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合成氨反应器及工艺流程的模拟计算

合成氨反应器及工艺流程的模拟计算

作者：陈倩倩华东理工大学

学位级别：硕士

本文应用大型流程模拟软件Aspen Plus对合成氨工艺流程中氨合成回路进行模拟计算,对回路模拟所需物系的热力学性质进行校核,并建立了各单元设备的模型。然后,使用Aspen Plus对氨合成系统平衡组成进行模拟计算,并建立合适的动力学模型对... 详细信息

本文应用大型流程模拟软件Aspen Plus对合成氨工艺流程中氨合成回路进行模拟计算,对回路模拟所需物系的热力学性质进行校核,并建立了各单元设备的模型。然后,使用Aspen Plus对氨合成系统平衡组成进行模拟计算,并建立合适的动力学模型对布朗氨合成塔及托普索氨合成塔进行模拟计算,模拟结果与工业值符合良好。随后,对氨合成塔主要操作变量进行了灵敏度分析,研究了合成压力、进口温度、空速、氢氮比及惰性气体含量对氨合成反应的影响,确定了最佳操作参数。在此基础上,建立了15MPa氨合成布朗流程及托普索流程模拟系统,并对15MPa下布朗流程合成塔进口温度进行优化,优化温度后最终氨产量相对提高3.5%。建立了10MPa下布朗氨合成回路流程模拟系统,模拟结果与15MPa相比出口氨浓度相对下降了20.21%,表明了铁系催化剂低压操作活性较低的局限性,提出钌基催化剂研究的必要性。最后对钌基催化剂适合工艺条件进行了探索研究,提出钌基催化剂最适反应条件并建立不同压力下侧线流程模拟系统,在同样的操作条件下,钌系催化剂最佳反应温度比铁系催化剂低20～30℃,相对活性比铁系催化剂高约40.8%,充分证明了钌基催化剂低温低压高活性的优越性。

关键词：氨合成回路平衡组成反应器模拟流程模拟钌基催化剂

沸石催化剂上苯与乙烯烷基化反应宏观动力学及反应器模拟

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北京服装学院学报（自然科学版） 2000年第2期20卷 31-39页

作者：杜迎春张吉瑞北京服装学院化工研究所北京100029

利用已得到的β沸石催化剂上苯与乙烯烷基化反应本征动力学模型，用内扩散有效因子校正内扩散影响，有关关联式计算外扩散传质系数，采用Ｓｏａｖｅ模型估算加压下气液相界面上乙烯的液相平衡，对以纯乙烯为原料１．５万ｔ／ａ乙苯和... 详细信息

利用已得到的β沸石催化剂上苯与乙烯烷基化反应本征动力学模型，用内扩散有效因子校正内扩散影响，有关关联式计算外扩散传质系数，采用Ｓｏａｖｅ模型估算加压下气液相界面上乙烯的液相平衡，对以纯乙烯为原料１．５万ｔ／ａ乙苯和以催化裂化干气为原料１０万ｔ／ａ乙苯的并流鼓泡床工业反应器进行了模拟计算．

关键词：乙苯沸石催化剂烷基化反应器模拟乙烯

乙烯环氧化制环氧乙烷的微观和宏观反应动力学研究

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乙烯环氧化制环氧乙烷的微观和宏观反应动力学研究

作者：文启星北京化工大学

学位级别：硕士

环氧乙烷是仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要乙烯衍生物,工业上环氧乙烷的生产采用银催化剂上乙烯和氧气直接氧化工艺。然而,理想的乙烯选择性环氧化成环氧乙烷伴随着热力学上非常有利的副反应,这些副反应对实现环氧乙烷的高选择性和安全... 详细信息

