《催化反应工程（华东理工大学） 第五章2 环氧乙烷合成反应器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《催化反应工程（华东理工大学） 第五章2 环氧乙烷合成反应器（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、二 环氧乙烷合成反应器 1 环氧乙烷反应体系特性 (1)(2)(3)在银催化剂上，乙烯（简称ET）氧化除得到 产物环氧乙烷（简称EO）外，主要副产物是 二氧化碳和水。反应（1）为选择氧化反应，反应（2）为深 度氧化反应。选反应（1）和反应（2）为独 立反应，C2H4和CO2为关键组分。管壳型反应器2. 一维模型环氧乙烷反应器 p反应器模型 物料衡算热量衡算整理上式，得：床层层的压压力降初值值条件已知条件反应应器内径 8.034m 反应应管 453.5mm 高度 8m 管数 15431根入口压压力 1.89MPa 入口温度 178 沸腾腾水压压力 2.4252MPa 温度 223 反应应器入口气
2、量 818845Nm3/h反应应器入口气体组组成组组 分C2H4O2EOCO2H2OCH4ArN2C2H6摩尔分 率0.300.080.00010.050.0050.50860.05270.00140.0022计算结果体积/m3 140.0入口温度/ 178热点温度/ 231.9 出口温度/ 230.2yout /% C2H4 27.90 EO 1.97 CO2 5.91产量/t.d-1 750.2选择性/% 82.03P/MPa 0.1893. 二维模型环氧乙烷反应器p气相方程反应器模型二维非均相p固相方程反应器模型二维非均相p边界条件其中，将上述数学模型无因次化，无因次准数为反应器模型二维
3、非均相反应器模型二维非均相p气相方程（无因次化）反应器模型二维非均相p固相方程（无因次化）反应器模型二维非均相p边界条件（无因次化）模型参数的计算公式 p径向弥散混合系数计算公式： p流固相传质系数计算公式：p流固相传热系数计算公式：p管外沸腾水给热系数计算方法模型参数的计算公式 模型的数值求解 （1）预测预测 公式（2）校正公式1模型的数值求解 （2）校正公式2模型的数值求解 （3）固相方程采用一阶阶中心差分模型的数值求解 预测和校正方程消去 的点。件，消去 的点。则可用 代替，从而离散为新的预测和校正差分方程，代入用一阶中心差分离散的边界条（4）边边界条件的处处理模型的数值求解 原方程中项
4、为不定项，根据L Hospital法边界条件用一阶中心差分离散，再分别用上述计算框图求解固相浓度和温度方程操作条件： T0,T,Vsp,进口气体组成 。轴径向分段数N,M求解气相浓度和 温度校正公式求解气相浓度和 温度预测公式j N结束打印该截面气固相 浓度和温度分布k=0j=0 k=0k=1j=j+0.5 k=1j=j+0.5k=0否是计算实例上海石化总总厂化工厂采用的氧气法环环氧乙烷烷合 成路线线，属于美国SD公司技术术。环环氧乙烷设计烷设计 生产产能力为为 12万吨/年核心设备设备 反应应器是立式列管固定床反应应器，壳体 走蒸汽，反应应的原料气走管内。反应器特性和操作条件见下表表 环环氧
5、乙烷烷合成反应应器特性和操作条件催化剂剂填充高度7.00m反应应管内径31.3mm 列管数8821 催化剂剂外形尺寸6.52.56mm 催化剂剂装填量55.44ton 空速4265.625h1 反应压应压 力2.00MPa 原料气进进口温度183.5 饱饱和蒸汽压压力2.45MPa 饱饱和蒸汽温度225.6进进口原料气组组成（mol-%） ET25.06 O27.8 EO0.01 H2O0.31 CH462.1 CO24.72 空时产时产 率188.85gEOLcat-1h-1 选择选择 率81.7% 初期催化剂剂活性校正因子： 0.80770.5685续续表 环环氧乙烷烷合成反应应器特性和操
6、作条件模型预测值预测值 与工业实际值业实际值 的比较较出口气体组组成 （mol-%）预测值预测值实际值实际值ET22.5622.65 O25.225.32 EO2.292.21 H2O1.331.45 CH462.8162.60 CO25.795.77 出口气体温度（）228.5228.6 空时产时产 率 gEOLcat-1h-1188.851188.856选择选择 率（）81.781.7模型预测值预测值 与工业实际值业实际值 的比较较由图图可以看出：模型预测值预测值 与工 业实际值业实际值 十分吻 合。反应应器模型能够够 准确描述反应应器内 环环氧乙烷烷合成过过 程，能够够全面反 应应操作条
7、件对对反 应应的影响。 预测值实 际 值计算结果气相温度分布 z0.000 0.167 0.333 0.500 0.667 0.833 1.0000.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0183.5 0 221.3 4 228.6 0 229.7 5 229.7 7 229.5 9 229.4 0 229.2 2 229.0 6 228.9 1 228.7 8183.5 0 221.3 4 228.5 9 229.7 4 229.7 4 229.5 8 229.3 9 229.2 1 229.0 5 228.9 0 228.7 6183.5 0 22
8、1.3 7 228.5 5 229.7 0 229.7 2 229.5 4 229.3 5 229.1 8 229.0 1 228.8 7 228.7 3183.5 0 221.4 1 228.4 8 229.6 1 229.6 3 229.4 6 229.2 7 229.1 0 228.9 4 228.8 0 228.6 6183.5 0 221.4 8 228.4 0 229.5 1 229.5 2 229.3 6 229.1 8 229.0 1 228.8 5 228.7 1 228.5 8183.5 0 221.5 7 228.3 1 229.3 8 229.4 0 229.2 4 2
9、29.0 6 228.9 0 228.7 5 228.6 1 228.4 9183.5 0 221.6 8 228.2 3 229.2 7 229.2 9 229.1 3 228.9 6 228.8 0 228.6 5 228.5 2 228.4 0计算结果固相外表面温度分布 z0.000 0.167 0.333 0.500 0.667 0.833 1.0000.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0206.0 0 227.6 4 232.8 1 233.2 8 233.1 1 232.7 4 232.3 7 232.0 5 231.7 5 231.
