A MODEL OF DIFFUSION - REACTION PROCESSES OVER A CATALYST PELLET FOR NON - IDEAL REACTION SYSTEM (Ⅱ) NUMERICAL SIMULATION EXAMPLES

在本文(I)报建立的非理想尘气模型和非理想广义Stefan-Maxwell模型的基础上,结合常规反应-扩散模型,以氨和甲醇合成为例,研究了反应物系的非理想性对单颗粒催化剂效率因子模拟结果的影响.这些模拟结果之间以及甲醇合成模拟值与实验值之间的对比分析表明:描述这两个反应体系催化剂颗粒上的反应-扩散问题,必须考虑反应物系的非理想性.对于氨的合成,非理想费克模型已足以近似描述颗粒内的反应-扩散过程;但对于以CO/CO_2/H_2为原料的甲醇合成,采用非理想广义Stefa-Maxwell模型或非理想尘气模型比较适宜.     

单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型(Ⅱ)实例分析

在本文(I)报建立的非理想尘气模型和非理想广义Stefan-Maxwell模型的基础上,结合常规反应-扩散模型,以氨和甲醇合成为例,研究了反应物系的非理想性对单颗粒催化剂效率因子模拟结果的影响.这些模拟结果之间以及甲醇合成模拟值与实验值之间的对比分析表明:描述这两个反应体系催化剂颗粒上的反应-扩散问题,必须考虑反应物系的非理想性.对于氨的合成,非理想费克模型已足以近似描述颗粒内的反应-扩散过程;但对于以CO/CO_2/H_2为原料的甲醇合成,采用非理想广义Stefa-Maxwell模型或非理想尘气模型比较适宜.     

单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型(Ⅰ)——非理想体系反应-扩散模型的建立

基于力平衡和通量的观点,建立了多孔催化剂上非理想体系的反应-扩散模型.该模型综合考虑了非理想气体反应体系的热力学特性和各组分通量之间的相互耦合作用;此外,该模型可根据实际情况依次简化为常规意义上的尘气模型、广义Stefan-Maxwell模型和费克扩散模型.作为单颗粒催化剂上反应-扩散过程通用模拟软件开发的基础,该模型明显优于其他常规模型.     

单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型(I)非理想体系反应-扩散模型的建立

基于力平衡和通量的观点,建立了多孔催化剂上非理想体系的反应-扩散模型.该模型综合考虑了非理想气体反应体系的热力学特性和各组分通量之间的相互耦合作用;此外,该模型可根据实际情况依次简化为常规意义上的尘气模型、广义Stefan-Maxwell模型和费克扩散模型.作为单颗粒催化剂上反应-扩散过程通用模拟软件开发的基础,该模型明显优于其他常规模型.     

单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型(Ⅰ)——非理想体系反应-扩散模型的建立

基于力平衡和通量的观点,建立了多孔催化剂上非理想体系的反应-扩散模型.该模型综合考虑了非理想气体反应体系的热力学特性和各组分通量之间的相互耦合作用;此外,该模型可根据实际情况依次简化为常规意义上的尘气模型、广义Stefan-Maxwell模型和费克扩散模型.作为单颗粒催化剂上反应-扩散过程通用模拟软件开发的基础,该模型明显优于其他常规模型.     

乙基叔丁基醚合成反应动力学

乙基叔丁基醚一般由乙醇和异丁烯合成,以阳离子交换树脂为催化剂．研究了外扩散阻力为零时的合成反应宏观动力学模型．其本征动力学采用广义Langmuir-Hinshelwood速率方程,将反应速率用液相活度系数关联．内扩散用广义Maxwell-Stefen方程描述,以组分的化学位梯度为扩散推动力．本模型较好地描述了非理想反应物系统的吸附特性和扩散过程．用文献中的实验数据对模型作了检验.     

不规则形状A301氨合成催化剂内扩散有效因子

对于不规则形状A301氨合成催化剂,测定了其形状系数和球化的当量直径及高压下本征动力学方程,用SPSR法测定了不规则催化剂颗粒的曲折因子,根据多组分单一反应等温球形A301氨合成催化剂内反应-扩散-维模型,用正交配置法结合解非线性方程组的Broyden拟牛顿法求解了模型,获得了催化剂粒内各组分的浓度分布和催化剂的内扩散有效因子.利用所测得的高压下A301催化剂的总体速率对模型进行了检验,模型计算值和实验值吻合,表明球化模型和所得当量直径、曲折因子等模型参数可用于描述A30l催化剂内的反应-扩散过程及工程设计计算.     

