催化反应工程(华东理工大学) 第五章2 环氧乙烷合成反应器
化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
化学反应工程_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对简单不可逆二级反应，根据要求的处理量、初浓度和转化率，所需的反应器体积最小。
参考答案:平推流2.工业反应过程优化的决策变量包括参考答案:操作方式_工艺条件_结构变量3.均相反应应该满足下述哪2个条件？参考答案:反应体系互溶_预混合过程很快4.对串联反应而言，存在一个最优反应温度使反应产物收率最大。
参考答案:错误5.化学反应工程的研究方法是经验放大方法参考答案:错误6.连续流动釜式反应器中物料浓度和温度处处相等，并且等于反应器进口物料的浓度和温度。
参考答案:错误7.理想间歇反应器中搅拌越激烈，混合越均匀，则反应速率越快。
参考答案:错误8.化学反应的前提是参与反应的所有物料达到分子尺度上的均匀，成为均一的气相或液相。
参考答案:错误9.产生返混的原因是参考答案:不均匀的速度分布_空间上的反向流动10.限制返混的措施包括参考答案:横向分割_纵向分割11.化学反应工程的研究对象是以化学实验室中进行的化学反应过程。
参考答案:错误12.化学反应工程优化的技术指标是参考答案:反应选择率_能耗_反应速率13.活化能E与反应的热效应相关，活化能大的反应其反应热也大。
参考答案:错误14.零级反应的重要特征是反应时间由残余浓度决定，与初始浓度关系不大。
参考答案:错误15.可逆放热反应的最优温度随转化率xA变大而增大。
参考答案:错误16.限制返混的措施是分割，主要是横向分割。
参考答案:正确17.理想管式反应器的径向具有严格均匀的速度分布，也就是在径向不存在浓度变化，所以反应速率随空间位置的变化将只限于轴向。
参考答案:正确18.对自催化反应A+P®P+S而言，必定存在最优反应时间使反应的转化率最大。
参考答案:错误19.小于1级的简单不可逆反应，反应转化率可以在有限时间里达到100%。
参考答案:正确20.空速1000（1/h)表示每小时能够处理的进口物料体积为反应器体积的1000倍。
催化反应工程华东理工大学 第一二次课.ppt
３．移热问题 ４．反应速率与活性温度
催化反应工程
流态化技术
１．气体分布２．颗粒的流动特性３．特征流速 ４．床层的膨胀与压降５．气泡行为６．乳相行为 ７流化床的热、质传递８．颗粒夹带与分离９．数学模型
催化反应工程
教材
1. 朱炳辰，翁惠新，朱子彬编著. 催化反应工程，北京：中国 石化出版社，2001
２．加氢裂化反应器
３．催化重整反应器
催化反应工程
催化反应工程
三．基本有机化工中的催化反应器
平行 连串 平行连串反应系统
温度
反应器进口气体组成，操作压力，操作温度， 产量
１．深度氧化的副反应，活化能大于主反应，反应热大于主反应的；
降低温度有利，若温度高，副反应加剧，飞温，可能烧坏
催化剂，反应器
２．平衡常数与温度的关系 若在某一温度下，平衡常数小，可提高操作压力
参考书目
1. 朱开红，袁渭康编著. 化学反应工程分析，北京：高等教育 出版社，2002
2．G F Froment, K B Bischoff. Chemical Reactor Analysis and Design 2nd ed. New York: Wkley&Sons, 1990
催化反应工程
kt
1 CA
1 C A0
1 C A0
1
x
x
、C
A
C A0 1 C A0kt
x C A0kt 1 C A0kt
Batch
kt
n0
CA
kt
n 1
CA
kt
n2
CA
PFR
k p
CAf
k p
生产环氧乙烷的反应器和操作条件
列管式固定床反应器结构与材料 外壳——普通碳钢； 列管——无缝不锈钢管(管内与反应气接触)，管内放置催化剂，管间走冷介质； 管数——依生产能力而定，百根乃至数万根。例如，有的管长3~6米或更长。
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
84k① 低温100℃，反应产物几乎是环氧乙烷，选择近100%，但反应速率较慢， 转化率很低；
② 随反应温度提高，转化率增加，选择性降低。 超过300℃时，反应产物几乎全部为CO2和水，缩短催化剂寿命。
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
2）反应压力 工业上，大多采用加压氧化法，操作压力为1.0～3.0 MPa
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
② 乙烯氧气配比 乙烯的爆炸极限(φ%)
空气中：3.05%~28.6% 氧气中：2.7%～80%
进入反应器原料气的组成配比取决于氧化剂类型。
空气： 大量N2存在时，CH2=CH2 : O2= 5% : 6% 纯O2： CH2=CH2 : O2 =~25%：8%，需用CH4，N2等稀释。 当CO2存在时，反应体系爆炸极限变窄！有利
进口 原料气
换热
出口尾气 (反应产物) (＞460℃)
进口原料气体温度升高 达到”自爆”
防止“尾烧”措施 催化剂强度足够(保证长期运转不粉化）； 反应器出口处采取冷却措施； 保证反应器管间加压换热介质的液位，
