Optimization of fixed-bed reactor for ethylene oxidation

摘要

在本文中，我们可以得到环氧乙烷的物化性质和工艺等相关信息。乙烯和氧气在银催化作用下生成环氧乙烷。主要有两个反应:1）乙烯部分氧化制备环氧乙烷;2）乙烯完全氧化生成二氧化碳和水。由于主要反应原料中乙烯的成本较高，因此通过优化该反应的选择性，可以降低乙烯的用量。
　　本文通过建立一个固定床反应器的数学模型使用Matlab进行计算。通过文献调研，获得反应物的性质和反应机理。本文的部分工作是找到系统相关合适的二维模型。该模型参考了K.R.Westerterp和K.J.Ptasinski等关于平行反应的反应器模型的研究成果。K.R.Westerterp和K.J.Ptasinski已经进行了多项研究，提出了银催化剂上的乙烯的氧化反应动力学模型。
　　人们认为，银能以多种方式吸附氧，这是银催化氧化乙烯制环氧乙烷高效的基础。该模型包括两种条件，绝热反应器模型和等温反应器模型。反应的选择性和活性减小，由于反应器入口处温度的增加。动力学模拟中的参数主要来源子文献，然后调整这些参数以适应三个不同的操作条件。得出的结论是，在操作期间两个反应的活化能增加，必须通过增加反应器温度进行补偿。同时由于活化能增加反应的选择性降低，形成了更多的二氧化碳和水。
　　在反应过程中，固体催化剂由于进料中的杂质和本身的烧结，在使用一段时间后失活。提高反应器的操作温度有利于反应催化剂的活性，但不利于乙烯部分氧化，降低了反应的选择性。因此，有必要对反应器的温度分布进行优化，平衡反应的活性和选择性，从而最大限度地提高过程的利润。

目录

声明

摘要

ABSTRACT

NOMENCLATURE

Chapter 1．Introduction and Literature review

1．1 Introduction

1．2 Brief information for Ethylene Oxide properties

1．3 Ethylene oxide in industry and its importance

1．3．1 Synthesis of ethylene oxide through ethylene ehlorohydrin

1．3．2 Catalytic oxidation of ethylene

1．3．3 Homogeneous gas-phase oxidation of ethylene in ethylene oxide

1．3．4 Uses of ethylene oxide

1．4 Process description

1．4．1 Direct oxidation process

1．5 Optimization theory

Chapter 2 Reactor conception

2．1 Modeling of Fixed-bed Reactor

2．1．1 Adiabatic reactors

2．1．2 Tubular reactors

2．1．3 The combined reactors

2．2 Process technology consideration

2．3 Ethylene oxide reactor model assumptions

2．3．1 Catalyst deactivation

2．3．2 Solution Procedure

Chapter 3 Model development for ethylene oxide process

3．1 Introduction

3．2 Reaction Chemistry and Mechanism

3．3 Kinetics

3．3．1 Flat velocity profile

3．4 Orthogonal collocation

3．4．1 Orthogonal collocation for axial derivatives

4．1 Model validation

4．2 Catalyst deactivation model

4．2．1 Catalyst deactivation model validation

4．3 Sensitivity Analysis

Chapter 5 Conclusion

References

ACKNOWLEDGMENTS

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