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《华东理工大学》 2017年
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邻甲氧基环己醇脱氢制愈创木酚的反应工艺开发和搅拌釜流场模拟

鲁航  
【摘要】:本文对邻甲氧基环己醇脱氢制备愈创木酚反应进行了热力学分析,研究工艺参数对反应平衡转化率的影响规律,提出了 4000吨/年愈创木酚脱氢反应工艺,并对釜式反应器内流场进行了 CFD模拟。采用Benson基团贡献法计算了邻甲氧基环己醇和愈创木酚的标准摩尔生成焓、标准摩尔熵和摩尔等压热容,确定了反应焓变、吉布斯自由能变和平衡常数与温度的函数式;利用UNIFAC基团贡献模型建立了邻甲氧基环己醇-愈创木酚-水三元体系液相活度系数关联式;考察了氢分压、温度及水醇比对脱氢平衡转化率的影响。针对邻甲氧基环己醇脱氢反应特征,考虑能量最大回收利用,设计了 4000吨/年愈创木酚反应工艺流程,并用ASPEN PLUS进行了反应流程模拟,确定了各股物流的参数与性质。CFD对单层桨搅拌釜式反应器内的流场进行了模拟,结果表明所选用的推进式搅拌器具有不错的轴向流动效果,但径向流动存在一定的不足;导流筒的存在可以促进搅拌釜内流体的轴向流动,但对径向流动改善效果不明显;挡板的存在对径向流动效果改善明显,对轴向流动也具有一定的效果。对带有挡板的双层搅拌釜内流场进行了模拟,结果表明相比较单层桨时,整个釜内的流动效果得到加强,同位置流体速度增大,死区减少。同时对气液两相流内的气含率分布进行了研究。
【关键词】:邻甲氧基环己醇 愈创木酚 脱氢 热力学分析 CFD模拟
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ051.72;TQ243.1
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 符号说明10-12
  • 前言12-14
  • 第1章 文献综述14-30
  • 1.1 愈创木酚简介及制备方法14-17
  • 1.1.1 邻氨基苯甲醚法14-15
  • 1.1.2 邻苯二酚法15-16
  • 1.1.3 邻甲氧基环己醇法16-17
  • 1.2 热力学分析17-18
  • 1.3 搅拌反应釜研究18-21
  • 1.3.1 搅拌装置结构18-19
  • 1.3.2 搅拌釜内流型19-21
  • 1.4 CFD简介21-22
  • 1.5 CFD中的搅拌模拟方法22-26
  • 1.5.1 "黑箱"模型法22-23
  • 1.5.2 内外迭代法23-24
  • 1.5.3 多重参照系法(MRF)24-25
  • 1.5.4 滑动网格法(SG)25
  • 1.5.5 "快速照相"法25-26
  • 1.6 CFD在搅拌釜中应用的进展26-29
  • 1.7 小结29-30
  • 第2章 热力学分析30-39
  • 2.1 研究目的30
  • 2.2 热力学计算30-33
  • 2.2.1 气态热力学计算30-32
  • 2.2.2 液态热力学计算32-33
  • 2.3 反应吉布斯函数和平衡常数33-35
  • 2.4 体系的气液平衡和反应平衡分析35-38
  • 2.4.1 邻甲氧基环己醇-愈创木酚-水三元体系液相活度系数的关联35-36
  • 2.4.2 温度和氢分压、水醇比对反应平衡转化率的影响36-38
  • 2.5 小结38-39
  • 第3章 反应工艺流程模拟39-44
  • 3.1 反应工艺剖析39
  • 3.2 反应工艺流程设计39-41
  • 3.3 反应工艺流程模拟41-43
  • 3.4 小结43-44
  • 第4章 单层桨搅拌模拟44-64
  • 4.1 单层桨搅拌釜内三维流场数值模拟46-53
  • 4.1.1 搅拌釜结构46
  • 4.1.2 单层桨搅拌模拟46-49
  • 4.1.3 结果与讨论49-53
  • 4.2 有导流筒的单层桨搅拌釜内三维流场数值模拟53-58
  • 4.2.1 搅拌釜结构53
  • 4.2.2 有导流筒的单层桨搅拌模拟53-54
  • 4.2.3 结果及讨论54-58
  • 4.3 有挡板的单层搅拌釜内的三维流场数值模拟58-63
  • 4.3.1 搅拌釜结构58
  • 4.3.2 有挡板的单层桨搅拌模拟58-59
  • 4.3.3 结果及讨论59-63
  • 4.4 小结63-64
  • 第5章 双层桨搅拌模拟64-73
  • 5.1 双层桨搅拌釜内单相流数值模拟64-67
  • 5.1.1 搅拌釜结构64
  • 5.1.2 前处理过程及求解64
  • 5.1.3 结果与讨论64-67
  • 5.2 双层桨搅拌釜内气液两相流数值模拟67-72
  • 5.2.1 欧拉模型控制方程67-69
  • 5.2.2 参数设置及模拟方法69
  • 5.2.3 结果分析69-72
  • 5.3 小结72-73
  • 第6章 结论与展望73-75
  • 6.1 结论73
  • 6.2 展望73-75
  • 参考文献75-80
  • 攻读硕士期间发表的学术成果80-81
  • 致谢81

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