环氧乙烷是仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要乙烯衍生物,工业上环氧乙烷的生产采用银催化剂上乙烯和氧气直接氧化工艺。然而,理想的乙烯选择性环氧化成环氧乙烷伴随着热力学上非常有利的副反应,这些副反应对实现环氧乙烷的高选择性和安全生产带来了巨大挑战。工业生产上为了获得更高的经济效益和安全生产,主要从两个方向改进银催化剂上乙烯环氧化制环氧乙烷的生产:1)研发兼具高活性、高选择性和高稳定性的新型银基催化剂;2)优化乙烯环氧化的生产工艺,寻找最优的操作条件,实现安全生产和经济效益的最大化。基于上述两个改进方向,本文通过乙烯环氧化的微观和宏观反应动力学分别研究了新型银基催化剂的设计和反应器模拟的指导应用。主要研究内容如下:(1)通过第一性原理计算、经典Wulff Construction理论和微观反应动力学分析,提出一种颗粒模型上预测催化剂性能的策略。应用于乙烯环氧化制环氧乙烷的新型掺杂银基催化剂的设计,发现Cu、Cs Re、Cs Cu、Co Cu、Co Cs和Re Cu掺杂银颗粒模型选择性均优于Pure银颗粒模型。此外,Pure、Cu、Re Cu、Cu Cs和Cs Re掺杂银基催化剂倾向于在氧重构Orec Ag(111)面上生成主副反应产物,而Co Cu和Co Cs掺杂银基催化剂倾向于在氧重构Orec Ag(100)面上生成主副反应产物。(2)通过理论设计指导实验设计Cu Cs掺杂银基催化剂。理论部分探究了两种金属表面且不同温度下催化剂的催化性能,预测到颗粒模型上Cu Cs掺杂银基催化剂选择性和活性均优于纯银催化剂。而实验部分验证了理论预测结果。此外,表征分析表明Cu Cs掺杂促进银颗粒的生长和分散,生成一种有益催化性能的富晶界银颗粒。Cu Cs掺杂促进亲电氧的形成和吸附环氧乙烷的脱附,这有益于环氧乙烷的选择性。(3)通过工业数据和优化修正方法优选出可工业应用的乙烯环氧化宏观反应动力学模型。此外,基于优选模型和工业反应条件进行反应器模拟分析,模拟结果表明原料气入口组分乙烯和氧气的摩尔分率的增加,以及移热介质温度的提高,反应器床层温度升高,生产负荷提高。而空速增大,反应器床层温度降低。原料气入口温度对反应器性能的影响较小。

关键词：乙烯环氧化微观反应动力学银基催化剂宏观反应动力学反应器模拟

催化氧化1,2-二氯乙烷动力学及绝热式固定床模拟

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高校化学工程学报 2020年第1期34卷 125-135页

作者：崔少波崔咪芬陈献汤吉海费兆阳乔旭南京工业大学化工学院江苏南京211816 南京工业大学材料化学工程国家重点实验室江苏南京211816

采用实验室研发的金属氧化物修饰的分子筛催化剂用于催化氧化含1,2-二氯乙烷(DCE)的反应体系,进行动力学研究和工业规模绝热单段和多段固定床反应器模拟。采用3段控温的固定床反应器,在320~420℃宽温度范围内,0~1244.44 g·h·mol^-1进... 详细信息

采用实验室研发的金属氧化物修饰的分子筛催化剂用于催化氧化含1,2-二氯乙烷(DCE)的反应体系,进行动力学研究和工业规模绝热单段和多段固定床反应器模拟。采用3段控温的固定床反应器,在320~420℃宽温度范围内,0~1244.44 g·h·mol^-1进料质量空时的条件下采集DCE催化氧化反应动力学数据。通过对DCE催化氧化的反应步骤分析并结合反应产物组成,提出了将DCE及两种生成量相对较多的氯乙烯(VC)及四氯乙烯(PCE)作为关键组分、忽略了产物中微量的其它含氯烯烃的复杂反应网络,建立反应动力学模型。通过Matlab非线性最小二乘法对实验数据进行了拟合,得到了各反应的动力学参数。同时,采用拟均相一维模型模拟了间接换热和原料冷激式换热方式下,不同气体进料量和不同DCE进料浓度的转化率分布和轴向温度分布。结果表明:拟合结果与动力学实验数据吻合良好,建立的动力学模型对DCE催化氧化的反应高度适定。研究结果对DCE尾气催化氧化工业规模反应器设计具有指导意义,对于处理不同浓度的废气所需的换热方式选择具有参考价值。

关键词：动力学 1,2-二氯乙烷催化氧化绝热式固定床反应器模拟

热等离子体裂解煤一步法制乙炔关键技术及过程经济性分析

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化工学报 2010年第7期61卷 1636-1644页

作者：吴昌宁颜彬航章莉双玥金涌程易清华大学化学工程系北京市绿色反应工程与工艺重点实验室北京100084

热等离子体裂解煤一步法制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条绿色、清洁和高效率的转化途径。基于兆瓦级热等离子体裂解煤反应器的研发,概述了已有的基础和工程研究成果,并重点从高效气固混合、结焦控制以及反应器优化与放大3个方... 详细信息

热等离子体裂解煤一步法制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条绿色、清洁和高效率的转化途径。基于兆瓦级热等离子体裂解煤反应器的研发,概述了已有的基础和工程研究成果,并重点从高效气固混合、结焦控制以及反应器优化与放大3个方面探讨了反应器的一些关键技术问题。从反应系统角度出发,基于对该过程的物料、能量衡算和经济效益分析结果,指出能量和物料的综合利用是该过程经济性的保证。

关键词：热等离子体煤裂解乙炔气固混合结焦反应器模拟经济评价

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进气氧浓度对PX氧化反应器的影响

化学反应工程与工艺 2005年第4期21卷 340-344页

作者：王勤波陈筱金李希徐海波浙江大学化工系浙江杭州310027 上海石化股份有限公司涤纶部上海210540

以对二甲苯(PX)液相催化氧化反应器的连续鼓泡釜模型,对尾氧浓度保持3.5%时不同进气氧浓度下的反应器进行了模拟。模拟计算发现反应温度随着进气氧浓度的增加而升高,可以通过减少塔顶抽出水量或降低反应压力维持反应釜温度不变。较高的... 详细信息