处在反应管所装填的催化剂之上。
4.17 生产环氧乙烷的反应器及操作条件
2. 操作条件对乙烯环氧化反应的影响
原料气(乙烯+氧气)
（2）列管式固定床反应器特点
存在热点温度和尾烧等现象。
2012年反应工程课程设计任务书环氧乙烷的反应器设计
河南城建学院《反应工程》课程设计任务书专业：姓名：学号：指导教师：化学与化学工程系2012年5月一、设计时间及地点1、设计时间：2012年5月28日——6月8日具体安排：2012年5月28日上午教师组织学生分组，布置课程设计任务2012年5月28日下午学生开始查阅资料，整理资料，理出设计思路2012年5月29日开始学生在教师指导下开始进行课程设计计算2012年6月5日开始学生在教师指导下编写设计说明书并绘制图纸2012年6月8日上午分组进行答辩2、设计地点：9#楼C—509教室二、设计目的和要求通过课程设计，要求更加熟悉工程设计基本内容，掌握化学反应器设计的主要程序及方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力、独立工作和创新能力。
三、设计题目和内容设计题目：年产5700吨的银催化氧化乙烯合成环氧乙烷的反应器设计设计条件：银催化氧化乙烯合成环氧乙烷。
表1 原料气的组成生产规模：5700吨/年原料进入反应器的温度为210°C反应温度为250°C反应压力为1MPa乙烯转化率为23.5%；选择性为65%；空速为5000h-1年工作时间7200小时反应产物分离后回收率为90%四、设计方法和步骤1、设计方案简介根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，初步确定工艺流程。
对选定的工艺流程、主要设备的型式以及数值积分计算等进行简要的论述。
2、主要设备的工艺设计计算①反应的物料衡算、热量衡算②催化剂床层高度计算3、典型辅助设备的选型和计算:包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定4、制图：①绘制带控制点的工艺流程图②绘制主体设备图5、编写设计说明书五、设计成果的编制本课程的设计任务要求学生做设计说明书1份、图纸2张。
各部分具体要求如下：（一）设计说明书的内容与顺序：1、封面（包括题目、学生班级、学生姓名、指导教师姓名等）2、设计任务书3、目录4、正文4.1 绪论：工艺生产技术方法及进展，反应动力学概述、设计任务的意义、设计结果简述4.2 设计方案简介4.3 物料流程图及说明4.4 设计计算说明书（包括装置的工艺计算：物料衡算、热量衡算，反应器床层计算）4.5 装置流程图（带控制点的工艺流程图和主体设备图）及其说明4.6 设计结果概要4.7 设计体会及今后的改进意见5、参考文献6、主要符号说明（必须注明意义和单位）说明书必须书写工整、图文清晰。
华东理工大学 复试 化学反应工程试卷
化学反应工程期中自测试卷( 1 )科 目:化学反应工程 适用对象:化学工程与工艺本科2004-7-6I.填空题1.(1)_______是化学反应工程的基础。
2.(1)不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来表达个参数间的关系，简称_______。
3.(2)一级连串反应AS P在平推流反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C _______、=opt t ______。
4.(1)着眼反应组分K 的转化率的定义式为_______。
5.(2)一级连串反应AS P在间歇式全混流反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C _______、=opt t ______。
6.(1)化学反应速率式为βαB AC A C C K r =-，如用浓度表示的速率常数为C K ，用压力表示的速率常数P K ，则C K =_______P K 。
7.(2)理想反应器是指_______、_______。
8.(2)具有良好搅拌装置的釜式反应器按_______反应器处理，而管径小，管子较长和流速较大的管式反应器按_______反应器处理。
9.(2)全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为_______、_______。
10.(1)平推流反应器的返混为_______。
II.单项选择 1.(2)气相反应CO + 3H 2CH 4 + H 2O 进料时无惰性气体，CO 与2H 以1∶2摩尔比进料，则膨胀因子CO δ=_______。
A. -2B. -1C. 1D. 22.(2)一级连串反应AS P在间歇式反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C _______。
A. 122)(210K K KA K K C - B. 22/1120]1)/[(+K K C A C. 122)(120K K KA K K C - D. 22/1210]1)/[(+K K C A3.(2)串联反应A → P （目的）→R + S ，目的产物P 与副产物S 的选择性P S =_______。
