换反应的平衡常数以及标准摩尔反应焓变、标准摩尔反应熵变、标准摩尔生成吉布斯自由能等热力学数据(Δ_rH~0=10.86 k J·mol~(-1),Δ_rS~0=26.52 J·mol~(-1)·K~(-1)).最后使用拟均相模型建立了在强化固定床反应器中的反应动力学方程,正反应的活化能为75.73 k J·mol~(-1),逆反应的活化能为64.87 k J·mol~(-1).     

丙醛与氨气固相环合催化反应机理的研究

在固定床反应器中,研究了丙醛与氨环合的反应动力学特性,研究结果表明,当催化剂粒度小于0．8mm时,内扩散影响可以排除,当气体流速W／FA0＜3．6时,外扩散影响可以排除,提出了简化的丙醛气相环合动力学模型,实验值和计算值基本相符,反应级数为一级,反应速率表达式为（－γA）W=83．45exp（－14．55／RT）CA．提出了3种机理模型假设,根据实验数据拟合的结果,认为模型2的假设可以合理地解释实验现象,研究了固定床催化反应模型,假定为拟一维模型,研究了丙醛转化率与床层高度之间的关系,可供工业固定床反应器设计参考。     

环柱形催化剂当量直径及传热参数的测定

实验测定了一种新型的环柱形催化剂活性组分在其内、外表面上不均匀分布的乙烯基乙酸酯合成反应器的床层压降和该催化剂填充床的二维温度分布；以压降实验数据代入Ergun公式计算了环柱形催化剂的当量直径ds和填充床的传热参数，采用正交配置的方法对拟均相二维传热模型进行求解，得到床层的径向有效导热系数和壁给热系数。     

大型甲醇合成反应器模拟设计

针对上海焦化总厂年产２０万吨甲醇装置,提出了绝热－管壳复合型甲醇合成反应器。应用ＣＯ、ＣＯ２加氢合成甲醇反应宏观双速率动力学方程,以甲醇和ＣＯ２为关键组分,建立了甲醇合成反应器催化床的二维数学模型,用正交配置法求得催化床内各组分摩尔分数和床层温度随轴向和径向的分布。模拟计算了主要操作参数如沸腾水压力和温度、操作压力,对反应器操作性能的影响,讨论了催化剂使用中后期反应器的生产能力。生产操作数据与模型