糠醛气相加氢反应动力学研究及单管反应器的数学模拟

摘要

该文采用的催化剂是该课题组开发的CuO/SiO2超细环境友好催化剂.在糠醛气相加氢反应中,该催化剂可在不同的反应条件下分别高活性、高选择性制取糠醇和2-甲基呋喃.在前期催化性能测试及结构表征的基础上,该文进行了糠醛气相加氢反应动力学的研究及单管反应器的数学模拟.采用固定床等温积分反应器进行反应动力学研究,用MATLAB对实验数据进行计算,求得动力学模型参数.(1)糠醛加氢制糠醇本征动力学研究表明:反应温度在383K~413K之间;催化剂装填量在4.0~5.5g范围内;接触时间小于10s时;外扩散的影响被消除.当催化剂的粒度小于0.7mm时,内扩散的影响被消除.(2)采用颗粒为Φ1.5×2mm左右的催化剂7.0g进行了糠醛气相加氢制糠醇宏观反应动力学研究.(3)在催化剂为直径为Φ1.5×2mm左右的圆柱状催化剂6.5g;温度为483K~513K;氢醛比为4.5~6;接触时间为4~10s,糠醛液相流量为1.8~3.6ml/h的条件下进行了糠醛气相加氢制2-甲基呋喃反应动力学研究.在动力学研究的基础上,该文对糠醛在Cu/SiO2催化剂上加氢分别制糠醇和2-甲基呋喃单管反应器模拟进行了初步研究.建立了一维数学模型,运用MATLAB语言采用Runge-Kutta法对建立的微分方程组进行数值求解.(1)在糠醛气相加氢制糠醇反应中,重点对反应器轴向温度分布进行了模拟分析.通过改变氢醛比、入口温度及催化剂负荷测定了糠醛的转化率及糠醇的收率,并与模拟结果进行了对比.(2)在糠醛气相加氢制制2-甲基呋喃反应中,进行了单管反应器模拟试验,考察不同操作条件下,床层的最高温度及入口温度与糠醛的转化率及2-甲基呋喃收率的关系.两个反应的对比结果均表明:所获得的动力学模型能正确地反映状态变量和操作参数的内在联系,将它用于反应器模拟,实验值与计算值基本吻合.

目录

文摘

英文文摘

沈阳化工学院学位论文独创性声明及沈阳化工学院学位论文使用授权声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2糠醛羰基加氢催化剂研究进展

1.2.1糠醛加氢制糠醇催化剂研究进展

1.2.2糠醛加氢制2-甲基呋喃催化剂研究进展

1.3糠醛羰基加氢反应动力学研究进展

1.3.1糠醛羰基加氢反应催化剂活性位的研究

1.3.2糠醛羰基加氢反应机理的研究

1.3.3糠醛羰基加氢反应动力学研究进展

1.4糠醛羰基加氢单管反应器的模拟进展

1.5反应器模拟研究进展

1.6论文工作设想

第二章实验研究方法

2.1动力学研究反应器的选择

2.2单管反应器数学模型的选择

2.3本实验采用的催化剂

2.4实验装置及流程

2.4.1动力学实验装置及流程

2.4.2单管反应器模拟实验装置及流程

2.5产品分析

第三章糠醛气相加氢反应动力学

3.1糠醛加氢制糠醇反应动力学研究

3.1.1实验条件的确定

3.1.2动力学预实验

3.1.3本征动力学实验数据测定

3.1.4宏观动力学实验数据测定

3.1.5实验结果与数据处理

3.2糠醛加氢制2-甲基呋喃反应动力学

3.2.1实验条件的确定

3.2.2床层等温实验

3.2.3动力学实验条件的确定

3.2.4动力学实验数据测定

3.2.5反应动力学参数的确定

3.2.6动力学模型方程的检验

第四章糠醛羰基加氢单管反应器的数学模拟

4.1单管反应器模拟实验

4.2数学模型的建立

4.3物性参数计算

4.3.1临界参数

4.3.3反应热△H

4.4数学模型的求解

4.5糠醛制糠醇单管反应器的数学模拟

4.5.1单管反应器操作条件分析

4.5.2模拟结果与实验数据的比较

4.5.3数学模拟分析

4.6糠醛加氢制2-甲基呋喃单管反应器的数学模拟

4.6.1单管反应器操作条件分析

4.6.2实验结果与模拟结果的比较

4.6.3模拟结果分析

第五章 结论

符号说明

参考文献

附图

硕士期间发表的论文

致 谢