第五章2 环氧乙烷合成反应器ppt课件

1、二 环氧乙烷合成反响器 1 环氧乙烷反响体系特性环氧乙烷反响体系特性 (1) (2) (3)OHCOHC4224221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。反响1为选择氧化反响，反响2为深度氧化反响。选反响1和反响2为独立反响，C2H4和CO2为关键组分。OHCOOHC22242223OHCOOOHC222422225管壳型反响器管壳型反响器2. 一维模型环氧乙烷反响器一维模型环氧乙烷反响器 p反响器模型反响器模型 )(21rrAdldNbET222rAdldNbCOdlttdmKrHrHAdldtCNwbatbfRRbbpT)( )()(221

2、1物料衡算物料衡算热量衡算热量衡算)5 . 01(21rryNAdldyETTbET)25 . 0(2122rryNAdldyCOTbCO)()()(2211wbpTatbfRRpTbbttCNdmKrHrHCNAdldt整理上式，得：整理上式，得：321SfMdufdldpininbbinCOCOinETETppttyyyyl, 0,22床层的压力降床层的压力降初值条件初值条件知条件知条件反响器内径反响器内径 8.034m 反响管反响管 453.5mm 高度高度 8m 管数管数 15431根根入口压力入口压力 1.89MPa 入口温度入口温度 178 沸腾水压力沸腾水压力 2.4252MPa

3、 温度温度 223 反响器入口气量反响器入口气量 818845Nm3/h反响器入口气体组成反响器入口气体组成组组 分分C2H4O2EOCO2H2OCH4ArN2C2H6摩尔分摩尔分率率0.300.080.00010.050.0050.50860.05270.00140.0022计算结果计算结果体积体积/m3 140.0入口温度入口温度/ 178热点温度热点温度/ 231.9 出口温度出口温度/ 230.2yout /%C2H4 27.90 EO 1.97 CO2 5.91产量产量/t.d-1 750.2选择性选择性/% 82.03P/MPa 0.1893. 二维模型环氧乙烷反响器二维模型环氧乙

4、烷反响器p气相方程气相方程sHCHCeHCgHCHCHCerHCCCSkrCrrCDluC42424242424242,22,1sCOCOeCOgCOCOCOerCOCCSkrCrrCDluC2222222,22,1 SeserPgTTSrTrrTlTcu122反响器模型二维非均相反响器模型二维非均相p固相方程固相方程2211,424242rCrCCCSkORORbHCsHCeHCg22,2222rCCCSkORbCOsCOeCOgrTrrTrHCTTSssseriiiiORbSes1222, 1反响器模型二维非均相反响器模型二维非均相p边境条件边境条件0looCOCOoHCHCTTCCCC,

5、2242420r0, 0242rTrTrCrCsCOHCRr rTTTKrTTTKrCrCSserSwsbcerwbcCOHC, 0242其中，其中，CifmistwbcRAAAAK0111CifmistswsbcRAAAAK0111将上述数学模型无因次化，无因次准数为将上述数学模型无因次化，无因次准数为反响器模型二维非均相反响器模型二维非均相PTRZCygHCHC/4242PTRZCysgsHCsHC/4242PTRZCygCOCO/22PTRZCysgsCOCO/220/TT0/TTssLlZ/Rr /TgHCerHCmfNTRZRLPDPe2,/4242TgCOerCOmfNTRZRLP

6、DPe2,/22TPertfNCRLPe2/essertsSRPe2/erbcfRKBi/sersbcsRKBi/TgeHCgHCTNZRLPSkDa/4242,TgeCOgCOTNZRLPSkDa/22,TPesNCLS/2, 1,4242/ieHCggbiORiHCSPkTZRrCfeCOggbORCOSPkTZRrCf22,22/202, 1/TSrHCesiiiiORb反响器模型二维非均相反响器模型二维非均相p气相方程无因次化气相方程无因次化sHCHCHCHCHCHCmHCyyDayyPeZy42424242424242122,sCOCOCOCOCOCOmCOyyDayyPeZy222

7、2222122,stfPeZ122反响器模型二维非均相反响器模型二维非均相p固相方程无因次化固相方程无因次化424242HCsHCHCfyy222COsCOCOfyyRPesstss122反响器模型二维非均相反响器模型二维非均相p边境条件无因次化边境条件无因次化0Z1,224242oCOCOoHCHCyyyy00, 0242sCOHCyy1ssswfwCOHCBiBiyy, 0242模型参数的计算公式模型参数的计算公式 p径向弥散混合系数计算公式：径向弥散混合系数计算公式： p流固相传质系数计算公式：流固相传质系数计算公式：/4 .191 102lpperddudD100ReP386. 082

