基于丙烯腈流化床反应器模拟与优化策略

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1、浙江大学硕士学位论文丙烯腈流化床反应器模拟与优化策略姓名：宫晓燕申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：冯连芳20060601浙江大学硕士论文摘要丙烯腈工艺技术相对成熟，各丙烯腈行业的竞争主要表现在成本的竞争，优化丙烯腈反应器的运行，降低丙烯单耗成为各厂家提高竞争力的主要途径之一。丙烯腈厂通过采用新技术使装置生产能力由2．5。万吨／年提高到4．0万吨／年。装置扩能后，反应器分布板、旋风分离器等内构件均改变，反应器性能发生变化，影响了反应收率。本文从反应机理出发对丙烯腈流化床反应器进行建模和模拟分析，并对反应器的操作条件进行离线优化，同时对催化剂床层超

2、高的问题进行分析，提出解决方案。本文对国内外丙烯氨氧化反应动力学公开报道的调研和分析，确定适用于反应器模拟和分析的反应动力学网络和动力学模型，并采用工厂的生产数据重新判识相关的动力学参数，提出了适合所研究反应器实际反应状况的动力学模型，采用实际生产数据对模型进行验证，说明了模型与所研究反应器的吻合性；探讨流化床反应器床层高度问题，针对所研究丙烯氨氧化流化床反应器建立流化高度模拟计算模型，并对其中参数进行判识。验证结果表明，模型计算与生产数据符合良好，对反应器性能指标变化趋势的预测也与实际基本一致。动力学模拟发现，丙烯氨氧化制丙烯腈的反应是不可逆的快速反

3、应，原料配比和进度的控制是制约收率高低的主要原因。丙烯在初始阶段的反应速率快，并在床层中部基本转化完全；在反应器上部(催化剂稀相段)，各主要的反应以缓慢的速率进行，并伴随丙烯腈的过度氧化。流化床高度计算模型表明，床层高度主要受催化剂装填量、反应气体线速和催化剂粒度的影响。从控制反应进程、提高丙烯腈收率角度，本文提出了以下可行的优化策略：一是保证合理的空烯比和氨烯比，以在反应器底部尽可能补充晶格氧和活性氨，使丙烯最大限度地转化为丙烯腈，提高催化剂对丙烯腈的选择性：二是保持合理的线速度和接触时间，保证较高转化率和选择性；三是保持催化剂床层浓相段内撤热管的有

4、效分布，抑制在反应器上部发生的丙烯腈的过度氧化。关键词：丙烯腈，流化床反应器，数学模型，数值模拟，优化丙烯腈流化床反应器模拟与优化綮略ABSTRACTihecompetiUonamongacrylonitrile(AN)tradesisoncostbecausetheacrylonitriletechnologyisrelativelyripe．ItismemainwayfortheacrylonitrilefactoriestoincreasetheircompetitionpowerbyoptimizingoperationsofANreactor

5、andreduciiagunitconsumptionofpropylene．Thestudingacrytonitfileplantincreaseditscapacityfrom25000t／ato40000gabyadoptingnewtechniques．Afterenlargingcapacity，thestructuralpartssuchasthedistributorofreactor，cycloneseparatorshouldbechanged，sothereactorbehavioralsochangedwhichinfluenc

6、edthereactionrecoveryratio·Inthisarticle，theANfluidized—bedreactorwasmodeledandoptimizedwhichbasedonreactionmechanism．Theoff-lineoptimizationofreactoroperatingconditionswascarriedout．Meanwhile，theproblemaboutextrahighofCatalystbedwasanalysed，andtheschemetosolvesuchproblemswerepr

7、oposed．Theappropriatereactionnetworkandmathematicalmodelsofthekineticswereselectedbasedontheliteratures，andtheparametersinthekineticswerecorrectedbyusingconversionofpropyteneatreactorexit．Underdifferentoperatingconditions，thekineticsmodelshowedthegoodfitnesswithplantdata．Themode

8、lforthefluidizedheightwasdevelopedwhichparamete