固定床列管式反应器设计说明书(曾礼菁)

固定床列管式反应器的设计
乙烯合成乙酸乙烯的原理
一、催化剂[6]
选用Bayer-I型催化剂
1.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。
2.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的表皮层,厚度约为100;中间的第二层是一层黑的环,这是活性组分钯和金的主要集中区,厚度为500~700;最里面的第三层是载体硅胶,呈浅土黄。
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:
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:
第三步是陈化、固定阶段,即在碱性介质中,将氯钯酸钠转变成氢氧化钯:
与此同时,氯金酸也转变成氢氧化金:
最后用联氨还原得到所需要的催化组分:
3.催化剂物性
活性组分
  Pd        0.5%(wt)    (3.2g/L)
  Au        0.25%(wt)    (1.4g/L)
助催化剂
  KOAc      2.3%(wt)  (29.0g/L)
载体
硅胶
颗粒粒度        球形
堆积密度     
视密度       
比表面        100m2/g
孔体积        0.62ml/g
孔隙率        59
注:阻塞密度KOAc在反应过程中会流失,根据经验,除初始加入筷子消毒器KOAc,随反应物还得添加KOAc,流量为2. 716kg/h
二、反应方程
主反应:
主要副反应:
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:
 
70sec 此设计忽略这些少量副产物的产生,只考虑主要副反应
三、工艺条件的确定[6]
使用贵金属Pd-Au-CH3COOK/SiO2催化剂,由乙烯、氧气和乙酸合成乙酸乙烯的主要工艺条件的控制指标为:
反应温度      160~180
反应压力      0.6~0.8MPa
空间速度      1800~2000h-1
原料气组成:乙烯44%(mol),氧气5~6%(mol),乙酸20%(mol),二氧化碳20%(mol),水1.6%(mol),其余为氮气。
1、反应温度
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反应温度对选择性、空时收率及出口气中氧气和二氧化碳含量有一定关系。当选择操作温
度比较低时,反应的选择性较好,但空时收率较低;随着温度的升高,反应选择性略有下降,与此同时空时收率在逐渐提高。矫形鞋
温度继续升高,由于完全氧化副反应的加剧,使得反应选择性明显下降,而且因为大量的氧气被消耗在完全氧化副反应上,使得反应器出口气中氧气的含量大幅度地减少,并有一定量的一氧化碳生成,而一氧化碳的存在可使催化剂的活性减退,这样必然使得空时收率产生明显下降。
因此,乙酸乙烯合成过程存在着一个最适宜的操作温度范围,并且随着使用催化剂活性的不断下降,需要相应地将操作温度逐渐提高。
2、反应压力
在乙酸乙烯地合成过程中,由于原料的单程转化率较低,乙烯的单程转化率一般在10%左右。因此,需要有大量的气体物料在系统内循环。乙酸乙烯合成反应属于分子数减少的反应,增加压力有利于反应向生成乙酸乙烯方向进行,同时加压使反应物的浓度提高,有助于反应速度的加快,这样就使得反应的空时收率能有所提高。
因此,提高压力不仅可使空时收率提高,而且有利于反应选择性的改善。当然压力的提高要受到设备条件的约束,设备的投资费用随着压力的升高而提高。这样从经济和安全方面考虑,通常乙酸乙烯合成过程的操作压力选为784.5kPa(8kgf/cm2)(表压)。
3、原料配比
原料配比的确定,首先要受物质的爆炸极限约束,乙酸乙烯合成过程有关物质的爆炸极限如下表所示。原则上说,物料配比应使其落在爆炸极限之外。

物料配比直接影响反应的转化率、选择性及空时收率。乙酸乙烯合成反应的转化率不宜控制得过高,要求循环气中的氧含量不低于2%,乙烯的单程转化率一般控制在10%,乙酸得单程转化率约18%,氧气的转化率在50~60%,反应选择性90~95%,空时收率在280~300kg/(m3·h)。
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组分
在空气中的爆炸极限,%(vol)
乙烯
2.75~28.6
乙酸
4.0~5.4
乙酸乙烯
2.6~13.6

本文发布于:2024-09-24 04:18:31,感谢您对本站的认可!

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