化学反应工程陈甘棠答案
化学反应工程陈甘棠答案【篇一：反应工程第五章习题答案】xt>5.1乙炔与氯化氢在hgcl2-活性炭催化剂上合成氯乙烯的反应c2h2?hcl?c2h3cl (a)(b) (c)其动力学方程式可有如下种种形式：(1) r??(papb?pc/k)/(1?kapa?kbpb?kcpc) (2)r??kakbpapb/(1?kbpb?kcpc)(1?kapa) (3)r??kapapb/(1?kapa?kbpb)(4) r??kbpapb/(1?kbpb?kcpc)2试说明各式所代表的反应机理和控制步骤。
解：（1） a???a?b???b?a??b??c??? （控制步骤） c??c??（2） a??1?a?1b??2?b?2a?1?b?2?c?2??1（控制步骤） c?1?c??1（3）a???a?b???b?a??b?c?? （控制步骤）（4） b???b?a?b??c? （控制步骤） c??c??5.2 在pd-al2o3催化剂上用乙烯合成醋酸乙烯的反应为c2h4?ch3cooh?12实验测得的初速率数据如下[功刀等，化工志，71，2007（1968）.] 115℃, pacoh?200mmhg，po?92mmhg。
2pc2h4(mmhg)r0?10(mol/hr?g催化剂)570 100 195 247 315 4653.94.4 6.0 6.6 7.255.4注：1mmhg=133.322pa如反应机理设想为acoh???acoh?c2h4???c2h4?acoh?c2h4?hc2h4oac???o2?2??2o?hc2h4oac??o??c2h3oac??h2o? (控制步骤)c2h3oac??c2h3oac??h2o? ?h2o+?试写出反应速率并检验上述部分数据能与之符合否。
解：c2h4?ch3cooh?12o2?ch2cooc2h3?h2o（a）（b）（c）（e）（f） ?a?kapa?v?b?kbpb?v?c?v?f?kfpf?v ?d?ks1kakbpapb?v ?e?kep?ev?v??k2?k3par?ks2?d?c??k1pa(k2?k3pa)2r0??pa(k2?k3pa)2pc2h4(mmhg)70 100 195 247 315 465r0?10(mol/hr?g催化剂)53.94.4 6.0 6.6 7.255.41.3410?31.51 1.80 1.932.08 2.93pa作图，基本上为一直线。
化学反应工程__华东理工大学(1)--期末试卷
华东理工大学201 –201 学年第 学期《化学反应工程》课程考试试卷开课学院：化工学院 ，专业： ，考试形式：闭卷，所需时间：120 分钟一、填充题（25分，每个空格2.5分）⑴反应活化能越小，则说明反应速率对温度变化越 。
对反应活化能Ｅ=80 kj/mol 的反应,在300K 时反应速度要求增加10%，则反应温度应变为 。
⑵工业反应过程优化的技术指标是 。
⑶一级串连反应A P S k k 12−→−−→−，k 1=1 hr -1，k 2=2 hr -1，则在CSTR 反应器中最优空时opt τ＝ h r 。
⑷F(t)的含义是 。
若物料在CSTR 反应器中平均停留时间20分钟，则停留时间小于20分钟的物料占总出口物料 ％。
⑸判断气固催化反应外扩散影响的准数是 ，消除外扩散阻力的工程措施是。
⑹在判断内扩散影响时，当Φ ，则内扩散对反应的影响可忽略；当Φ ，则内扩散对反应的影响严重。
二、单选或多选题（16分，每题4分）⑴ 实验室反应器催化剂装填高度10cm ，操作线速度为0.25cm/s 。
若工业反应器催化剂高度为2m ，空速与实验室反应器相同，则工业反应器流体线速度为 。
a. 2.5 cm/sb. 5cm/sc. 7.5cm/sd. 10 cm/s⑵常用的流固相反应模型之一是 。
a. 全混流模型b. 多釜串联模型c. 整体模型d.平推流模型⑶ 对21E E >的串联反应S P A −→−−→−21，21,E E 分别为主副反应活化能，提高反应选择性的措施是 。
a. A c ﾭb. A c ﾭc. T ﾭd. T ﾭ⑷ CSTR 中进行放热反应，其热稳定条件要求同时满足 。
a.=g Q b.g rdQ dQ dTdT<c.g r dQ dQ dTdT>d.rg Q Q =三、图解题（24分，每题8分）⑴平行反应选择性β与转化率x A 的关系如图所示，用图解法画出产物收率最大时反应器的组合形式（PFR ，CSTR），并画出反应器设备组合示意图。
催化反应工程华东理工大学工业反应过程分析导论(2)幻灯片PPT
复杂化工等过程中， 长期缺少对过程的动力学研究。主要原因 在于：
这些过程尤其像炼油过程中的原料或产物 组成复杂，往往使研究工作无从着手。
每种单体又可进展形形色色的反响，使反 响过程异常复杂。
组分较多的反响体系称为复杂反响体系 (complex reaction system)。
而改称为(1，1，1)平
面。
反应过程分析
反应过程分析
仅有的直线反响轨迹称为射线向量Xr，它可以由实验 确定，射线向量与〔1，1，1〕平面的交点称为射线解。 在〔1，1，1〕平面上射线解的各元素之和为1。但是， 当时间t→∞时，此点也趋向于原点。因此，射线向量Xr 的特征衰减常数λr非零。
