聚氯乙烯(PVC)是世界上使用最廣泛的塑料之一,它在膜、建筑材料、包裝、醫(yī)療器械等方面具有非常重要的作用。而氯乙烯(VCM)是聚氯乙烯的單體,所以氯乙烯的制備是生產(chǎn)聚氯乙烯的前提。現(xiàn)如今,應(yīng)用最廣的氯乙烯工藝主要分為以天然氣為原料的乙烷法、以石油資源為原料的乙烯法和以煤炭為原料的乙炔法三種。在中國(guó)富煤少油的能源形勢(shì)下,以煤化工為基礎(chǔ)的乙炔法成為了中國(guó)生產(chǎn)VCM的主要生產(chǎn)方式。現(xiàn)如今工業(yè)上乙炔法主要使用氯化汞作為活性組分的催化劑,但是隨著《水俁汞防治公約》的簽訂,乙炔法迫切需要使用一種新型綠色催化劑來進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)�，F(xiàn)如今,研究學(xué)者對(duì)新型綠色的催化劑進(jìn)行了大量的研究,但是還未見工業(yè)化研究成果。本文主要針對(duì)所設(shè)計(jì)新型綠色催化劑進(jìn)行研究及其適宜反應(yīng)器的模擬設(shè)計(jì)優(yōu)化,并對(duì)氯乙烯的合成轉(zhuǎn)化工序的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文主要研究?jī)?nèi)容分為以下三個(gè)部分:(1)為將一種活性高,壽命長(zhǎng)的金基催化劑工業(yè)化,對(duì)該催化劑進(jìn)行本征動(dòng)力學(xué)的研究。在合理假設(shè)催化劑的反應(yīng)機(jī)理的條件下,通過使用Langmuir吸附等溫線方程推導(dǎo)出乙炔氫氯化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程,并計(jì)算出了該催化劑在乙炔氫氯化反應(yīng)中所需要的活化能。該方程與實(shí)驗(yàn)值較為接近,證明了假設(shè)的合理性與動(dòng)力學(xué)方程的準(zhǔn)確性,能夠用來模擬工業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行。并且基于所得出的動(dòng)力學(xué)方程,用一維固定床反應(yīng)器模型對(duì)反應(yīng)過程進(jìn)行模擬分析,對(duì)其催化劑床層的溫度和濃度進(jìn)行了模擬,對(duì)實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器提供改良措施。(2)在催化劑工業(yè)化過程中,通過對(duì)乙炔氫氯化反應(yīng)熱力學(xué)的計(jì)算,確定了反應(yīng)的極限。通過反應(yīng)平衡所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)化率和選擇性確定了該反應(yīng)所適宜的反應(yīng)溫度。通過使用Aspen Plus模擬軟件在恒溫反應(yīng)器中對(duì)該催化劑進(jìn)行分析,確定適宜操作條件。分別在絕熱反應(yīng)器和換熱反應(yīng)器中對(duì)乙炔氫氯化反應(yīng)進(jìn)行模擬分析以及優(yōu)化,得出反應(yīng)器的操作條件。針對(duì)工業(yè)現(xiàn)有反應(yīng)器乙炔出口轉(zhuǎn)化率不滿足生產(chǎn)求這一情況,對(duì)反應(yīng)器形式作出改進(jìn),使乙炔最終出口轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上。(3)針對(duì)所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器,對(duì)5萬噸/年電石乙炔法合成氯乙烯的工藝過程進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行物料和能量衡算,在滿足節(jié)能環(huán)保的前提下,對(duì)整個(gè)工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過對(duì)所設(shè)計(jì)的流程優(yōu)化,將原先預(yù)熱所使用的飽和蒸汽替換為反應(yīng)產(chǎn)物,達(dá)到了節(jié)約預(yù)熱器的生產(chǎn)成本和工業(yè)飽和蒸汽的使用量,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過對(duì)氯乙烯生產(chǎn)過程中主要設(shè)備的計(jì)算,為工業(yè)設(shè)備制造提供了數(shù)據(jù)參考。
【學(xué)位單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ426;TQ222.423
【部分圖文】：

圖 2-1 金基催化劑性能測(cè)試Fig.2-1 Conversion of acetylene of catalystsction condition: Temperature(T)=180℃；V(HCl):V(C2H2)(I)GHSV=360h-1;(II)GHSV=180h-1;(III)GHSV=36h-1對(duì)該金基催化劑在乙炔氫氯化反應(yīng)中的壽命進(jìn)行 1 可知，在前 470 小時(shí)，該催化劑的初始轉(zhuǎn)化炔轉(zhuǎn)化率逐漸降低。當(dāng)轉(zhuǎn)化率低至 55%左右時(shí)，化率上升到 80%以上，在 180h-1空速下反應(yīng) 45左右。然后再將乙炔空速減小至 36h-1，乙炔的轉(zhuǎn)行，在反應(yīng)了 1312 小時(shí)后，催化劑的轉(zhuǎn)化率降低對(duì)氯乙烯的選擇性幾乎沒有變化。評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)流程氯化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)通過實(shí)驗(yàn)室自制的微型固。反應(yīng)的溫度通過溫度控制儀和溫度顯示儀控制。為防止反應(yīng)裝置其他氣體雜質(zhì)對(duì)反應(yīng)的影響，

圖 2-2 催化劑性能評(píng)價(jià)裝置示意圖Fig.2-2 Catalyst experimental setup1. 氯化氫；2.乙炔；3、4.鋼瓶總閥；5、6.減壓閥；7、9.過濾器；8、10.質(zhì)量流量計(jì)；11.反應(yīng)器；12.吸收瓶2.4.2 催化劑性能評(píng)價(jià)計(jì)算反應(yīng)后乙炔的轉(zhuǎn)化率（AX ）和氯乙烯的選擇性（VCMS ）使用下式計(jì)算：00100%A AAAXφ φφ = ×100%1VCMVCMASφφ= × 在上述公式中，A0φ 表示在反應(yīng)氣中乙炔的摩爾分?jǐn)?shù)，Aφ 表示反應(yīng)產(chǎn)物中乙炔摩爾，VCMφ 表示反應(yīng)產(chǎn)物中氯乙烯的摩爾分?jǐn)?shù)。在動(dòng)力學(xué)計(jì)算中，分別測(cè)定在 383，403，423，443K 各溫度下,乙炔轉(zhuǎn)化率隨空時(shí)，w/FA值和乙炔氯化氫配比的變化，將其所測(cè)得的具體數(shù)值代入所得的動(dòng)力學(xué)公式中，利

圖 3-1 內(nèi)擴(kuò)散的消除Fig.3-1 Elimination of internal diffusion擴(kuò)散有效因子計(jì)算：分為兩種形式[60]：當(dāng)λ/2r≤10-2時(shí)，此時(shí)的內(nèi)擴(kuò)散時(shí)內(nèi)擴(kuò)散被稱為努森擴(kuò)散。在努森擴(kuò)散這種情況下孔半徑 r 有關(guān)。D 可按下式估算：D = 9.7 10 r T M由程 λ 可用下式計(jì)算：cm為 Pa0.1013MPa 下氣體分子的平均自由程近似等于 10λr=103.04 10= 32.89 > 10催化劑顆粒內(nèi)的擴(kuò)散屬于努森擴(kuò)散，其擴(kuò)散系數(shù)D = 9700 (1.02 10 )45326= 0.01724 cm /D =V ρ D= 0.87 0.01724ρ
【參考文獻(xiàn)】

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