乙炔法合成氯乙烯的固定床反應(yīng)器建模及分析.pdf

1、氯乙烯(VCM)是合成聚氯乙烯(PVC)樹脂的單體，PVC是五大通用樹脂之一，性能優(yōu)越，用途廣泛。本文重點對國內(nèi)PVC生產(chǎn)企業(yè)普遍采用的乙炔和氯化氫在固定床反應(yīng)器中合成VCM的過程結(jié)合工廠的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模及優(yōu)化分析，以便指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)實踐。
　　本文基于乙炔和氯化氫合成VCM的兩種反應(yīng)動力學(xué)（記為反應(yīng)動力學(xué)Ⅰ和反應(yīng)動力學(xué)Ⅱ），分別建立了該反應(yīng)的固定床反應(yīng)器一維均相數(shù)學(xué)模型。利用工廠的實際反應(yīng)器裝置參數(shù)和操作參數(shù)，進(jìn)行模型

2、對比，表明反應(yīng)動力學(xué)Ⅱ的計算結(jié)果更符合工業(yè)生產(chǎn)的實際值，確定了模型的反應(yīng)動力學(xué)方程;在此基礎(chǔ)上，建立了固定床反應(yīng)器的二維擬均相數(shù)學(xué)模型，比較了二維擬均相模型的管內(nèi)溫度平均值和中心軸值沿管長的分布與一維模型計算的管內(nèi)溫度沿管長的變化，表明二維擬均相模型的中心軸值沿管長的分布與一維模型計算的管內(nèi)溫度沿管長的變化非常一致。一維模型和二維擬均相模型分別用Fortran和Matlab編程求解，前者采用的是龍格—庫塔算法，后者采用的是克蘭克—尼科爾

3、森方法(Crank-Nicolson)算法，為了求解簡便，本文采用一維模型對乙炔和氯化氫合成VCM的反應(yīng)規(guī)律進(jìn)行研究，并采集了某工廠前臺反應(yīng)器某一時間段的溫度數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明，模擬結(jié)果與實際數(shù)據(jù)比較符合，該模型具有一定準(zhǔn)確性和可靠性。
　　利用已建立的乙炔和氯化氫合成VCM的固定床反應(yīng)器模型研究了影響VCM生產(chǎn)的各個因素，分析了乙炔空速u和催化劑活性a對反應(yīng)影響較大并且存在一定關(guān)聯(lián)，并給出了二者的關(guān)聯(lián)關(guān)系;分析了工

4、業(yè)生產(chǎn)中所用的最佳的循環(huán)熱水溫度85-93℃、進(jìn)料溫度應(yīng)保持不小于80℃和最佳的進(jìn)料比應(yīng)在1.05左右。
　　本文對已建立的模型進(jìn)行完善與優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合了傳熱系數(shù)計算方程、催化劑失活動力學(xué)方程，建立了完整的乙炔法合成氯乙烯的固定床反應(yīng)器動態(tài)模型，利用該模型計算了反應(yīng)器中溫度、乙炔轉(zhuǎn)化率、總傳熱系數(shù)和催化劑活性沿管長隨時間的變化情況，同時對單組反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化控制，得出符合實際的操作過程，以上研究結(jié)果表明，該模型可用于VCM合成的工業(yè)