射线向量Xr的实验测定方法：用不同的初始组成做 实验，取接近原点的各实验点用最小二乘法关联直线， 得一假想射线向量X’r，再以X’r为初始浓度做实验， 得到新的较接近原点的实验点拟合成直线，得一新的假 想射线向量X’’r，如与X’r值相差不多，那么X’’r 即为所求射线向量。如果相差较多，那么继续做实验， 直至两次求得的假想射线向量根本相符为止，最后一次 即为所求射线向量Xr。
一个有三个组元的可逆单分子反响系统，用Ai表示第i 种组元，它的浓度用摩尔分率表示为ai。该反响系统各组 元浓度变化的速率为：
dda1t(k2 1k3 1)a1k1 2a2 k1 3a3 dda2t k21a1(k12k32)a2 k23a3 dda3t k3 1a1k3 2a2 (k1 3k2 3)a3
反应过程分析
衰减方程
对于可逆系统，当某组成向量ax(0)位于平衡向量X0 和特征向量Xi之一所组成的平面内时，它向平衡衰减 的方程形式为：
a x(0 ) X 0 b i(t)X i (23)
最新2019-催化反应工程华东理工大学工业反应过程分析导论0-PPT课件
反应过程分析
反应过程分析
三相床中颗粒催化剂上反应过程为
1)气相反应物从气相主体扩散到气—液界面的传递过程; 2)气相反应物从气—液界面扩散到液相主体的传递过程; 3)气相反应物从液相主体扩散到颗粒外表面的传质过程; 4)颗粒催化剂内同时进行反应和内扩散的宏观反应过程; 5)产物从催化剂颗粒外表面扩散到液相主体的传质过程; 6)产物从液相主体扩散到气—液界面的传质过程; 7)产物从气—液界面扩散到气相主体的传质过程;
k ke 1 e C k kBS AS TC Ag
kTCAgCBL keCAS
r k S C C k S C C B , g e e AS BS T e Ag BL
CBS
反应过程分析
三 床层宏观动力学
1 一般情况下 kAg→∞，→
但是kAL，kAS必须考虑。 整个床层的宏观动力学。
反应过程分析
第七章 气—液—固三相反应器
§1
§2
气液固三相反应 三相催化反应器
反应过程分析
§1
气—液—固三相反应
气—液—固三相催化反应,固相为催化剂.
1) 固定床气—液—固反应器 涓流床反应器 不同的流向 2) 悬浮床气—液—固反应器 a)机械搅拌式反应器 c)三相流化床反应器 d)三相携带床 e)内环流反应器 b)鼓泡反应器
k S C C k S C C AS e AL AS e e AS BS
r k S C C k S C C B , g BS e BL BS e e A BS S
r r k S C C A , g B , g T e Ag BL
反应过程分析
S K 1S 1 1 1 e e GL K GL k k k C T S L AgS Lk AL ASk e BS
催化反应工程华东理工大学第五章2环氧乙烷合成反应器
y
1 2 CO2 ,i j
yCj 2 H 4 ,i
Z / 2
1 1 j j j 1 j j 2 2 2 yCO2 ,i 1 2 yCO2 ,i yCO2 ,i 1 1 yCO2 ,i 1 yCO2 ,i 1 Pem,CO2 2 i 2 j s, j DaCO2 yCO y CO2 ,i 2 ,i
s
C2 H4
C
b
OR1 1
r COR 2 r2
kg ,CO2 Se CCO2 C
s Se T T
S
s
CO2
2C
b
OR 2 2
r
2 s s T 1 T s b COR i H i ri er r 2 r r i 1, 2
入口温度 178℃ 温度 223℃
沸腾水压力 2.4252MPa 反应器入口气量
反应器入口气体组成
组 分 摩尔分 率 C2H4 0.30 O2 0.08 EO 0.0001
818845Nm3/h
CO2 0.05
H2O 0.005
CH4
Ar
N2
C2H6
0.5086 0.0527 0.0014 0.0022
s CO2
f CO2
2 s s
s
1 Pets R 2
反应器模型－二维非均相
边界条件（无因次化）
Z 0
0
yC2 H4 y , yCO2 y , 1 yC H yCO s 0, 0
华东理工大学反应工程阶段辅导(3)
r
' P
rP
当 1, 2 1 忽略 3 严重 当 5 , 2
⑶表观动力学法
在本征动力学已知时，比较
Eob E nob n
⑷计算准数 22
R 2 n kCb n kC b 2 rP2 DeCb
R 2 r DeCb
2 2 P
R, Cb 可测
解：
A B P
C p 1.0kJ / kg K ,
0.5kg / m3 , H 125.4kJ / mol
P 0.1MPa , T 325 C 下 ，有：
P y A0 0.1 106 8% C A0 1.61 mol m3 RT 8.314 (273.15 325) (H )c A0 125.4 1.61 Tad 403.8 K cP 0.5 1 T Tad x A 403.8 0.8 323.0 K
Cb 2 Cb 2
C Af
⑷内扩散过程对反应结果的影响 反应场所 简单 自催化 可逆 平行 串连
内扩散 外扩散
C A,b C A,es C A,is C p ,b C p ,es C p ,is
反应结果
工程因素
化学因素
工程分析方法
Ces es f ( Da, n) Da Cb Cb
C A0
2.
