年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目-反应器设计说明书.doc

年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目 PAGE 1 年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目 反应器设计说明 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 第一章 概述 1 第二章 主反应机理及动力学 3 2.1 反应机理 3 2.2 动力学方程 3 2.3 主要副反应 4 第三章 催化剂特性、失活原因及再生方法 5 3.1 催化剂特性 5 3.2 催化剂失活原因 5 3.3 催化剂的再生方法 5 第四章 反应器设计思路说明 6 4.1 反应器类型选择 6 4.2 换热方式选择 6 4.3 催化剂排布方式选择 6 4.4 反应器模型确定 7 第五章 反应器参数设定 8 5.1 催化剂床层数，催化剂用量与各催化剂床层进出口温度确定 8 5.2 空时及液体空速的确定 13 第六章 反应器内部结构设计 14 6.1 绝热隔板 14 6.2 液体分布器 14 第七章 反应器内径与塔高的计算 16 第八章 换热器设计 17 第九章 控制系统 19 第十章 反应器设计总结及在模拟中的应用 20 参考文献 21 年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目 PAGE 13 第一章 概述 化学反应过程和反应器是化工生产流程的中心环节，反应器的设计往往占有重要的地位。一个适合反应体系的反应器可大大提高目标产物的转化率且能保证稳定的操作环境。反应器的设计主要包括： 反应器选型； 确定合适的工艺条件； 确定实现这些工艺条件所需的技术措施； 确定反应器的结构尺寸； 确定必要的控制手段。 本反应器主要针对的是丙烯用双氧水直接环氧化生成环氧丙烷的反应，该反应的高效反应温度在40-65℃，反应压力为20bar。而该反应器设计两个最主要的难点也是这个反应两个最大的特点是： （1）反应为强放热反应，且允许反应温度范围较窄，温度过低会导致反应速率过低，温度过高则导致副反应加剧； （2）催化剂容易结焦失活，而连续工业化不允许频繁停车来更换催化剂，否则会导致产品质量的不稳定以及额外的能量与原料消耗。 针对上述两个反应特点，项目组创新性地设计了逐层外取热模拟移动床反应器（见图1.1）。该反应器实现了逐层取热功能，使反应体系温度保持在40-65℃的高效低副产反应温度范围，同时通过精密的控制系统，用原料进料口的切换与“6+1”的催化剂床层模式来实现生产和催化剂再生的一体化，不但解决催化剂失活再生问题，而且生产能力大、生产效率高。 图1.1 反应器结构示意图 第二章 主反应机理及动力学 该反应器主要针对的是HPPO法丙烯用双氧水直接环氧化制备环氧丙烷，该反应是一个连串反应，具体过程如下反应式所示： 2.1 反应机理 2.2 动力学方程 本反应为一连串反应，各步反应速率不同。 环氧化反应： 环氧丙烷醚化反应： 由动力学实验显示，副产丙二醇的量相对于丙二醇单甲醚的量很少，故丙二醇生成反应的速率对总反应速率的影响可忽略不计。故总反应的反应速率为： 2.3 主要副反应 第三章 催化剂特性、失活原因及再生方法 3.1 催化剂特性 本反应选择具有沸石微孔结构的TS-1催化剂，以SiO为载体，Ti为活性中心。每克催化剂表面积达到420-450m2，孔体积为0.18-0.26cm3。且催化剂可通过压制粘合技术制成不同颗粒形状不同大小的晶粒。本反应选用直径为0.5mm的齿形催化剂颗粒，堆密度为0.12g/cm3。 3.2 催化剂失活原因 根据研究，现在普遍认同的TS-1催化剂失活原因分为暂时性失活和永久性失活。暂时性失活是随着反应进行，产物环氧丙烷在水与甲醇作用下开环生成丙二醇与丙二醇单甲醚。这两种副产物在反应条件下又能与环氧丙烷反应，逐渐生成高聚物。这一系列的副反应都是在催化剂的微孔中进行，而生成的高聚物由于不能从催化剂的微孔中释放出来，堵塞了催化剂微孔，使活性位减少，催化剂逐渐失活。而永久性失活则是随着反应的进行，催化剂活性中心Ti流失，造成催化剂逐渐失活。 3.3 催化剂的再生方法 暂时性失活的催化剂可通过再生的方法恢复。再生方法分为外部再生与原地再生方法。外部再生方法是将失活的催化剂引出，在540℃的焙烧炉里面焙烧6个小时，将堵塞在催化剂微孔中的微