8MPa条件下甲醇合成的宏观动力学

在内循环无梯度反应器中测定了甲醇合成反应的宏观动力学,实验压力为8 MPa,反应温度190～250℃,实验采用国产NC309催化剂,直径为Φ5mm×5mm的圆柱状颗粒,原料气组成覆盖工业生产范围.选取以各组分逸度表示的CO、CO2加氢合成甲醇的Langmuir-Hinshelwood双速率反应动力学模型.根据实验所得到...     

鼓泡淤浆床甲醇合成(Ⅰ)数学模型及试验验证

建立了一套Φ0 .2m鼓泡淤浆反应器热模试验装置 ,并完成了连续运行 10 0 0h的装置可操作性与稳定性考核试验 .试验中 ,合成反应温度 498～ 5 2 5K ,压力 2 .5～ 3 .1MPa ,质量空速 45 0 0～ 75 0 0L·kg^-1·h^-1,原料气中CO摩尔分率 0 .31.结合热模试验及合成系统的特点 ,得到了计入液相轴向返混、催化剂颗粒轴向分布及气 -固相本征动力学的数学模型 .由该模型得到的甲醇产率及出口甲醇摩尔分率的计算值与热模试验值吻合良好 .将合成压力外推至 5 .0MPa ,通过验证后的模型所得到的模拟数据与美国中试结果相当 ,表明热模试验中所采用的国产C30 2催化剂与医用液体石蜡惰性溶剂互适性良好     

复合固体超强酸SO2-4/TiO2-ZrO2催化合成富马酸二甲酯

合成并表征了新型的复合无机固体超强酸SO2-4/TiO2-ZrO2催化剂,用正交试验方法研究了催化富马酸与甲醇反应合成富马酸二甲酯(DMF)的反应条件,同时考察了催化剂活化温度与催化活性之间的关系.实验结果表明反应物富马酸与甲醇摩尔配比1∶6,催化剂活化温度为550 ℃,催化剂用量2.0%(反应物总质量),反应时间6 h,DMF平均收率91.2%.     

输送床甲烷化催化剂颗粒的热质传递行为与反应机制

采用数值模拟对输送床甲烷化的粒径100μm级单颗粒催化剂的反应与热传递行为进行了研究,揭示了反应热在单颗粒催化剂上的动态传递规律和典型条件下的反应控制机制。在输送床反应器中,热传递效率高,进入反应器的单个催化剂颗粒温度一般在0.1 s左右即可达到稳态。稳态的100μm级催化剂颗粒表面、中心、流体之间的温差很小,但催化剂颗粒的径向温度表现为由表面向中心逐渐升高的分布,证明了甲烷化反应热升高了催化剂颗粒温度,建立了温度升高的催化剂颗粒与反应气氛之间的热传递平衡。模拟甲烷化反应速率与组分气体在催化剂颗粒内的分布,揭示了在加压和较高气速反应条件下,反应物向催化剂颗粒的扩散加快,催化剂颗粒的局部甲烷化反应受动力学控制,反应速率由中心向表面逐步减低。反之,常压与低气速条件使得催化剂颗粒的甲烷化反应受气体扩散控制,反应速率自表面向中心逐渐降低。     

联醇装置对铜洗工序的影响

1概述 我公司是以煤焦为原料年产18万t合成氨的中氮企业,其中一期年产8万t合成氨、2万t甲醇,采用栲胶法脱硫、中变串低变、变脱、热钾碱法脱碳净化、联醇、铜洗精炼至氨合成流程.联醇装置由资江氮肥厂设计,采用部分原料气循环合成的工艺流程.甲醇合成的循环机为原合成系统的两台2D-4/285-320型往复循环机,联醇装置的生产负荷通过调节变换气和脱碳净化气中的CO、CO2含量来控制,联醇催化剂采用C207铜基催化剂.     

C3O1铜基催化剂甲醇合成反应动力学——(Ⅲ)平行反应的效率因子

对于铜基催化剂上甲醇合成反应,选取C0和CO_2的加氢反应作为关键反应,CO和CO_2作为关键组分,本文提出了求算C301铜基催化剂对于这两个平行反应效率因子的关键组分扩散模型,求得效率因子ζco、ζco_2的数值解.在内循环无梯度反应器中测定了5MPa压力下,Φ5×5mm柱状C301催化剂只计入内扩散影响的宏观反应速率,获得ξco、ξco_2的实验测定值.ξco、ξco_2的模型计算值与实验值比较的结果表明该模型是计算平行反应效率因子的简便而可行的方法.     