1, Da f (Z )
n=1，
k n 1 Da Cb kg a
Z
Cb
Da 与 Cb 无关，与Z无关
n>1,
n<1,
Cb Da 1 Cb Da 1
催化反应工程华东理工大学第五次课-多段换热式催化反应器
yCO2
dNCO
NT1
1 2 yCO2 ,in 2 yCO,in 1 2 yCO2 2 yCO 2
1 2 yCO2 dyCO 2 yCOdyCO2
dNCO2
NT1
1 2 yCO2 ,in 2 yCO,in 1 2 yCO2 2 yCO 2
1 2 yCO dyCO2 2 yCO2 dyCO
xi,出 xi,出
0,i 0,i1
xi,出 xi,出
0 0
Ti,进
第一类条件式 第二类条件式
第一类条件式确定段间间接换热过程 第二类条件式确定各段出口转化率
8
催化反应工程
2. 出口温度受耐热温度限制
T' i,出
Tmax
Ti,进
i
xi,出 xi,进
n个
独立变量数n-1，
取各段出口转化率xi，出为独立变量
yo,i 0 y0,H2 y0,N2 y0,CH4 y0,Ar 1
进催化床
NT0,i 0 N yT0 0,H2 N yT0 0,N2 N yT0 0,CH4 N yT0 0,Ar NT0
催化床中
N yT NH3 NT0y0,H2-3/2 N yT NH3 NT0y0,N2-1/2 N yT NH3
N y T0 0,CH4 N y T0 0,Ar
催化反应工程
3. 冷激过程物料、热量衡算
物料衡算 NTI (i 1) NTE (i) NC (i)
NTE (i) yCOE (i) NC (i) yCO,in NTI (i 1) yCOI (i 1)
NTE (i) yCO2E (i) NC (i) yCO2,in NTI (i 1) yCO2I (i 1)
i1
环氧乙烷非均相催化水合动力学及均温反应器热稳定性分析
环氧乙烷非均相催化水合动力学及均温反应器热稳定性分析何文军;费泰康;王嘉华;杨为民【摘要】采用碳纳米管增强复合材料催化剂,在等温积分反应器中获得环氧乙烷非均相催化水合宏观反应动力学实验数据,建立了幂函数型宏观反应动力学方程,采用Levenberg-Marquardt法对动力学模型参数进行估算,并以该动力学模型为基础,分析了均温反应器的热稳定性.结果表明,生成乙二醇主反应的表观活化能为71.7 kJ/mol,与两个典型的串联副反应的活化能接近.模型参数统计检验结果表明,该宏观动力学方程参数是适定的,可用于工业反应器的设计.给出的反应器关键参数的计算方法,可为乙二醇合成反应器的模拟计算和设计开发提供必要的依据.%The experimental data of macrokinetics on heterogeneous catalytic hydration of ethylene oxide were obtained in an isothermal integral reactor by using carbon nanotube reinforced composite catalyst. The macrokinetic equation of power function model was established, and the kinetic parameters were estimated by Levenberg-Marquardt method. Based on the kinetic model, the thermal stability of the homogenous temperature reactor was analyzed. The results showed that the apparent activation energy of the main reaction of ethylene glycol was 71.7 kJ/mol, which was close to those of the two typical tandem side reactions. Statistical results of the model parameters indicated that these parameters of the macrokinetic equation were suitable and could be used in the design of industrial reactors.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】9页(P326-334)【关键词】环氧乙烷;水合;宏观动力学;热稳定性【作者】何文军;费泰康;王嘉华;杨为民【作者单位】中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院绿色化工与工业催化国家重点实验室,上海 201208;中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院绿色化工与工业催化国家重点实验室,上海 201208;中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院绿色化工与工业催化国家重点实验室,上海 201208;中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院绿色化工与工业催化国家重点实验室,上海201208【正文语种】中文【中图分类】TQ013.1;TQ015.3乙二醇是一种重要的有机化工原料及中间体，主要用于生产聚酯、防冻剂、增塑剂和润滑剂等多种化工产品[1,2]。
