固定床列管式反应器设计说明书(曾礼菁).docx

乙烯法合成醋酸乙烯固定床列管式反应器 乙烯法合成醋酸乙烯固定床列管式反应器 曾礼菁 曾礼菁 固定床列管式反应器的设计 乙烯法合成乙酸乙烯的原理 2 一、 催化剂 2 催化剂的组成 2 催化剂的制备 2 催化剂物性 2 二、 反应方程 2 三、 工艺条件的确定 3 1、 反应温度 3 2、 反应压力 3 3、 原料配比 3 乙烯法合成乙酸乙烯反应器的设计计算 4 一、 设计选材 4 二、 设计数据和工作参数 4 三、 反应器进出物料组成 4 四、 基本物性数据 5 1、 相对分子质量 5 2、 密度 5 3、 黏度 5 4、 比热容 6 五、 反应器的数学模型 6 1、 床层对外的径向换热项 6 2、 动力学方程 6 3、 浓度分布方程 7 4、 温度分布方程 7 5、 数学模型方程参数 7 6、 数学模型计算及其结果 8 六、 反应管排布 9 七、 气体分布板设计 9 1、 气体分布板的形式 9 2、 分布板的压降 9 3、 板厚 11 4、 孔数和孔径的确定 11 八、 壳程换热 12 换热介质进出口结构 12 换热介质 12 折流板型式 12 九、 管口设计 12 1、 反应物进口 12 2、 产物出口 13 3、 换热介质进口 13 4、 换热介质出口 13 十、 预热器 13 十一、 封头 13 十二、 支座 13 附录一 14 参考文献 16 乙烯法合成乙酸乙烯的原理 一、 催化剂[6] 选用 Bayer-I 型催化剂 催化剂的组成： 活性组分——钯、金：组分金的作用是防止活性组分钯产生氧化凝聚，使钯在载体上维持良好的分散状态。 助催化剂——乙酸钾：乙酸钾的存在有助于反应组分乙酸在钯金属上缔合，促进物理吸附的 乙酸的离解和释放氢离子，使钯－氧间的键结合力减弱，促使乙酸钯的分解；此外，还可抑制深度氧化反应，从 而提高了反应的选择性。 载体——硅胶：承载活性组分及助催化剂，使其在载体表面上呈高度分散状态。 催化剂的制备： 结构： Bayer-I 型催化剂为球星颗粒，最外面的第一层是灰色的表皮层，厚度约为100 ?m ；中间的第二层是一层黑色的环，这是活性组分钯和金的主要集中区，厚度为500～700 ?m ；最里面的第三层是载体硅胶，呈浅土黄色。 制备： 催化剂载体的制备是用粗孔硅胶，经过高温干燥后磨成细粉，而后制成5～6mm 的小孔，经过打光干燥、焙烧、过筛、扩孔、洗涤、干燥、选粒、热处理等加工，成为成品硅胶载体。 催化剂的制备大体经历四个阶段。首先，将氯化钯溶解在盐酸中，氯化钯转变成氯钯酸： PdCl 2+2HCl H2PdCl 4 然后，以碳酸氢钠中和所形成的氯钯酸，使其转变成氯钯酸钠： H2PdCl4+2NaHCO3 酸钠转变成氢氧化钯： Na2PdCl4+2CO2+2H2O 第三步是陈化、固定阶段，即在碱性介质中，将氯钯 Na2PdCl 4+2NaOH Pd(OH) 2+4NaCl  与此同时，氯金酸也转变成氢氧化金： HAuCl 4+4NaOH 2Pd(OH)2+NH2NH2 4Au(OH)3+3NH2NH2 活性组分颗粒粒度堆积密度视 密 度 比 表 面 孔体积 活性组分 颗粒粒度 堆积密度视 密 度 比 表 面 孔体积 孔隙率 d ? 6mm p 球形 ? ? S V ? b p p v p ? 0.598g / ml ? 0.95g / ml ? 100m2/g ? 0.62ml/g ? 59％ Au(OH) 3+4NaCl+H 2O 最后用联氨还原得到所需要的催化组分： 2Pd+N2+4H2O 4Au+3N2+12H2O Pd Au 助催化剂 0.5%(wt) 0.25%(wt) (3.2g/L) (1.4g/L) KOAc 2.3％（wt） （29.0g/L） 载体 硅胶 注：KOAc 在反应过程中会流失，根据经验，除初始加入 KOAc，随反应物还得添加 KOAc，流量为 2. 716kg/h。 二、 反应方程 主反应： C2H4+CH3COOH+0.5O2 CH3COOCHCH2+H2O+146.7kJ 主要副反应： C2H4+3O2 2CO2+2H2O+1340kJ 此外尚有少量副产物乙醛、醋酸乙酯、醋酸甲酯、丙稀醛、二醋酸二醇酯和聚合物等生成： CH3COOH+CH2CH2 2CH3COOH+2C2H4+3O2 2CH3COOH+2C2H4+3O2 CH3COOC2H5 CH3COOCH3+2CO2+2H2O 2CH2CHCHO+2CO2+4H2O 4CH3COOH+2C2H4+O2 CH3 OCOCH3 CH3 OCOCH3 4CH3COOCHCH2+H2O CH3