MTP固定床反应器床层-颗粒双尺度耦合数学模型

针对甲醇制丙烯(MTP)体系反应快,内扩散影响显著的特点,考察了催化剂颗粒大小对反应的影响,提出了床层-颗粒双尺度耦合模型。模型同时考虑了床层及颗粒内的流动、热量和物质传递、以及化学反应在不同尺度上的物理化学过程,较好反映了整个反应器床层不同位置处催化剂粒径对反应结果的影响规律。模拟结果表明,反应器的进料端甲醇浓度高,反应速率快,适合选用小尺寸催化剂颗粒,以减少内扩散的限制;而在反应器床层的中后段,大颗粒催化剂对提高丙烯的选择性更有利。据此提出了MTP反应器不同尺寸颗粒的催化剂组合填充方式。     

完全液相制备催化剂上合成二甲醚动力学研究

采用浆态床反应器,研究了用完全液相法制备的Cu-Zn-A l双功能催化剂上CO加氢直接合成二甲醚(DME)的反应动力学。按CO加氢先合成CH3OH,再由CH3OH脱水生成DME二步串联的反应机理,根据不同的中间产物及控制步骤分别建立了动力学模型,以反应物的平衡浓度代替逸度进行计算,最终选取的模型计算值和实验值吻合较好,说明采用L-H型动力学模型可以合理地描述催化剂表面的反应过程,模型参数计算结果表明,催化剂表面对CO2的弱吸附是该催化剂在浆态床中稳定性较好的主要原因之一。     

复合固体超强酸SO_4~(2-)/TiO_2-ZrO_2催化合成富马酸二甲酯

合成并表征了新型的复合无机固体超强酸SO2 -4 /TiO2 ZrO2 催化剂 ,用正交试验方法研究了催化富马酸与甲醇反应合成富马酸二甲酯 (DMF)的反应条件 ,同时考察了催化剂活化温度与催化活性之间的关系。实验结果表明 :反应物富马酸与甲醇摩尔配比 1∶6 ,催化剂活化温度为 5 5 0℃ ,催化剂用量 2 .0 % (反应物总质量 ) ,反应时间 6h ,DMF平均收率 91.2 %。     

化工学报 1999年 第50卷 总目次

题目作者期页用同伦延拓算法模拟热偶精馏过程………………………………、…··、··周爱月王瑜崔玉林二（l）单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型（1）非理想体系反应-扩散模型的建立………………………………………李建伟赖海明施小丁李成岳1（8）单颗粒催化剂上非理想体系的反应-扩散模型门）实例分析…………………………………………………………………李建伟赖海明施小丁李成岳1（15）软测量在检测碳酸化塔中COZ浓度的应用………………………………王根平张玉润周春晖1（22）二氧化硫强制动态氧化过程的模型化m）模型参数的…     

模拟单颗粒催化剂上多组份反应扩散过程的通用软件的开发

本文在尘气传递模型的基础上,开发了在微机上实现的模拟单粒催化剂多组份多反应体系反应扩散过程的通用软件。它可用于横拟速率方程为任意形式的,扩散系数随温度、浓度变化的,不同形状颗粒、粒外有或无扩散效应时等温或非等温的反应扩散过程。本软件具有管理功能强、模型精度高、算法先进以及适用性广等特点,并配有彩色图形输出,是辅助催化剂设计和分析反应器性能的有效工具。     

德士古水煤气制甲醇与焦炉气制甲醇的比较

对德士古水煤气制甲醇和焦炉气制甲醇的两套生产能力相同的合成装置进行了比较.相同点为:采用的甲醇合成塔器相同,催化剂相同,生产甲醇的工艺条件相同,催化剂升温还原处理方法相同;不同点为:技术路线不同,气体成分不同,精甲醇产品质量不同.认为合成甲醇在相同的工艺操作条件下,由于反应气体成分的不同,造成了反应途径的区别,即焦炉气制甲醇在高CO2的条件下(体积分数6%~9%),甲醇合成反应主要是以甲酰基途径合成;德士古水煤气制甲醇在高CO条件下(体积分数15%-16%),甲醇合成反应主要是以甲酸基途径合成.     

液相法甲醇合成过程中机械搅拌反应器的模拟

本文对C301及C302两种不同催化剂条件下机械搅拌反应器内液相法甲醇过程进行了模拟,模拟中节气液之间的传质过程及催化剂气固相本征反应动力学,主要模拟条件：温度483K－528K,压力2．0MPa-6．0MPa,原料气中CO浓度0．06－0．45。模拟结果表明,在C301与C302催化剂条件,隆成总体速率的模拟计算与实测值相吻合,平均偏差分别为7．98％和11．92％,可以认为,气固相本征动力学模型应用于液相甲醇合成过程的工程设计与过程分析是适用和可靠的。