8、. 03/2Re365. 0Re765. 0ppBffgDDGkJ15000Re01. 0GDppp流固相传热系数计算公式：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管外沸腾水给热系数计算方法模型参数的计算公式模型参数的计算公式 35. 03/2Re3023. 0Re876. 2ppfppsHCGcJ15000Re01. 0GDpp15. 07 . 03fufPAQ模型的数值求解模型的数值求解 jsiHCjiHCHCjiHCjiHCjiHCjiHCjiHCHCmjiHCjiHCyyDayyiyyyPeZyy,1,1,2211,21,211,21,4242424242424242424

9、242 2122/jsiCOjiCOCOjiCOjiCOjiCOjiCOjiCOCOmjiHCjiCOyyDayyiyyyPeZyy,1,1,2211,21,211,21,222222222422 2122/jsijijijijijijitfjijiiPeZ,11221121211212122/1预测公式预测公式21,21,21,1,11,11,21,1,211,1,11,1,4242424242424242424242424242424242442222jsiHCjiHCHCjiHCjiHCjiHCjiHCHCmjiHCjiHCjiHCjiHCjiHCjiHCHCmjiHCjiHCyyDay

10、yyyriPeyyyyyyPeZyy21,21,1,1,11,11,21,1,211,1,11,1,222222222222222422442222jsiCOjiCOCOjiCOjiCOjiCOjiCOCOmjiCOjiCOjiCOjiCOjiCOjiCOCOmjiHCjiCOyyDayyyyriPeyyyyyyPeZyy2校正公式校正公式1模型的数值求解模型的数值求解 21,21111111112111111442222jsijijijijijitfjijijijijijitfjijiriPePeZ2校正公式校正公式2模型的数值求解模型的数值求解 3固相方程采用一阶中心差分固相方程采用一阶中

11、心差分模型的数值求解模型的数值求解 jiHCjsiHCjiHCfyy,424242jiCOjsiCOjiCOfyy,222jijsijsijsijsijsitsjsijiRiPe212,1,12,1,1,预测和校正方程消去 的点。件，消去 的点。那么可用 替代，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别散的边境条4边境条件的处置边境条件的处置模型的数值求解模型的数值求解 时 0Z1,00,0,224242ioCOiCOoHCiHCyyyy时 01221i时 11 Mi原方程中项为不定项，根据L Hospital法边境条件用一阶中心差分别散，再分别用上述计算框图计算框图求解固相浓度和

12、温度方程求解固相浓度和温度方程操作条件：操作条件：T0,T,Vsp,进口气体组成。进口气体组成。轴径向分段数轴径向分段数N,M求解气相浓度和求解气相浓度和温度校正公式温度校正公式求解气相浓度和求解气相浓度和温度预测公式温度预测公式jN终了终了打印该截面气固相打印该截面气固相浓度和温度分布浓度和温度分布k=0j=0k=0k=1j=j+0.5k=1j=j+0.5k=0否否是是计算实例计算实例 上海石化总厂化工厂采用的氧气法环氧乙烷合上海石化总厂化工厂采用的氧气法环氧乙烷合成道路，属于美国成道路，属于美国SD公司技术。公司技术。环氧乙烷设计消费才干为环氧乙烷设计消费才干为 12万吨万吨/年年中心设备

13、反响器是立式列管固定床反响器，壳体走中心设备反响器是立式列管固定床反响器，壳体走蒸汽，反响的原料气走管内。蒸汽，反响的原料气走管内。反响器特性和操作条件见下表反响器特性和操作条件见下表表表 环氧乙烷合成反响器特性和操作条件环氧乙烷合成反响器特性和操作条件催化剂填充高度催化剂填充高度7.00m反应管内径反应管内径31.3mm列管数列管数8821催化剂外形尺寸催化剂外形尺寸6.52.56mm催化剂装填量催化剂装填量55.44ton空速空速4265.625h1反应压力反应压力2.00MPa原料气进口温度原料气进口温度183.5饱和蒸汽压力饱和蒸汽压力2.45MPa饱和蒸汽温度饱和蒸汽温度225.6进

