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反应精馏过程多尺度建模及模拟

杨超  
【摘要】:反应精馏,耦合了催化反应和精馏在一起的操作单元,实现了反应产物的原位分离,与传统的反应过程和精馏过程相比,其有着提高产品转化率,提高反应选择性,避免共沸物的形成等优点。建立和开发精准的反应精馏过程的模型,对生产实践和理论研究具有重要的指导意义。反应精馏过程存在不同的特征尺度,本文分别建立基于催化剂颗粒尺度、规整催化剂填料床层尺度和整个塔尺度三个不同层次结构的数学模型,使用多畴建模方法,对三个尺度的模型方程进行整合,得到完整地描述整个反应精馏过程的数学模型,即反应精馏多尺度模型。以甲基叔丁基醚(MTBE)的合成作为算例,反应精馏塔装填KATAPACK-S规整填料,对多尺度模型进行求解。求解结果与平衡级模型和非平衡级模型进行对比,结果表明多尺度模型模拟得到的结果符合规律,且能更详细地描述反应精馏过程的细节。为考察流过反应段反应区和汽液传质区流体流率的不同对整个反应精馏塔行为的影响,多尺度模型引入了一个分流因子η,把反应段流率分为两股,流入反应区流股流率为η?l,流入传质区流股流率为)1(?-ηl。分流因子分别取值为0.4、0.45、0.5、0.60、0.65、0.70、0.75,进行模拟,结果表明流过反应段反应区流股流率增大有利于提高产品产率,却不利于提高塔底产品组成。为考察催化剂颗粒直径大小对整个反应精馏塔的影响,分别取催化剂颗粒直径为0.8mm、1.6mm和2.4mm进行模拟。结果表明随催化剂颗粒直径增大,固液传质减弱,MTBE产率下降。


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