邻二甲苯制苯酐反应器数值模拟及飞温研究

发布时间：2020-10-29 22:04

　　 苯酐是一种重要的有机化工原料,广泛应用于增塑剂、不饱和树脂、聚酯和染料的生产。工业制苯酐为强放热反应,由于反应器的参数敏感特性,产生的高温、高压可能导致反应器发生爆炸性的破坏,造成严重的环境污染。本文以邻二甲苯制苯酐反应器为研究对象,运用数值分析方法,对反应器内物理场的分布、影响因素以及临界飞温状态下物理场的分布特点进行了模拟。在稳定的操作条件下,在反应器的前1/3管段左右,关键组分浓度梯度和温度梯度变化较大,是邻二甲苯制苯酐的主反应区;而后2/3管段主要用作提高苯酐收率。针对以上物理场分布特点,采用模拟瞬时选择性评价反应管的设计长度更合理。通过改变进料温度、空速、冷却熔盐温度大小,分析了苯酐收率和热点分布变化规律。可知,进料温度和空速是非敏感操作参数,冷却熔盐温度是敏感操作参数。在操作中应严格控制冷却熔盐的温度波动范围,防止反应器飞温。在此基础上,以热点节点温度为参照,通过改变冷却熔盐温度控制反应器内热点大小,探究了临界飞温状态下反应器内温度场变化规律。在临界飞温状态下,反应器的径向温差较大,且径向最大温差与换热温差沿轴向的变化趋势一致,而前者变化速率更快,易于造成温度的飞升。反应器内温度轴向分布曲线呈现大幅重合,且在热点附近有所跃升。热点处是反应器内最敏感点,轴向温增最容易打破热点处的热平衡。该反应器的飞温机理不仅仅是随着温度升高由产热速率增大造成,更多是随反应温度的增加产热方式转变而导致。在非敏感温度区域,以部分氧化反应产热为主导。当温度达到一定的节点限度,激发深度氧化反应,进而诱发深度氧化反应产热。深度氧化反应产热的能力强于部分氧化反应的产热能力,热量的积聚使得产热速率呈现出指数爆炸的特点,致使飞温,此时反应器内的过氧化产物明显增多。
【学位单位】：延安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ245.23
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 苯酐的性质、用途和生产现状
    1.2 邻二甲苯制苯酐的工业生产
        1.2.1 邻二甲苯氧化制苯酐的催化剂
        1.2.2 邻二甲苯制苯酐催化剂的装填工艺
    1.3 邻二甲苯制苯酐的反应器
    1.4 影响管式反应器结果的因素
    1.5 反应器飞温研究现状
    1.6 化学反应体系的工程分析
        1.6.1 反应体系的化学计量学分析
        1.6.2 反应体系的化学平衡分析
        1.6.3 工程反应动力学及其数学描述
    1.7 气固相反应和反应器分析
        1.7.1 气固相反应分析
        1.7.2 气固相反应器的选型
    1.8 化学反应工程数学模型的建立与求解
        1.8.1 化学反应工程数学模型的建立
        1.8.2 化学反应工程数学模型的求解
    1.9 本文的研究意义与创新点
第二章 邻二甲苯制苯酐反应器的数值模拟过程
    2.1 化学反应机理分析
        2.1.1 热力学分析
        2.1.2 动力学分析
    2.2 反应器数学模型的建立
        2.2.1 模型的假设
        2.2.2 模型的推导
        2.2.3 模型方程组的建立
    2.3 反应器模拟数据
第三章 邻二甲苯制苯酐反应器的数值模拟结果
    3.1 操作模拟分布
        3.1.1 温度模拟分布
        3.1.2 关键组分浓度和苯酐收率模拟分布
        3.1.3 苯酐平均选择性和瞬时选择性模拟分布
    3.2 影响因素模拟分布
        3.2.1 空速变化对反应进程的影响
        3.2.2 进料温度对反应进程的影响
        3.2.3 冷却熔盐温度对反应进程的影响
    3.3 临界飞温状态下的反应进程模拟
        3.3.1 临界飞温下的轴向温度分布
        3.3.2 临界飞温下的径向温差和换热温差轴向分布
        3.3.3 临界飞温下反应管中心温度的轴向分布
        3.3.4 反应器飞温的机理分析
第四章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
参考文献
致谢

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本文编号：2861520