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CBDK加氢反应动力学及反应器研究认领

作者：

尤文焘

学位授予单位：

浙江大学

摘要：

2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇(CBDO)是制备高性能聚酯的重要二元醇单体,2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二酮(CBDK)加氢是CBDO工业化生产过程中的关键步骤。论文以Ru/C催化剂催化的CBDK液相加氢反应为研究对象,通过实验优化了加氢工艺条件,考察了反应动力学规律,并对滴流床加氢反应器进行了设计优化。论文的主要工作包括以下三个方面:使用搅拌釜式反应器研究催化剂浓度、反应压力和反应温度对CBDK加氢过程的影响,优化工艺条件。结果表明,在150～190℃,2～5 Mpa的操作范围内,副产物收率小于1%,副产物主要为加氢过程中的开环产物。因羰基与催化剂金属之间的σ-π配位键,CBDK、CBKO(中间产物)和CBDO三者在催化剂上竞争吸附,吸附平衡常数分别为951.9 L/mol、280.1 L/mol、60.0 L/mol。实验数据拟合得到的LHHW型动力学模型能够较好描述CBDK加氢反应过程,两步加氢主反应的活化能分别为34.7 kJ/mol 和 47.9 kJ/mol。借助小试滴流床反应器探究成型Ru/C催化剂催化的CBDK加氢反应规律。考察了反应温度、反应压力、质量空速及长周期运行对加氢反应的影响,并对滴流床上的表观反应动力学进行参数回归。基于欧拉两相流模型,建立了一种耦合孔隙率分布、相间传质及润湿效率的滴流床反应器模型,模拟计算结果表明壁面效应使CBDO收率下降5.07%,壁面区域液体流速高于均值,反应滞后于中心区域;模拟结果与实验数据吻合良好,证明了模型的准确性。将建立的滴流床模型与能量方程耦合,对年产1000吨CBDO的中试规模CBDK加氢滴流床反应器进行CFD模拟计算。结果表明,高长径比的反应器有着更高的产品收率及更好的控温效果,但床层压降也更高;原料配比(氢气与CBDK摩尔比)的增加有利于床层控温,但原料配比从10增加到25时,CBDO收率下降了 23.3%,床层单位压降增加了 25 kPa/m;反应器装填催化剂粒径为2～4 mm时,床层单位压降处在合理范围内。

摘要译文

关键词：

催化加氢; 动力学; CFD; 滴流床

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

化学工程与技术

导师：

成有为

中图分类号：

TQ223[脂肪族醇（醇、羟基化合物）及其衍生物]

学科分类号：

081702[化学工艺]

D O I：

10.27461/d.cnki.gzjdx.2022.000758