10、4 8 231.2 3210.2 9 227.1 9 230.1 9 231.3 3 231.1 5 230.8 9 230.6 3 230.4 0 230.1 9 230.0 0 229.8 2207.6 8 227.4 8 232.1 3 232.6 5 232.4 1 232.0 8 231.7 5 231.4 5 231.1 9 230.9 4 230.7 2212.0 1 227.0 4 230.3 5 230.7 2 230.5 6 230.3 4 230.1 1 229.9 1 229.7 2 229.5 5 229.3 9212.3 0 227.0 2 230.3 3 230.
11、7 0 230.5 4 230.3 0 230.0 7 229.8 6 229.6 7 229.5 0 229.3 4216.4 2 226.5 9 228.7 3 228.9 8 228.8 8 228.7 4 228.6 0 228.4 7 228.3 2 228.2 4 228.1 3219.9 2 226.2 1 227.5 4 227.6 9 227.6 4 227.5 5 227.4 6 227.3 8 227.3 0 227.2 4 227.1 7计算结果气相乙烯浓度分布 z0.000 0.167 0.333 0.500 0.667 0.833 1.0000.0 0.1 0.2
12、0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0.2506 0 .2483 5 .2453 9 .2424 3 .2396 1 .2369 5 .2344 4 .2320 5 .2297 9 .2276 4 .2255 8.2506 0 .2483 5 .2453 9 .2424 3 .2396 1 .2369 5 .2344 4 .2320 5 .2297 9 .2276 4 .2255 8.2506 0 .2483 5 .2453 9 .2424 3 .2396 1 .2369 5 .2344 4 .2320 5 .2297 9 .2276 4 .2255 8.2506 0
13、.2483 5 .2453 9 .2424 3 .2396 1 .2369 5 .2344 4 .2320 5 .2297 9 .2276 4 .2255 8.2506 0 .2483 5 .2453 9 .2424 3 .2396 1 .2369 5 .2344 4 .2320 5 .2297 9 .2276 4 .2255 8.2506 0 .2483 5 .2453 9 .2424 3 .2396 1 .2369 5 .2344 4 .2320 5 .2297 9 .2276 4 .2255 8.2506 0 .2483 5 .2453 9 .2424 3 .2396 1 .2369 5
14、 .2344 4 .2320 5 .2297 9 .2276 4 .2255 8计算结果固相外表面乙烯浓度分布 z0.000 0.167 0.333 0.500 0.667 0.833 1.0000.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0.2503 0 .2479 8 .2449 3 .2419 8 .2391 9 .2365 6 .2340 7 .2317 1 .2294 7 .2273 3 .2252 9.2502 3 .2479 9 .2449 9 .2420 4 .2392 5 .2366 1 .2341 2 .2317 5 .2295 0
15、.2273 6 .2553 2.2502 7 .2479 8 .2449 5 .2420 0 .2392 1 .2365 8 .2340 9 .2317 2 .2294 8 .2273 4 .2253 0.2502 1 .2479 9 .2450 1 .2420 6 .2392 6 .2366 2 .2341 3 .2317 6 .2295 1 .2273 7 .2253 3.2502 0 .2479 9 .2450 1 .2420 6 .2392 7 .2366 3 .2341 3 .2317 6 .2295 1 .2273 7 .2253 3.2501 3 .2480 1 .2450 6
16、.2421 1 .2392 1 .2366 7 .2341 6 .2317 9 .2295 4 .2274 0 .2253 6.2500 6 .2480 2 .2450 9 .2421 4 .2393 4 .2366 9 .2341 9 .2318 2 .2295 6 .2274 2 .2253 7计算结果气相二氧化碳浓度分布 z0.000 0.167 0.333 0.500 0.667 0.833 1.0000.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0.0472 0 .0480 2 .0492 2 .0504 7 .0516 7 .0528 2 .0539 2 .0549 8 .0560
