合成气制乙二醇羰基化反应器数值模拟

发布时间：2023-09-13 23:51

　　一氧化碳与亚硝酸甲酯生成草酸二甲酯的羰基化反应器是合成气制乙二醇工业中的重要设备之一。论文对列管式羰基化反应器及径向流拟等温羰基化反应器进行了数值模拟与分析,开展了工艺优化研究,探讨了径向流反应器的设计方法,并给出了年产10万吨草酸二甲酯的径向流拟等温反应器的设计方案。使用COMSOL Multiphysics软件对列管式反应器进行模拟,并考察各工艺条件对反应的影响。结果表明,床层进口温度及冷却介质温度的升高有助于提升亚硝酸甲酯转化率及草酸二甲酯产率,但对热点温度有不利影响;空速的适当增加会增大床层压降、降低反应物的转化率,但能够提升总产量,同时有利于降低热点温度;小管径反应管对温度的控制能力更强,更能够保持反应的安全高效。建立冷模模型对错流流动、传热规律进行模拟研究,结果与冷模试验数据相吻合。在此基础上建立了径向流拟等温反应器二维模型,重点研究了换热管管径和布置方式对床层温度、压力分布的影响。结果表明,进口温度越高、速度越慢,进口绝热层越薄;布管区换热能力和管心距与管径之比负相关;单排换热管对间隙位置温度控制能力有限,换热管双排布置是解决床层温度不均匀的有效手段;双排布置时小管径换热...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
前言
第1章 文献综述
    1.1 乙二醇及其生产路线概述
        1.1.1 乙二醇概述
        1.1.2 乙二醇的生产路线
    1.2 亚硝酸甲酯的羰基化反应
        1.2.1 羰基化反应主要原料及产物概述
        1.2.2 羰基化反应过程
        1.2.3 羰基化反应催化剂
        1.2.4 羰基化反应机理
        1.2.5 羰基化反应操作条件
    1.3 反应器概述
        1.3.1 轴向流反应器
        1.3.2 径向流反应器
    1.4 模拟计算概述
        1.4.1 计算流体力学
        1.4.2 COMSOL Multiphysics软件
    1.5 本章小结
第2章 轴向流列管式羰基化反应器二维模拟
    2.1 反应动力学选择与分析
        2.1.1 反应动力学方程选择
        2.1.2 反应动力学方程分析
    2.2 反应器结构及二维轴对称床层模型
        2.2.1 反应器结构
        2.2.2 二维轴对称床层模型
    2.3 网格划分
    2.4 反应器床层数学模型
        2.4.1 简化方法
        2.4.2 控制方程
        2.4.3 边界条件
        2.4.4 化学反应动力学
        2.4.5 化学反应热力学
        2.4.6 求解器配置
    2.5 工艺条件
    2.6 结果与讨论
        2.6.1 目标工艺条件计算结果
        2.6.2 工艺条件对亚硝酸甲酯羰基化反应的影响
    2.7 本章小结
第3章 径向流拟等温羰基化反应器床层二维模拟
    3.1 错流换热规律研究
        3.1.1 冷模试验床层结构模型及网格划分
        3.1.2 冷模试验床层数学模型
        3.1.3 冷模试验床层结构参数及工艺条件
        3.1.4 结果对比与规律研究
    3.2 反应器结构及径向流床层二维模型
        3.2.1 反应器结构
        3.2.2 二维径向床层物理模型
    3.3 网格划分
    3.4 二维径向床层数学模型
        3.4.1 简化方法
        3.4.2 控制方程
        3.4.3 边界条件
        3.4.4 化学反应动力学
        3.4.5 化学反应热力学
        3.4.6 求解器配置
    3.5 工艺条件
    3.6 结果与讨论
        3.6.1 进口绝热层厚度
        3.6.2 单排管布置
        3.6.3 双排管布置
        3.6.4 总体布置
    3.7 本章小结
第4章 10万吨/年径向流拟等温羰基化反应器的模拟
    4.1 目的和意义
    4.2 反应器设计模拟
    4.3 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的研究成果
致谢



本文编号：3846144