14、口原料气组成（进口原料气组成（mol-%）ET25.06O27.8EO0.01H2O0.31CH462.1CO24.72空时产率空时产率188.85gEOLcatLcat-1-1hh-1-1选择率选择率81.7%初期催化剂活性校正因子：初期催化剂活性校正因子：0.8077 0.5685续表续表 环氧乙烷合成反响器特性和操作条件环氧乙烷合成反响器特性和操作条件1ORC2ORC模型预测值与工业实践值的比较模型预测值与工业实践值的比较出口气体组成出口气体组成（mol-%）预测值预测值实际值实际值ET22.5622.65O25.225.32EO2.292.21H2O1.331.45CH462.8162

15、.60CO25.795.77出口气体温度（出口气体温度（）228.5228.6空时产率空时产率gEOLcatLcat- -1 1hh-1-1188.851188.856选择率（）选择率（）81.781.7模型预测值与工业实践值的比较模型预测值与工业实践值的比较由图可以看出：由图可以看出：模型预测值与工业模型预测值与工业实践值非常吻合。实践值非常吻合。反响器模型可以准反响器模型可以准确描画反响器内环确描画反响器内环氧乙烷合成过程，氧乙烷合成过程，可以全面反响操作可以全面反响操作条件对反响的影响。条件对反响的影响。 预测值预测值实实际际值值计算结果气相温度分布计算结果气相温度分布 z0.0000.

16、1670.3330.5000.6670.8331.0000.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0183.50221.34228.60229.75229.77229.59229.40229.22229.06228.91228.78183.50221.34228.59229.74229.74229.58229.39229.21229.05228.90228.76183.50221.37228.55229.70229.72229.54229.35229.18229.01228.87228.73183.50221.41228.48229.61229.63229.46229.2

17、7229.10228.94228.80228.66183.50221.48228.40229.51229.52229.36229.18229.01228.85228.71228.58183.50221.57228.31229.38229.40229.24229.06228.90228.75228.61228.49183.50221.68228.23229.27229.29229.13228.96228.80228.65228.52228.40计算结果固相外外表温度分布计算结果固相外外表温度分布 z0.0000.1670.3330.5000.6670.8331.0000.00.10.20.30.

18、40.50.60.70.80.91.0206.00227.64232.81233.28233.11232.74232.37232.05231.75231.48231.23210.29227.19230.19231.33231.15230.89230.63230.40230.19230.00229.82207.68227.48232.13232.65232.41232.08231.75231.45231.19230.94230.72212.01227.04230.35230.72230.56230.34230.11229.91229.72229.55229.39212.30227.02230.3

19、3230.70230.54230.30230.07229.86229.67229.50229.34216.42226.59228.73228.98228.88228.74228.60228.47228.32228.24228.13219.92226.21227.54227.69227.64227.55227.46227.38227.30227.24227.17计算结果气相乙烯浓度分布计算结果气相乙烯浓度分布 z0.0000.1670.3330.5000.6670.8331.0000.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0.25060.24835.24539.24243.

20、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.

21、22558.25060.24835.24539.24243.23961.23695.23444.23205.22979.22764.22558.25060.24835.24539.24243.23961.23695.23444.23205.22979.22764.22558计算结果固相外外表乙烯浓度分布计算结果固相外外表乙烯浓度分布 z0.0000.1670.3330.5000.6670.8331.0000.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0.25030.24798.24493.24198.23919.23656.23407.23171.22947.22733.22

22、529.25023.24799.24499.24204.23925.23661.23412.23175.22950.22736.25532.25027.24798.24495.24200.23921.23658.23409.23172.22948.22734.22530.25021.24799.24501.24206.23926.23662.23413.23176.22951.22737.22533.25020.24799.24501.24206.23927.23663.23413.23176.22951.22737.22533.25013.24801.24506.24211.23921.23

23、667.23416.23179.22954.22740.22536.25006.24802.24509.24214.23934.23669.23419.23182.22956.22742.22537计算结果气相二氧化碳浓度分布计算结果气相二氧化碳浓度分布 z0.0000.1670.3330.5000.6670.8331.0000.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0.04720.04802.04922.05047.05167.05282.05392.05498.05600.05699.05794.04720.04802.04922.05047.05167.05282.05392.05498.05600.05699.05794.04720.04802.04922.05047.05167.05282.05392.05498.05600.05699.05794.04720.04802.04922.05047.05167.05282.05392.