催化蒸馏元件的流体力学性能研究

摘要

催化蒸馏是一种将化学反应和蒸馏分离耦合在同一设备中的过程强化节能技术，具有成本小、操作费用低、节能、收率高及选择性好等优点，因此得到了广泛应用。而催化剂的装填方式一直是催化蒸馏技术研究的关键和热点问题，装填方式的好坏会直接影响到催化蒸馏过程的运行和蒸馏分离过程与催化反应的耦合效果。在前人的研究基础上，本文提出了一种新型的反应液与催化剂渗流接触式的催化蒸馏元件，并对其流体力学性能及影响因素进行系统研究，为该元件的工业设计放大提供基础数据。
　　本实验设计了三种不同气相流通截面分率的元件，采用空气-水体系，在内径为Φ200 mm，高1200 mm的塔内，分别测定了各元件在装填树脂颗粒催化剂的流体力学性能。通过改变催化剂装填高度、气相和液相流体温度等操作条件，考察流速与塔压降和泛点气速的关系，并进行比较分析。实验结果表明：
　　（1）干塔压降和湿塔压降、泛点气速均不受催化剂装填高度的影响，但随着气相流通截面分率的减小而增大；加热后的液体使得树脂催化剂发生溶胀，床层空隙率减小，降低了元件内气相通道的有效截面积，床层压降增大，同时使得催化剂床层内的液体渗流速率降低，催化剂上方液体累积加快，液泛现象提前出现。
　　（2）催化剂装填高度一定时，随着气相流通截面分率的减小，元件内的催化剂装填区域面积增大，元件内的动持液量增加；催化蒸馏元件的气相流通截面分率一定时，催化剂装填量越大，液体在催化剂床层内的渗流阻力越大，渗流速率变慢，因此催化剂床层上方的液体累积速率加快，动持液量增大。
　　（3）实验得到了不同气相流通截面分率的元件在催化剂装填高度为60 mm和70 mm时的干塔压降、湿塔压降、泛点气速及动持液量的预测关联式；进一步回归关联式系数与元件的气相流通截面分率可得到二者的关系表达式，由此式可计算得到任一气相流通截面分率下的预测关联式。各关联式误差均在±6.4％以内，可为新型催化蒸馏元件的进一步工业放大设计提供基础数据。

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前言

第一章 文献综述

1.1 概述

1.2 催化剂装填技术

1.2.1 气、液、固三相混合接触式

1.2.2 气-液与液-固两相分别接触式

1.3 反应段的流体力学性能研究

1.4 催化蒸馏技术的应用

1.4.1 醚化反应

1.4.2 酯化反应

1.4.3 烷基化反应

1.4.4 加氢反应

1.5 本文主要研究内容

第二章 催化蒸馏塔床层压降的研究

2.1 催化蒸馏塔压降的研究方法

2.2 新型催化蒸馏元件

2.2.1 催化蒸馏元件的结构

2.2.2 催化蒸馏元件的装填方式

2.2.3 催化蒸馏元件的特点

2.2.4 本实验采用的装填结构

2.3 实验内容

2.3.1 实验装置及流程

2.3.2 实验方案

2.3.3 实验方法与步骤

2.4 实验结果与讨论

2.4.1 干塔压降

2.4.2 湿塔压降

2.4.3 泛点气速

2.4.4预测关联式

2.5 本章小结

第三章 催化蒸馏元件的动持液量研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验装置及流程

3.1.2 实验方法

3.1.3 实验方案

3.2 实验结果及讨论

3.2.1 液体喷淋密度对动持液量的影响

3.2.2 气相流通截面分率对动持液量的影响

3.2.3 催化剂装填高度对动持液量的影响

3.2.4 预测关联式

3.3 本章小结

第四章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