催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件

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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,*,二 环氧乙烷合成反应器,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,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,C,2,H,4,和CO,2,为关键组分。,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,管壳型反应器,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,2. 一维模型环氧乙烷反应器,反应器模型,物料衡算,热量衡算,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,整理上式,得:,床层的压力降,初值条件,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,已知条件,反应器内径 8.034m,反应管 453.5mm 高度 8m 管数 15431根,入口压力 1.89MPa 入口温度 178,沸腾水压力 2.4252MPa 温度 223,反应器入口气量 818845Nm,3,/h,反应器入口气体组成,组 分,C,2,H,4,O,2,EO,CO,2,H,2,O,CH,4,Ar,N,2,C,2,H,6,摩尔分率,0.30,0.08,0.0001,0.05,0.005,0.5086,0.0527,0.0014,0.0022,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算结果,体积/m,3,140.0,入口温度/ 178,热点温度/ 231.9 出口温度/ 230.2,y,out,/%,C,2,H,4,27.90 EO 1.97 CO,2,5.91,产量/t.d,-1,750.2,选择性/% 82.03,P/MPa 0.189,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,3. 二维模型环氧乙烷反应器,气相方程,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,反应器模型二维非均相,固相方程,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,反应器模型二维非均相,边界条件,其中,,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,将上述数学模型无因次化,无因次准数为,反应器模型二维非均相,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,反应器模型二维非均相,气相方程(无因次化),催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,反应器模型二维非均相,固相方程(无因次化),催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,反应器模型二维非均相,边界条件(无因次化),催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,模型参数的计算公式,径向弥散混合系数计算公式:,流固相传质系数计算公式:,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,流固相传热系数计算公式:,管外沸腾水给热系数计算方法,模型参数的计算公式,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,模型的数值求解,(1)预测公式,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,(2)校正公式1,模型的数值求解,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,(2)校正公式2,模型的数值求解,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,(3)固相方程采用一阶中心差分,模型的数值求解,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,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)边界条件的处理,模型的数值求解,原方程中,项为不定项,根据L Hospital法,边界条件用一阶中心差分离散,再分别用上述,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算框图,求解固相浓度和温度方程,操作条件:,T,0,T,V,sp,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,jN,结束,打印该截面气固相浓度和温度分布,k=0,j=0,k=0,k=1,j=j+0.5,k=1,j=j+0.5,k=0,否,是,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算实例,上海石化总厂化工厂采用的氧气法环氧乙烷合成路线,属于美国SD公司技术。,环氧乙烷设计生产能力为 12万吨/年,核心设备反应器是立式列管固定床反应器,壳体走蒸汽,反应的原料气走管内。,反应器特性和操作条件见下表,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,表 环氧乙烷合成反应器特性和操作条件,催化剂填充高度,7.00m,反应管内径,31.3mm,列管数,8821,催化剂外形尺寸,6.52.56mm,催化剂装填量,55.44ton,空速,4265.625h,1,反应压力,2.00MPa,原料气进口温度,183.5,饱和蒸汽压力,2.45MPa,饱和蒸汽温度,225.6,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,进口原料气组成(mol-%),ET,25.06,O,2,7.8,EO,0.01,H,2,O,0.31,CH,4,62.1,CO,2,4.72,空时产率,188.85gEO,Lcat,-1,h,-1,选择率,81.7%,初期催化剂活性校正因子:,0.8077,0.5685,续表 环氧乙烷合成反应器特性和操作条件,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,模型预测值与工业实际值的比较,出口气体组成,(mol-%),预测值,实际值,ET,22.56,22.65,O,2,5.22,5.32,EO,2.29,2.21,H,2,O,1.33,1.45,CH,4,62.81,62.60,CO,2,5.79,5.77,出口气体温度(),228.5,228.6,空时产率gEO,Lcat,-1,h,-1,188.851,188.856,选择率(),81.7,81.7,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,模型预测值与工业实际值的比较,由图可以看出:,模型预测值与工业实际值十分吻合。,反应器模型能够准确描述反应器内环氧乙烷合成过程,能够全面反应操作条件对反应的影响。