年产10万吨醋酸乙烯项目反应器R0101动力学说明.docx
2019年“东华科技—恒逸石化杯”
2019年“东华科技—恒逸石化杯”
第十三届全国大学生化工设计竞赛
第十三届全国大学生化工设计竞赛
江苏华中气体有限公司分公司
江苏华中气体有限公司分公司
年产1
年产10万吨醋酸乙烯项目
反应器动力学说明
反应器动力学说明
卓稀团队
卓稀团队
团队成员：
团队成员：夏开星欧阳坤侯路遥徐见刘雨格
指导老师：
指导老师：金放殷霞王建芝李辉
江苏华中气体有限公司分公司年产10万吨醋酸乙烯项目动力学说明
PAGE2
1.1反应器数学模型方法概述
?概论反应器数学模型方法概述五十年代中期至六十年代初,出现了两个化学工程学的分支反应工程学与体系工程。反应工程学是把化学反应、传热、传质三者结合起来一起进行综合研究,为化工放大中最为困难的反应器放大问题提供了途径。体系工程学是研究整体过程设计的,不仅综合整个化工过程,甚至工厂经济问题也包括进其理论模型中,总之,体系工程学是研究过程最优化问题。
无论是反应工程学还是体系工程学,两者均离不开数学模型。化学反应器的数学模型有两个支柱一化学动力学模型与传递过程模型。催化剂颗粒对两者有特殊作用。单靠微观动力学的知识是不能把反应器放大到工业规模,因为工业中传递过程规律起很大作用,通常用一个形式上的反应动力学描述,已能满足过程开发要求。在使用流化床数学模型进行放大时,化学反应过程规律不发生变化,所不同的是传递过程的规律,而传递过程具有共性,即同类反应器的传递规律相同,它不随所进行的反应而不同。数学模型的理想建立过程一般都可以表示成图。
1.2流化床反应概述
流化反应器的优点主要有以下几点：
（1）由于可采用细粉颗粒,并在悬浮状态下与流体接触,流一固相界面积大,可高达一耐,有利于非均相反应的进行,提高了催化剂的利用率。而固定床与移动床所使用的固体颗粒要大的多大约大个数量级,因此单位体积设备的生产强度要低于流化床；
（2）由于颗粒在床内混合激烈,使颗粒全床内的温度和浓度均匀一致,床层与内浸换热表面卷的传热系数很高一耐,全床热容量大,热稳定性高,这些都有利于强放热反应的等温操作。这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一；
（3）流化床的颗粒群有类似流体性质,可以大量地从装置中移出、引入。并可以在两个流化床之间大量循环,这使得一些反应一再生、吸热一放热、正反应一逆反应等反应藕和过程和反应一分离耦合过程得以实现。使得易失活催化剂能在工程中使用；
（4）流体和颗粒之间传热、传质速率也较其他接触方式为高由于流一固体系中空隙率的变化可以引起颗粒曳力系数的大幅度变化,以至在很宽范围内均能形成较浓密的床层,所以流态化技术的操作弹性范围宽,单位设备生产能力大,设备结构简单、造价低,符合现代化大生产的需要。
正因为有以上这些显著优点,所以流态化技术在许多情况下是不可取代的,并且得到越来越广泛的应用,但是由于催化剂颗粒大量快速循环,使得流化床不可避免具有以下几方面缺点。
（1）多相流系统规律复杂,过程的工程放大技术难度较大；
（2）经常采用的传统流态化反应器中,大气泡的存在易造成气体短路,再加上床内返混明显,使气体严重偏离活塞流。在要求气体转化率高时,对反应的影响较为明显；
（3）固体颗粒在传统流化床中混合激烈近似为理想混合,所以在固体连续移出、引入时,其停留时间分布不均,降低了固体的出口平均转化率；
（4）采用高速凿子的快速循环流态化技术可以使许多上述缺点得到改善,但由于快床中两相接触时间短,故只适用于反映速率高的过程。又因为快床内颗粒浓度较低,使热量移出、移入的能力下降。有颗粒磨损现象,细颗粒容易被气流夹带,需要有较强的流一固分离能力的装置与之匹配,在用贵金属作催化剂时,需要格外慎重地选择有效的分离器。颗粒对设备有一定磨损作用,特别是采用硬度大,非球型矿石操作时,尤应要加以注意。
1.3湘维流化床反应器装置
乙炔—醋酸气相法生产醋酸乙烯的反应器有多种形式，有炉式固定床、列管式固定床、圆锥自由床、锥形限制床和圆柱形反应器。图5.2反应器为圆锥自由流化床，1为反应器主体，2为扩大段，3为分布器。内部无任何构件(如挡板、挡网、散热水管等)，气体和固体在床内自由运动。反应器主体部分高7米，下部直径2.8米，上部直径3.2米，锥角3度20分，全容积49.4m3。上部扩大部分直径5米，以分离反应气体中夹带的催化剂。进气下部为锥体，通过气体分布器与主体相连。反应器总高约16米，可装催化剂32~45m3。
合成反应器为圆锥形流化床，其结构特点是:床截面从分布板上沿轴向逐渐扩大，塔气逐渐变小，这正好与催化剂粒度沿床高逐渐变细相适应，使床层下部的大颗粒在较高的空塔气速下容易流化，而避免出现死床，使床层上部的细颗粒也能在较小的空