苯酐进行复合反应的研究

《苯酐进行复合反应的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、苯酹进行复合反应的研究一题目说明与选题说明在换热式固定床反应器内进行复合反应吋，由丁•副反应的存在而使问题变得复杂。其中邻二甲苯氧化生产邻二甲苯(简称苯阡)是典型的例子。苯阡的生成反应在工业生产中很重要，因而研究它的优化问题冇很高的实用价值，本设计主要针对温度问题对生产苯肝的影响，温度是T业升产屮比较灵敏的因素，研究它即可对苯酹的选择性的优化问题有了解决的突破口。二设计的原理及基础数据在换热式固定床反应器上进行的苯酊生产属于放热反应，用帆作催化剂，其反应如K：(1)邻二甲苯+302->苯RT+3H2O(2)邻二甲苯+15/202->二

2、甲酸阡+4CO2+4H2O(3)邻二甲苯+302->苯卬酸+CO2+2H2O(4)邻二甲苯+21/2O2^8CO2+5H2O(5)邻二甲苯+13/2O2—8CO+5H2O由此可见，邻二甲苯催化氧化可得到五种不同的产物，即第(1)个反应生成的苯阡,第(2)个反应生成的顺丁烯二酸阡(简称顺阡)，笫(3)个反应生成的苯卬酸以及后四个反应生成的一氧化碳和二氧化碳。目的是为了生产苯阳所以第(1)个反应为主反应，其它为副反应。邻二甲苯氧化时除五个反应外，还可能发住其它化学反应，如产物苯酊，顺酊及苯甲酸等进一部深度氧化牛成一氧化碳和二氧化碳。要把所

3、有反M都包含在内进行分析，将使问题变得十分复杂，而且也无此必要。通常省去那些次要的反应，列如顺阡和苯卬酸实际上生成冇限，因而笫(2)与第(3)个反应可以不计。另外，还需加入苯酹和苯甲酸深度氧化反应，并将整个反应过程简化成如下的反应网络邻二甲苯(A)K1一苯阡(B)Jk3Jk28(C02,CO)(C)根据上述方法来研究苯阡收率与温度的关系就方便多了。三设计方法说明与公式的推导上述反应的速率方程为：ri=kipApo,ki=0.04017exp(-13500/T)(1)i*2=k2p叩o,k2=0」175exp(-15500/T)(2)T

4、3=k3pApo,k3=0.01688exp(-14300/T)(3)上列各式的压力单位用Pa,反应速率的单位均为kmol/(kgXh),即以每小时每千克催化剂转化的邻二甲苯量來表示。原料气为空气与邻二甲苯的混合物，通常为了生产安全，邻二甲苯的浓度保持在爆炸范围以外，约为1%。因此反应过程中氧的浓度基本上对视为常量,所冇反应可按拟一级反应处理。虽然所冇这些反应均为变摩尔反应，但由于惰性气的大量存在，按也容过程处理是允许的。所考察的三个反应只有两个是独立的。建立反应器的数学模型时，需要由两个物料衡算式和一个热量衡算式。采用拟均相模型，选

5、择苯肝的收率Yb、一氧化碳和二氧化碳的总收率Yc以及温度T为状态变量，轴向距离Z为控制变量，数学模型方程如下：(GyAo/Mm)X(dYB/dZ)=pbRB(4)8(GyAo/Mm)X(dYc/dZ)=pbRc(5)GCptdT/dZ=pbRB(-AHr)b+pbRc(-AHr)c-4U/dt(T-Tc)(6)Rb为苯阡的生成速率，RB=n-r2,将式(1)及式(2)代入町得Rb=Po(kiPA—kzPB)(7)设氧气的起始摩尔分率为(yo)o,若把Po视为常数，则Po=Pyao(1-Yb-Yc),Pb=PyaoYb.R入式(7)化简

6、后有Rb=yao(yo)oxp2[ki(1—Yb—Yc)—IqYb](8)同理可得一氧化碳和二氧化碳的牛•成速率Rc=8(门+门)=yAo(yo)oxp2[ks(1-Yb-Yc)一IqYb](9)把式(8)和式(9)分别代入式(4)、式(5)、式(6)-整理后可得dYB/dZ=(Mmpb/G)(yo)oP2[ki(1—Yb—Yc)—1<2Yb](10)dYc/dZ=(Mmpb/G)(y。)op2[k3(l—YB—Yc)+1<2Yb](11)dT/dZ=pbyAo(yo)oP2/GCpt{[ki(1-Yb-Yc)—IqYb]}(-AHr

7、)b+[ks(l-YB-Yc)+k2YB](-AHr)c-[4U(T~Tc)]/[dtGCpt](12)初值条件为Z=0,Yb=0,Yc=0,T=To(13)求解式(10)至式(12),即可对邻二甲苯催化氧化反应器进行模拟。现选定进反应器的原料气中邻二甲苯的摩尔分数为0.8432%,氧气为20.33%,混合气的平均相对分子质量Mm=29.29o反应悖内径dt=26mmo操作压力为p=1.274X10A5Pao反应管外用熔盐冷却并作强制循环，可认为熔盐温度恒定且与进入床层的原料气温度相等，即Tc=Too床层与熔盐间的总传热系数U=508

8、kJ/(m2-h•K)o床层的堆密度pb=1300kg/m3o热力学数据如下：CPt=1.059kJ/(kg・K),(-AHr)b=1285kj/mol,(-AHr)c=4561kJ/moL将上列数据代入式(10)至式(