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1、 目目 录录 第一章第一章 概述概述.1 第二章第二章 主反应机理及动力学主反应机理及动力学.3 2.1 反应机理.3 2.2 动力学方程.3 2.3 主要副反应.4 第三章第三章 催化剂特性、失活原因及再生方法催化剂特性、失活原因及再生方法.5 3.1 催化剂特性.5 3.2 催化剂失活原因.5 3.3 催化剂的再生方法.5 第四章第四章 反应器设计思路说明反应器设计思路说明.6 4.1 反应器类型选择.6 4.2 换热方式选择.6 4.3 催化剂排布方式选择.6 4.4 反应器模型确定.7 第五章第五章 反应器参数设定反应器参数设定.8 5.1 催化剂床层数，催化剂用量与各催化剂床层进出口
2、温度确定.8 5.2 空时及液体空速的确定.13 第六章第六章 反应器内部结反应器内部结构构设计设计.14 6.1 绝热隔板.14 6.2 液体分布器.14 第七章第七章 反应器内径与塔高的计算反应器内径与塔高的计算.16 第八章第八章 换热器设计换热器设计.17 第九章第九章 控制系统控制系统.19 第十章第十章 反应器设计反应器设计总总结及在模拟中的应用结及在模拟中的应用.20 参考文献参考文献.21 中石化扬子公司年产中石化扬子公司年产 1010 万吨万吨 HPPOHPPO 法环氧丙烷项目法环氧丙烷项目 1 第一章第一章 概述概述 化学反应过程和反应器是化工生产流程的中心环节，反应器的设
3、计往往占 有重要的地位。一个适合反应体系的反应器可大大提高目标产物的转化率且能 保证稳定的操作环境。反应器的设计主要包括： 反应器选型； 确定合适的工艺条件； 确定实现这些工艺条件所需的技术措施； 确定反应器的结构尺寸； 确定必要的控制手段。 本反应器主要针对的是丙烯用双氧水直接环氧化生成环氧丙烷的反应，该 反应的高效反应温度在 40-65，反应压力为 20bar。而该反应器设计两个最主 要的难点也是这个反应两个最大的特点是： （1）反应为强放热反应，且允许反应温度范围较窄，温度过低会导致反应 速率过低，温度过高则导致副反应加剧； （2）催化剂容易结焦失活，而连续工业化不允许频繁停车来更换催化
4、剂， 否则会导致产品质量的不稳定以及额外的能量与原料消耗。 针对上述两个反应特点，项目组创新性地设计了逐层外取热模拟移动床反 应器（见图 1.1） 。该反应器实现了逐层取热功能，使反应体系温度保持在 40- 65的高效低副产反应温度范围，同时通过精密的控制系统，用原料进料口的 切换与“6+1”的催化剂床层模式来实现生产和催化剂再生的一体化，不但解决 催化剂失活再生问题，而且生产能力大、生产效率高。 中石化扬子公司年产中石化扬子公司年产 1010 万吨万吨 HPPOHPPO 法环氧丙烷项目法环氧丙烷项目 2 图 1.1 反应器结构示意图 中石化扬子公司年产中石化扬子公司年产 1010 万吨万吨
5、HPPOHPPO 法环氧丙烷项目法环氧丙烷项目 3 第二章第二章 主反应机理及动力学主反应机理及动力学 该反应器主要针对的是 HPPO 法丙烯用双氧水直接环氧化制备环氧丙烷， 该反应是一个连串反应，具体过程如下反应式所示： + H2O2 + H2O O H=-219.6KJ/mol O + CH3OH O + H2O OH OCH3 H=-35.6KJ/mol HOOH H=-92.0KJ/mol 2.1 反应机理反应机理 Ti OSi SiO SiO OSi H2O2/CH3OH Ti SiO SiO O OH HO H3C Ti SiO SiO O OH HO H3C Ti SiO SiO
6、 OH HO H3C O 2.2 动力学方程动力学方程 本反应为一连串反应，各步反应速率不同。 环氧化反应： 165 . 0 63 . 0 22830 2 1 6322 1043 . 1 HCOH RT CCer 环氧丙烷醚化反应： 66. 0 54050 5 2 1039 . 2 PO RT Cer 由动力学实验显示，副产丙二醇的量相对于丙二醇单甲醚的量很少，故丙 二醇生成反应的速率对总反应速率的影响可忽略不计。故总反应的反应速率为： 66 . 0 54050 5165 . 0 63 . 0 22830 2 21 1039 . 2 1043 . 1 6322 PO RT HCOH RT Ce
7、CCerrr 中石化扬子公司年产中石化扬子公司年产 1010 万吨万吨 HPPOHPPO 法环氧丙烷项目法环氧丙烷项目 4 2.3 主要副反应主要副反应 2 H2O2 2 H2O + O2 H=-98.1KJ/mol 中石化扬子公司年产中石化扬子公司年产 1010 万吨万吨 HPPOHPPO 法环氧丙烷项目法环氧丙烷项目 5 第三章第三章 催化剂特性、失活原因及再生方法催化剂特性、失活原因及再生方法 3.1 催化剂特性催化剂特性 本反应选择具有沸石微孔结构的 TS-1 催化剂，以 SiO 为载体，Ti 为活性 中心。每克催化剂表面积达到 420-450m2，孔体积为 0.18-0.26cm3。
8、且催化剂可 通过压制粘合技术制成不同颗粒形状不同大小的晶粒。本反应选用直径为 0.5mm 的齿形催化剂颗粒，堆密度为 0.12g/cm3。 3.2 催化剂失活原因催化剂失活原因 根据研究，现在普遍认同的 TS-1 催化剂失活原因分为暂时性失活和永久性 失活。暂时性失活是随着反应进行，产物环氧丙烷在水与甲醇作用下开环生成 丙二醇与丙二醇单甲醚。这两种副产物在反应条件下又能与环氧丙烷反应，逐 渐生成高聚物。这一系列的副反应都是在催化剂的微孔中进行，而生成的高聚 物由于不能从催化剂的微孔中释放出来，堵塞了催化剂微孔，使活性位减少， 催化剂逐渐失活。而永久性失活则是随着反应的进行，催化剂活性中心 Ti 流失， 造成催化剂逐渐失活。 3.3 催化剂的再生方法催化剂的再生方法 暂时性失活的催化剂可通过再生的方法恢复。再生方法分为外部再生与原 地再生方法。外部再生方法是将失活的催化剂引出，在 540的焙烧炉里面焙 烧 6 个小时，将堵塞在催化剂微孔中的微量高聚物烧掉，重新打开催化剂的活 性位。原位再生方法则是将失活的催化剂在当前的条件下先用甲醇冲洗 1 个小 时，然后再用 80的双氧水冲洗 24 小时，从而完成再生。为避免外部再生带 来的开停车的损耗，本项目拟定催
