苯酐是一種重要的有機化工原料,廣泛應用于增塑劑、不飽和樹脂、聚酯和染料的生產。工業(yè)制苯酐為強放熱反應,由于反應器的參數(shù)敏感特性,產生的高溫、高壓可能導致反應器發(fā)生爆炸性的破壞,造成嚴重的環(huán)境污染。本文以鄰二甲苯制苯酐反應器為研究對象,運用數(shù)值分析方法,對反應器內物理場的分布、影響因素以及臨界飛溫狀態(tài)下物理場的分布特點進行了模擬。在穩(wěn)定的操作條件下,在反應器的前1/3管段左右,關鍵組分濃度梯度和溫度梯度變化較大,是鄰二甲苯制苯酐的主反應區(qū);而后2/3管段主要用作提高苯酐收率。針對以上物理場分布特點,采用模擬瞬時選擇性評價反應管的設計長度更合理。通過改變進料溫度、空速、冷卻熔鹽溫度大小,分析了苯酐收率和熱點分布變化規(guī)律�？芍�,進料溫度和空速是非敏感操作參數(shù),冷卻熔鹽溫度是敏感操作參數(shù)。在操作中應嚴格控制冷卻熔鹽的溫度波動范圍,防止反應器飛溫。在此基礎上,以熱點節(jié)點溫度為參照,通過改變冷卻熔鹽溫度控制反應器內熱點大小,探究了臨界飛溫狀態(tài)下反應器內溫度場變化規(guī)律。在臨界飛溫狀態(tài)下,反應器的徑向溫差較大,且徑向最大溫差與換熱溫差沿軸向的變化趨勢一致,而前者變化速率更快,易于造成溫度的飛升。反應器內溫度軸向分布曲線呈現(xiàn)大幅重合,且在熱點附近有所躍升。熱點處是反應器內最敏感點,軸向溫增最容易打破熱點處的熱平衡。該反應器的飛溫機理不僅僅是隨著溫度升高由產熱速率增大造成,更多是隨反應溫度的增加產熱方式轉變而導致。在非敏感溫度區(qū)域,以部分氧化反應產熱為主導。當溫度達到一定的節(jié)點限度,激發(fā)深度氧化反應,進而誘發(fā)深度氧化反應產熱。深度氧化反應產熱的能力強于部分氧化反應的產熱能力,熱量的積聚使得產熱速率呈現(xiàn)出指數(shù)爆炸的特點,致使飛溫,此時反應器內的過氧化產物明顯增多。
【學位單位】：延安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ245.23
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 苯酐的性質、用途和生產現(xiàn)狀
    1.2 鄰二甲苯制苯酐的工業(yè)生產
        1.2.1 鄰二甲苯氧化制苯酐的催化劑
        1.2.2 鄰二甲苯制苯酐催化劑的裝填工藝
    1.3 鄰二甲苯制苯酐的反應器
    1.4 影響管式反應器結果的因素
    1.5 反應器飛溫研究現(xiàn)狀
    1.6 化學反應體系的工程分析
        1.6.1 反應體系的化學計量學分析
        1.6.2 反應體系的化學平衡分析
        1.6.3 工程反應動力學及其數(shù)學描述
    1.7 氣固相反應和反應器分析
        1.7.1 氣固相反應分析
        1.7.2 氣固相反應器的選型
    1.8 化學反應工程數(shù)學模型的建立與求解
        1.8.1 化學反應工程數(shù)學模型的建立
        1.8.2 化學反應工程數(shù)學模型的求解
    1.9 本文的研究意義與創(chuàng)新點
第二章 鄰二甲苯制苯酐反應器的數(shù)值模擬過程
    2.1 化學反應機理分析
        2.1.1 熱力學分析
        2.1.2 動力學分析
    2.2 反應器數(shù)學模型的建立
        2.2.1 模型的假設
        2.2.2 模型的推導
        2.2.3 模型方程組的建立
    2.3 反應器模擬數(shù)據
第三章 鄰二甲苯制苯酐反應器的數(shù)值模擬結果
    3.1 操作模擬分布
        3.1.1 溫度模擬分布
        3.1.2 關鍵組分濃度和苯酐收率模擬分布
        3.1.3 苯酐平均選擇性和瞬時選擇性模擬分布
    3.2 影響因素模擬分布
        3.2.1 空速變化對反應進程的影響
        3.2.2 進料溫度對反應進程的影響
        3.2.3 冷卻熔鹽溫度對反應進程的影響
    3.3 臨界飛溫狀態(tài)下的反應進程模擬
        3.3.1 臨界飛溫下的軸向溫度分布
        3.3.2 臨界飛溫下的徑向溫差和換熱溫差軸向分布
        3.3.3 臨界飛溫下反應管中心溫度的軸向分布
        3.3.4 反應器飛溫的機理分析
第四章 結論與展望
    4.1 結論
    4.2 展望
參考文獻
致謝

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本文編號：2861520