环氧乙烷水合反应器的简易设计方法
环氧乙烷水合反应器的简易设计方法环氧乙烷水合反应器的简易设计方法O’HOH这是放热反应,可维持反应的温度.在环氧乙烷水合反应中生成的乙二醇,能再与环氧乙烷反应,生成二乙二醇,三乙二醇及多乙二醇,这些反应统称副反应,它们也是放热反应.目前,环氧乙烷水台反应大都在管式反应器内进行.管式反应器能有效地减少流体返混现象,使流体流动接近理想置换形态,提高乙二醇产率;反应设备结构简单,便于维护检修.是一种较为理想收精日期一1996—08一l6的水合反应器.Tj岳Tc1环氧乙烷水台反应的影响因素影响反应最终结果的因素有原料配比,水合温度,水合压力和水合时间.1.1原料配比环氧乙烷水合反应的试验研究结果表明,水与环氧乙烷的分子比对产品分布有明显影响,产品分布主要取决于水与环氧乙烷的分子比,即当原料配比相同时,产品分布是基本相同的.乙二醇的选择性随水与环氧乙烷分子比的增大而增高.为了要得到多的乙二醇产品,水比应该大些.但是应该看到,由于分子比的增大,一般说来在同样生产能力下设备容积要增大,造价相应增高另外,得到乙二醇水溶液浓度降低了.这样便须要消耗大量的热能除去稀溶液中的水分,因此操作36.石油化工设计第14卷费用也增加.由此可见,水与环氧乙烷的分子比也不易过大.工业生产中,水与环氧乙烷的分子比通常为15~20,这样可获得较高的乙二醇产率.我国引进的一些乙二醇生产装景,水与环氧乙烷的分子比为22.1.2水合温度在没有催化剂的情况下,为了加快反应速度.必须适当提高反应温度.提高水合温度就必须提高水合压力,从而对设备的结构和材料就要提出更高的要求.因此,水合温度也不宜过高,工业生产中,通常为150~220?.研究工作结果表明,水合温度只是影响到反应的速率,对产品分布无明显影响.1.3水合压力在无催化剂时,由于水合反应是在较高温度下进行,为了保持液相反应,所以必须进行加压操作. 压力大小与水合温度有关,在工业生产中,当水合温度为150,22O?时,水合压力则相应为1,2.5MPa.研究工作结果表明,在工业生产的压力范围内,水合压力对产品分布也无显着影响.1.4水合时间环氧乙烷水合是不可逆的放热反应,在一般工业生产的条件下,环氧乙烷转化率可接近100,这里的关键是,在一定的水合温度,水合压力条件下,要保证有相应的水合时间.如果水合时间太短, 反应不完全;反之,水合时间过长,显然是没有必要的.在工业生产中,当水台温度为15O,22O?,水合压力为1,2.5MPa时,相应的水合时间则为35~20min.因此,一定的水合时间是水合反应的保证条件2简易数学模型从上连的环氧乙烷水合反应的影响因素中我们可以得到如下的结论:?一定条—反应速度常数;r——反应停留时间}——环氧乙烷转化率.根据公式(2),用环氧乙烷转化率和反应时间r,可求出反应速度常数.这样,就可用实验的方法求得不同反应温度T下的k值.反应速度常数k与反应温度T的关系式可用阿累尼乌斯公式表示,其形式为:一koe-寿(3)上式可变为:In=In一番或Ink=A+Bf手)(4)只要已知两点温度下的值,由公式(4),就可求出常数A和占,即得到了反应速度常数h与反应温度T的关系式,进而由公式(2)求得一定反应第1期张守义等.环氧己烷水台反应器的简易设计方法?37? 停留时间下环氧乙烷的转化率.3应用公式(4)中的常数A和B,可以在实验室中求得,这要花费很多人力物力.也可从现有装置上不同水合温度下的操作数据中推导得出,这是最为简捷的途径.当然,在获取数据时,必须首先确定水与环氧乙烷的分子比.一般工业生产中的水比为22.应用本方法,对某装置进行扩能改造,结果见表首先,应用公式(2),(4),采用装置一1和装置--2(水比一22)的原始数据,推导得到:A一11.42623,B一一5319.25装置一2扩能改造,介质流量由66.45m/h提高到94.86m/h,不改变原反应器设备,反应的停留时问由36.83rain减少到25.82rain,可计算得到反应入口温度应由107?上升到118?.对某装置进行扩艟改造的结暴衰4讨论(1)上述是用于装置改造的方法,也同样可应用于工业水合管式反应器的设计,采用公式(2),(4)和A,B值计算水合反应的停留时间和反应器的体积.(2)公式(2),(4),理论上是有普遍性的,而A,B的值是在水合反应的水比(分子比)一22的条件下推导出来的;并且,其产品分布也必须是水比(分子比)一22的条件下得出的试验值.(3)在设计中,计算得反应器的体积后,直径的确定虽有一定的随意性,但要符合下列的原则:?介质流体的雷诺数Re~100000;?反应器设备的长径比不要太大I@流体在反应器设备内的压力降不要过高(4)在水合反应器的设计中,环氧乙烷最终转化率的取值不要太高,约为99.7即可.例如,表中装置一2,在固定的条件下,反应停留时问为36min,转化率为99.7I当转化率要求为99.95时,则反应停留时间需要47.46min,反应器的长度也由146m增加到188m,这是没有必要的.(5)反应器设计中,必须考虑反应的温升.当水比为22时,反应绝热温升为48”(2考虑到反应器的热损失,反应的温升可按45?计算.在公式(4)中的T值,应按反应进出口温度的对数平均值计反应温度不同,介质流体密度和粘度也随之不同.(6)反应器入口温度有一定的范围,建议不要超过130?,因为环氧乙烷在高温下,有可能异构化而生成乙醛,乙醛易被氧化,生成醋酸而腐蚀设备.