聚氯乙烯(PVC)是世界上使用最廣泛的塑料之一,它在膜、建筑材料、包裝、醫(yī)療器械等方面具有非常重要的作用。而氯乙烯(VCM)是聚氯乙烯的單體,所以氯乙烯的制備是生產(chǎn)聚氯乙烯的前提�，F(xiàn)如今,應(yīng)用最廣的氯乙烯工藝主要分為以天然氣為原料的乙烷法、以石油資源為原料的乙烯法和以煤炭為原料的乙炔法三種。在中國富煤少油的能源形勢下,以煤化工為基礎(chǔ)的乙炔法成為了中國生產(chǎn)VCM的主要生產(chǎn)方式�，F(xiàn)如今工業(yè)上乙炔法主要使用氯化汞作為活性組分的催化劑,但是隨著《水俁汞防治公約》的簽訂,乙炔法迫切需要使用一種新型綠色催化劑來進行工業(yè)化生產(chǎn)�，F(xiàn)如今,研究學(xué)者對新型綠色的催化劑進行了大量的研究,但是還未見工業(yè)化研究成果。本文主要針對所設(shè)計新型綠色催化劑進行研究及其適宜反應(yīng)器的模擬設(shè)計優(yōu)化,并對氯乙烯的合成轉(zhuǎn)化工序的設(shè)備進行設(shè)計。本文主要研究內(nèi)容分為以下三個部分:(1)為將一種活性高,壽命長的金基催化劑工業(yè)化,對該催化劑進行本征動力學(xué)的研究。在合理假設(shè)催化劑的反應(yīng)機理的條件下,通過使用Langmuir吸附等溫線方程推導(dǎo)出乙炔氫氯化的反應(yīng)動力學(xué)方程,并計算出了該催化劑在乙炔氫氯化反應(yīng)中所需要的活化能。該方程與實驗值較為接近,證明了假設(shè)的合理性與動力學(xué)方程的準(zhǔn)確性,能夠用來模擬工業(yè)的生產(chǎn)運行。并且基于所得出的動力學(xué)方程,用一維固定床反應(yīng)器模型對反應(yīng)過程進行模擬分析,對其催化劑床層的溫度和濃度進行了模擬,對實驗室反應(yīng)器提供改良措施。(2)在催化劑工業(yè)化過程中,通過對乙炔氫氯化反應(yīng)熱力學(xué)的計算,確定了反應(yīng)的極限。通過反應(yīng)平衡所能達到的最高轉(zhuǎn)化率和選擇性確定了該反應(yīng)所適宜的反應(yīng)溫度。通過使用Aspen Plus模擬軟件在恒溫反應(yīng)器中對該催化劑進行分析,確定適宜操作條件。分別在絕熱反應(yīng)器和換熱反應(yīng)器中對乙炔氫氯化反應(yīng)進行模擬分析以及優(yōu)化,得出反應(yīng)器的操作條件。針對工業(yè)現(xiàn)有反應(yīng)器乙炔出口轉(zhuǎn)化率不滿足生產(chǎn)求這一情況,對反應(yīng)器形式作出改進,使乙炔最終出口轉(zhuǎn)化率達到99%以上。(3)針對所設(shè)計的反應(yīng)器,對5萬噸/年電石乙炔法合成氯乙烯的工藝過程進行設(shè)計計算,對整個工藝流程進行物料和能量衡算,在滿足節(jié)能環(huán)保的前提下,對整個工藝進行優(yōu)化設(shè)計。通過對所設(shè)計的流程優(yōu)化,將原先預(yù)熱所使用的飽和蒸汽替換為反應(yīng)產(chǎn)物,達到了節(jié)約預(yù)熱器的生產(chǎn)成本和工業(yè)飽和蒸汽的使用量,具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。通過對氯乙烯生產(chǎn)過程中主要設(shè)備的計算,為工業(yè)設(shè)備制造提供了數(shù)據(jù)參考。
【學(xué)位單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ426;TQ222.423
【部分圖文】：

圖 2-1 金基催化劑性能測試Fig.2-1 Conversion of acetylene of catalystsction condition: Temperature(T)=180℃；V(HCl):V(C2H2)(I)GHSV=360h-1;(II)GHSV=180h-1;(III)GHSV=36h-1對該金基催化劑在乙炔氫氯化反應(yīng)中的壽命進行 1 可知，在前 470 小時，該催化劑的初始轉(zhuǎn)化炔轉(zhuǎn)化率逐漸降低。當(dāng)轉(zhuǎn)化率低至 55%左右時，化率上升到 80%以上，在 180h-1空速下反應(yīng) 45左右。然后再將乙炔空速減小至 36h-1，乙炔的轉(zhuǎn)行，在反應(yīng)了 1312 小時后，催化劑的轉(zhuǎn)化率降低對氯乙烯的選擇性幾乎沒有變化。評價評價流程氯化反應(yīng)的動力學(xué)數(shù)據(jù)通過實驗室自制的微型固。反應(yīng)的溫度通過溫度控制儀和溫度顯示儀控制。為防止反應(yīng)裝置其他氣體雜質(zhì)對反應(yīng)的影響，

圖 2-2 催化劑性能評價裝置示意圖Fig.2-2 Catalyst experimental setup1. 氯化氫；2.乙炔；3、4.鋼瓶總閥；5、6.減壓閥；7、9.過濾器；8、10.質(zhì)量流量計；11.反應(yīng)器；12.吸收瓶2.4.2 催化劑性能評價計算反應(yīng)后乙炔的轉(zhuǎn)化率（AX ）和氯乙烯的選擇性（VCMS ）使用下式計算：00100%A AAAXφ φφ = ×100%1VCMVCMASφφ= × 在上述公式中，A0φ 表示在反應(yīng)氣中乙炔的摩爾分數(shù)，Aφ 表示反應(yīng)產(chǎn)物中乙炔摩爾，VCMφ 表示反應(yīng)產(chǎn)物中氯乙烯的摩爾分數(shù)。在動力學(xué)計算中，分別測定在 383，403，423，443K 各溫度下,乙炔轉(zhuǎn)化率隨空時，w/FA值和乙炔氯化氫配比的變化，將其所測得的具體數(shù)值代入所得的動力學(xué)公式中，利

圖 3-1 內(nèi)擴散的消除Fig.3-1 Elimination of internal diffusion擴散有效因子計算：分為兩種形式[60]：當(dāng)λ/2r≤10-2時，此時的內(nèi)擴散時內(nèi)擴散被稱為努森擴散。在努森擴散這種情況下孔半徑 r 有關(guān)。D 可按下式估算：D = 9.7 10 r T M由程 λ 可用下式計算：cm為 Pa0.1013MPa 下氣體分子的平均自由程近似等于 10λr=103.04 10= 32.89 > 10催化劑顆粒內(nèi)的擴散屬于努森擴散，其擴散系數(shù)D = 9700 (1.02 10 )45326= 0.01724 cm /D =V ρ D= 0.87 0.01724ρ
【參考文獻】

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