以对二甲苯(PX)液相催化氧化反应器的连续鼓泡釜模型,对尾氧浓度保持3.5%时不同进气氧浓度下的反应器进行了模拟。模拟计算发现反应温度随着进气氧浓度的增加而升高,可以通过减少塔顶抽出水量或降低反应压力维持反应釜温度不变。较高的氧浓度进气对反应器操作的影响主要表现在温度效应和浓度效应上,温度效应使得主反应的速率增加,浓度效应却降低主反应的速率。随着进气氧浓度的增加,温度效应和浓度效应共同作用的结果是氧化反应器的生产能力先增大后减小,因此存在一个适宜的进气氧浓度,由计算得到为26.6%。

关键词：对二甲苯氧化对苯二甲酸氧浓度反应器模拟

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富氧条件下对二甲苯氧化反应器的氧浓度分布

石油化工 2004年第7期33卷 627-631页

作者：谢刚李希浙江大学化学工程与生物工程学系浙江杭州310027

采用轴向分散模型模拟计算了工业对二甲苯氧化反应器内的气液相氧浓度分布,考察了富氧进气(进气中氧的摩尔分数为21％-27％)对于该分布的影响。结果表明,反应器内气相氧的浓度分布存在一定的梯度,其值沿塔高单调递减;空气进气时,气相氧... 详细信息

采用轴向分散模型模拟计算了工业对二甲苯氧化反应器内的气液相氧浓度分布,考察了富氧进气(进气中氧的摩尔分数为21％-27％)对于该分布的影响。结果表明,反应器内气相氧的浓度分布存在一定的梯度,其值沿塔高单调递减;空气进气时,气相氧摩尔分数最大值为最小值的1.64倍;若保持尾气氧含量不变,则采用富氧进气后,气、液相氧含量有所降低。气相氧含量的降低说明操作安全性不受影响,而液相氧含量的降低则导致反应结果恶化。

关键词：富氧工艺反应器模拟对二甲苯氧化氧浓度分布

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合成气甲烷化反应器模拟和工艺条件优化

化工管理 2016年第3期 185-185,187页

作者：王金艳内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350

随着社会经济的发展,对能源应用的多样性需求也越来越强烈,天然气具有高效、环保和节能的特点,是理想的工业和民用能源。甲烷是天然气的主要有效成分,通过分析和简化天然气合成技术中甲烷化工艺流程,实现反应器模拟和工艺条件优化,是本... 详细信息

随着社会经济的发展,对能源应用的多样性需求也越来越强烈,天然气具有高效、环保和节能的特点,是理想的工业和民用能源。甲烷是天然气的主要有效成分,通过分析和简化天然气合成技术中甲烷化工艺流程,实现反应器模拟和工艺条件优化,是本文的主要研究目的。本文以下针对合成甲烷化反应动力学模型中的甲烷化反应展开研究,对反应平衡常数进行必要的计算、调整,考察反应器不同操作参数对床层的影响,为工业化反应器的设计提供有效的支持。

关键词：合成气甲烷化反应器模拟工艺条件

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用于四氯化钛生产的组合式流化床的模拟

化工学报 2004年第9期55卷 1459-1468页

作者：徐聪袁章福中国科学院过程工程研究所北京100080

组合式流化床是一种将提升管和湍床串联使用的新型反应器 ,适合于所需单程反应时间较长且需颗粒间、气固间作用力较大———防黏结、提高传质效率等的气固反应体系 .通过数学模型模拟研究了提升管预热方式、氧气初始浓度、初始炭矿比对... 详细信息

组合式流化床是一种将提升管和湍床串联使用的新型反应器 ,适合于所需单程反应时间较长且需颗粒间、气固间作用力较大———防黏结、提高传质效率等的气固反应体系 .通过数学模型模拟研究了提升管预热方式、氧气初始浓度、初始炭矿比对用于四氯化钛生产的组合式流化床的反应特征和反应性质的影响 ,其中颗粒沿轴向的粒径分布变化通过粒子数平衡模型进行描述 .模拟指出 :富钛料主要的转化在湍床中进行 ;焦炭颗粒的燃烧反应存在“着火”温度 (约 873K) ;氧气初始浓度和富钛料初始含量的增加能够增大富钛料的转化量 ,但氧气初始浓度达到一定程度 (3 0mol·m-3 )后已不能有效增加富钛料转化量 ;氧气和氯气初始浓度高于某一数值时 ,在合适的氯化温度范围内 (973～ 1373K) ,湍床才存在稳定的操作温度点 .

关键词：组合式流化床四氯化钛粒径分布反应器模拟