(7)表中的装置一2改造,计算的数据有待石油化工设计第14卷生产实践的验证.5结论环氧乙烷水合反应,通过对反应条件的基本分析和反应力学基本理论的推导,得到公式(2)和公式(4).当水比(分子比)=22时,用生产装置的数据求得A一11.42623.B一——5319.25此方法可用来进行水合反应器的设计或改造.参考文献1月般思辱墙,坪囊乙靛与乙=尊生产,1979年2豫仁学主编,化学反应工程与反应器.1988年SimpledesignphilosophyofethyleneoxidereactorZhangShouyiLiuJinzhongXiaoXuejun(BeijingPetrochemicalEngineeringCo.ofSINOPEC,100101) Thispaperintroducesasimpledesignphilosophyofethyleneoxidereactorats pecificconditions.Keywords:ethyleneoxidehydrationreactionwaterratioconversionratereactionvelocityconstantreactionresidencetime主要国家与地区的合成纤维生产中国,韩国等亚洲国家的合成纤维生产在1985~1995期间,呈高速增长(10~5的态势.该地区的产量占世界产量的份额已由1980年的15%增至35,1995年则猛增至47.主要国家和地区的合成纤维生产量(万t)(木刊瞌辑部)。
环氧乙烷的制取设计方案
环氧乙烷的制取设计方案设计方案简介环氧乙烷（简称EO）是最简单也是最重要的环氧化合物，在常温下为气体，沸点10.5℃。
可以与水、醇、醚及大多数有机溶剂以任意比混合。
有毒，易自聚，尤其当有铁，酸，碱，醛等杂质或高温下更是如此，自聚时放出大量热，甚至发生爆炸，因此存放环氧乙烷的贮槽必须清洁，并保持在0℃以下。
环氧乙烷是以乙烯为原料产品中的第三大品种，仅次于聚乙烯和苯乙烯。
它的用途是制取生产聚酯树脂和聚酯纤维的单体、制备表面活性剂，此外还用于制备乙醇胺类、乙二醇醚类等。
一、反应过程分析：工业上生产环氧乙烷最早采用的方法是氯醇法，该法分两步进行，第一步将乙烯和氯通入水中反应生成2-氯乙醇，2-氯乙醇水溶液浓度控制在6%-7%（质量）;第二步使2-氯乙醇与Ca(OH)2反应，生成环氧乙烷。
该法的优点是对乙烯的浓度要求不高，反应条件较缓和，其主要缺点是要消耗大量氯气和石灰，反应介质有强腐蚀性，且有大量含氯化钙的污水要排放。
因此开发了乙烯直接氧化法，取代氯醇法。
工业上生产环氧乙烷的方法是乙烯直接氧化法，在银催化剂上乙烯用空气或纯氧氧化。
乙烯在Ag/α-Al2O3催化剂存在下直接氧化制取环氧乙烷的工艺，可用空气氧化也可以用氧气氧化，氧气氧化法虽然安全性不如空气氧化法好，但氧气氧化法选择性较好，乙烯单耗较低，催化剂的生产能力较大，故大规模生产采用氧气氧化法。
主要反应方程式如下：主反应副反应由乙烯环氧化反应的动力学可知，乙烯完全氧化生成二氧化碳和水，该反应是强放热反应，其反应热效应要比乙烯环氧化反应大十多倍。
故副反应的发生不仅使环氧乙烷的选择性降低，而且对反映热效应也有很大的影响。
选择性下降，热效应就明显增加，如选择性下降移热慢，反应温度就会迅速上升，甚至产生飞温。
所以反应过程中选择性的控制十分重要。
二、催化剂的选择：环氧化法生产环氧乙烷是一个强放热放应，为减少深度氧化的副反应，提高选择性，催化剂的选择非常重要。
研究表明，只有在银催化剂催化下乙烯的环氧化反应才有较高的选择性。
环氧己烷反应器设计讲诉
目录摘要 (2)第一章概述 (3)第二章环氧乙烷的性质 (5)2.1物理性质 (5)2.2化学性质 (6)第三章设计方案及反应器型的确定 (9)3.1 环氧乙烷的生产方法的确定 (9)3.2 催化剂的选择 (10)3.3 环氧乙烷生产工艺条件的确定 (10)3.3.1 反应温度 (10)3.3.2 反应压力 (11)3.3.3 空速 (11)3.3.4 原料配比和循环比 (11)3.3.5 抑制剂 (12)3.3.6 致稳剂的选择 (12)3.4 环氧乙烷生产的工艺流程 (12)3.4.1 工艺流程概述 (12)第四章设计条件 (16)4.1 反应原理 (16)4.2 原料组成 (16)4.3 反应器条件 (17)4.4 物料衡算 (17)4.4.1 反应器的物料衡算 (17)4.5 热量衡算 (20)4.5.1 反应器的热量衡算 (20)第五章反应器的设计 (24)5.1 催化剂的用量 (24)5.2 确定氧化反应器的基本尺寸 (26)5.3 床层压力降的计算 (27)5.4 传热面积的核算 (28)5.4.1 床层对壁面的给热系数 (28)5.4.2 总传热系数的计算 (29)5.4.3 传热面积的核算 (29)5.5 反应器塔径的确定 (30)第六章结论 (32)参考文献 (33)摘要采用乙烯直接氧化法对年产1.5万吨环氧乙烷的装置进行初步的工艺设计。
主要对环氧乙烷的氧化反应器进行了工艺和设备尺寸的参数优化。
简介了直接氧化法合成环氧乙烷的方法及反应原理。
根据设计条件和要求，通过物料恒算、热量恒算及其他工艺计算设计出年产l.5万吨环氧乙烷的固定床反应器，并确定反应器的选型和尺寸，计算压降，催化剂用量等，设计出符合要求的反应器。
关键词环氧乙烷；固定床反应器；设计计算第一章概述环氧乙烷(Oxirane)又名氧化乙烯(Ethylene Oxide)，是最简单的环状醚。