,预测值,实,际,值,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算结果气相温度分布,z,0.000,0.167,0.333,0.500,0.667,0.833,1.000,0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,183.50,221.34,228.60,229.75,229.77,229.59,229.40,229.22,229.06,228.91,228.78,183.50,221.34,228.59,229.74,229.74,229.58,229.39,229.21,229.05,228.90,228.76,183.50,221.37,228.55,229.70,229.72,229.54,229.35,229.18,229.01,228.87,228.73,183.50,221.41,228.48,229.61,229.63,229.46,229.27,229.10,228.94,228.80,228.66,183.50,221.48,228.40,229.51,229.52,229.36,229.18,229.01,228.85,228.71,228.58,183.50,221.57,228.31,229.38,229.40,229.24,229.06,228.90,228.75,228.61,228.49,183.50,221.68,228.23,229.27,229.29,229.13,228.96,228.80,228.65,228.52,228.40,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算结果固相外表面温度分布,z,0.000,0.167,0.333,0.500,0.667,0.833,1.000,0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,206.00,227.64,232.81,233.28,233.11,232.74,232.37,232.05,231.75,231.48,231.23,210.29,227.19,230.19,231.33,231.15,230.89,230.63,230.40,230.19,230.00,229.82,207.68,227.48,232.13,232.65,232.41,232.08,231.75,231.45,231.19,230.94,230.72,212.01,227.04,230.35,230.72,230.56,230.34,230.11,229.91,229.72,229.55,229.39,212.30,227.02,230.33,230.70,230.54,230.30,230.07,229.86,229.67,229.50,229.34,216.42,226.59,228.73,228.98,228.88,228.74,228.60,228.47,228.32,228.24,228.13,219.92,226.21,227.54,227.69,227.64,227.55,227.46,227.38,227.30,227.24,227.17,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算结果气相乙烯浓度分布,z,0.000,0.167,0.333,0.500,0.667,0.833,1.000,0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,.25060,.24835,.24539,.24243,.23961,.23695,.23444,.23205,.22979,.22764,.22558,.25060,.24835,.24539,.24243,.23961,.23695,.23444,.23205,.22979,.22764,.22558,.25060,.24835,.24539,.24243,.23961,.23695,.23444,.23205,.22979,.22764,.22558,.25060,.24835,.24539,.24243,.23961,.23695,.23444,.23205,.22979,.22764,.22558,.25060,.24835,.24539,.24243,.23961,.23695,.23444,.23205,.22979,.22764,.22558,.25060,.24835,.24539,.24243,.23961,.23695,.23444,.23205,.22979,.22764,.22558,.25060,.24835,.24539,.24243,.23961,.23695,.23444,.23205,.22979,.22764,.22558,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算结果固相外表面乙烯浓度分布,z,0.000,0.167,0.333,0.500,0.667,0.833,1.000,0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,.25030,.24798,.24493,.24198,.23919,.23656,.23407,.23171,.22947,.22733,.22529,.25023,.24799,.24499,.24204,.23925,.23661,.23412,.23175,.22950,.22736,.25532,.25027,.24798,.24495,.24200,.23921,.23658,.23409,.23172,.22948,.22734,.22530,.25021,.24799,.24501,.24206,.23926,.23662,.23413,.23176,.22951,.22737,.22533,.25020,.24799,.24501,.24206,.23927,.23663,.23413,.23176,.22951,.22737,.22533,.25013,.24801,.24506,.24211,.23921,.23667,.23416,.23179,.22954,.22740,.22536,.25006,.24802,.24509,.24214,.23934,.23669,.23419,.23182,.22956,.22742,.22537,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算结果气相二氧化碳浓度分布,z,0.000,0.167,0.333,0.500,0.667,0.833,1.000,0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,.04720,.04802,.04922,.05047,.05167,.05282,.05392,.05498,.05600,.05699,.05794,.04720,.04802,.04922,.05047,.05167,.05282,.05392,.05498,.05600,.05699,.05794,.04720,.04802,.04922,.05047,.05167,.05282,.05392,.05498,.05600,.05699,.05794,.04720,.04802,.04922,.05047,.05167,.05282,.05392,.05498,.05600,.05699,.05794,.04720,.04802,.04922,.05047,.05167,.05282,.05392,.05498,.05600,.05699,.05794,.04720,.04802,.04922,.05047,.05167,.05282,.05392,.05498,.05600,.05699,.05794,.04720,.04802,.04922,.05047,.05167,.05282,.05392,.05498,.05600,.05699,.05794,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,计算结果固相外表面CO,2,浓度分布,z,0.000,0.167,0.333,0.500,0.667,0.833,1.000,0.0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,.04729,.04816,.04942,.05066,.05185,.05299,.05409,.05514,.05615,.05713,.05807,.04731,.04816,.04938,.05063,.05182,.05296,.05406,.05511,.05613,.05711,.05806,.04729,.04816,.04940,.05065,.05184,.05298,.05408,.05513,.05614,.05712,.05807,.04732,.04815,.04937,.05061,.05181,.05296,.05405,.05511,.05612,.05710,.05805,.04732,.04815,.04937,.05061,.05181,.05295,.05405,.05511,.05612,.05710,.05805,.04735,.04815,.04935,.05059,.05179,.05293,.05403,.05509,.05610,.05709,.05803,.04739,.04814,.04933,.05057,.05177,.05292,.05402,.05507,.05609,.05707,.05802,催化反应工程华东理工大学2环氧乙烷合成反应器课件,
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