分子式C2H4O，分子量44.05。
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体积/m3 140.0
入口温度/℃ 178
热点温度/℃ 231.9 出口温度/℃ 230.2 yout /% C2H4 27.90 EO 1.97 CO2 5.91
产量/t.d-1 750.2 选择性/% 82.03
ΔP/MPa 0.189
3. 二维模型环氧乙烷反应器
气相方程
uCC2H4 l
Pets
s er
/
R2 s Se
Bis
K
s bc
R
/
es
r
DaCO2 kg,CO2 Se LP / ZRgTNT
f C2H4 CORiri bZRgT / Pkg,C2H4 Se i 1, 2 sSeL / CP NT
fCO2 2COR2r2 b ZRgT / Pk g,CO2 Se
Der,C2
H
4
C2 C2
r 2
H
4
1 r
CC2 H 4 r
k
g
,C2
H
4
S
e
CC2 H 4
Cs C2 H 4
uCCO2 l
Der,CO2
C 2 CO2
r 2
1 CCO2 r r
k
g
,CO2
S
e
CCO2
Cs CO2
沸腾水压力 2.4252MPa 温度 223℃
反应器入口气量 818845Nm3/h
反应器入口气体组成
组 分 C2H4 O2
EO CO2 H2O CH4
Ar
N2
C2H6
摩尔分 0.30 0.08 0.0001 0.05 0.005 0.5086 0.0527 0.0014 0.0022 率
计算结果
整理上式，得：
dyET dl
Ab
NT
[(1
0.5
yET
)r1
r2
]
dyCO2 dl
Ab
NT
(0.5yCO2 r1
2r2 )
dtb dl
Ab
NT C p
[(HR1)r1 (HR2 )r2 ]
2
Kbf mtda
NT C p
(tb
tw )
床层的压力降
dp f
2
(3)
反应（1）为选择氧化反应，反应（2）为深 度氧化反应。选反应（1）和反应（2）为独 立反应，C2H4和CO2为关键组分。
管壳型反应器
2. 一维模型环氧乙烷反应器
反应器模型
物料衡算
dNET Adlb (r1 r2 )
dNCO2 Adlb 2r2
热量衡算
NTCpdtb Adlb[(H R1)r1 (HR2 )r2 ] Kbf mtda (tb tw )dl
s C2H4
C2H4
yCO2
ys CO2
f CO2
s
Pets
2 s 2
1
s
R
反应器模型－二维非均相
边界条件（无因次化）
r
r
r r
r R CC2H4 r
CCO2 r
0, Kbc Tw T
er
T r
,
Kbsc
Tw
T
S
esr
T S r
其中，
1 1 t Kbc w s
Ai 1
Am f
Ai A0
RC
1 1 t
K
s bc
s w
s
Ai 1
Am f
Ai A0
RC
反应器模型－二维非均相
将上述数学模型无因次化，无因次准数为
yC2H4 ZC C2H4 RgT / P
yCO2 ZC CO2 RgT / P
T /T0
ys C2H4
ZC s C2H4
RgT
s
/
P
yCO2 ZCCsO2 RgT s / P
s T s /T0
Z l/L
r/R
Pemf ,C2H4 Der,C2H4 LP / ZRgTR2 NT Pemf ,CO2 Der,CO2 LP / ZRgTR2 NT
Petf erL / R2CP NT Bif KbcR / er
DaC2H4 kg,C2H4 Se LP / ZRgTN T
b CORi Hi ri /sSeT 0 i1,2
反应器模型－二维非均相
气相方程（无因次化）
yC2H4 Z
Pe m ,C2 H 4
y2 C2 H 4 2
1
y C2 H 4
Da C2H4
y y C2H4
s C2 H 4
二 环氧乙烷合成反应器
1 环氧乙烷反应体系特性
在银催化剂上，乙烯（简称ET）氧化除得到 产物环氧乙烷（简称EO）外，主要副产物是 二氧化碳和水。
C2
H
＋
4
1 2
O2
C 2H4O
(1)
C H ＋3O 2CO 2H O (2)
24
2
2
2
C H O＋ 5 O 2CO 2H O
24
22
2
yCO2 Z
Pem, CO2
2 yCO2
2
1
yCO2
Da CO2
yCO2
ys CO2
Z
Petf
2 2
1
s
反应器模型－二维非均相
固相方程（无因次化）
y y f C2H4
sSe T T S
b CORi
i 1, 2
Hi
ri
s er
2T s r 2
1 r
T s r
反应器模型－二维非均相
边界条件
l 0
r0
CC2H4
Co C2H4
,
CCO2
Co CO2,来自TToCC2H4 CCO2 0, T T s 0
u f
1
dl
Md S
3
初值条件 l 0, y y , y y , t t , p p
ET
ET ,in CO
CO ,in b b,in
in
2
2
已知条件
反应器内径 8.034m
反应管 φ45×3.5mm
高度 8m 管数 15431根
入口压力 1.89MPa
入口温度 178℃
ugcP
T
l
e
r
2T r 2
1 r
T r
sSe
T
T S
反应器模型－二维非均相
固相方程
k S C C g,C2H4 e C2H4
s C2H4
b COR1r1 COR2r2
k S g,CO2 e CCO2 CsCO2 b 2COR2r2