二段径向绝热固定床乙苯脱氢反应器设计

苯乙烯属于机化工原料,其生产方法主要由乙苯和水蒸气反应制得，其反应器主要采用绝热固定床,有轴向和径向绝热床等。目前反应器设计及最优化,必须要有化学反应动力学模型和反应器数学模型。本次设计利用乙苯脱氢反应动力学模型,建立了一维径向微分绝热反应器数学模型,由于动力学方程的非线性性质，一般很难获得其解析解，因此本设计用MATLAB中拟均相一维模型（常微分方程）的初值问题ode45数值解法模拟计算了二段径向绝热固定床反应器一二段反应器的径向尺寸，同时对反应器的高度、体积、催化剂填充量等主要工艺尺寸进行了计算，绘制了二段绝热乙苯脱氢反应器的工艺条件图及设备布置图。

关键词乙苯脱氢；数学模型；MATLAB；径向固定床

Abstract

Styrene is an important organic chemical products, its production method is mainly composed of ethyl benzene by catalytic dehydrogenation under excess water vapor.Ethyl benzene dehydrogenation reactor was mostly adopt the adiabatic fixed bed, how long axial thermal insulation or radial adiabatic bed, etc.The reactor design and optimization, must have the reaction kinetics model and reactor model.Using ethyl benzene dehydrogenation reaction kinetics model of the design, consider the influence of mass transfer, heat transfer, established the one-dimensional radial differential mathematical model of adiabatic reactor, due to the nonlinear nature of dynamic equation, generally difficult to obtain the analytical solution, so this design using MATLAB to homogeneous one-dimensional model (ordinary differential equation initial value problem of ode45 simulation numerical methods to calculate the secondary radial adiabatic fixed bed reactor of one section of the reactor radial dimension, to the height of the reactor at the same time, main technology, such as volume, catalyst filling quantity size was calculated, mapped the second period of adiabatic ethylbenzene dehydrogenation reactor process conditions and equipment layout.

KeywordsEthyl benzene dehydrogenation;Mathematical model;MATLAB; Radial fixed bed

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1苯乙烯的介绍1

1.1.1苯乙烯的性质1

1.1.2苯乙烯的用途1

1.2苯乙烯国内外市场分析及预测2

1.2.1国外市场分析及预测2

1.2.2国内市场分析及预测2

1.3乙苯脱氢工艺生产现状2

1.3.1苯乙烯的生产方法研究进展2

1.3.2径向流反应器的发展3

1.3.3国内外乙苯脱氢催化剂的研究进展3

1.4本次设计任务书4

1.5本次反应器设计的方法手段5

1.6本文的设计思路5

1.7本课题的来源5

1.8本章小结6

2苯乙烯生产工艺7

2.1乙苯脱氢制苯乙烯的工艺原理7

2.2主要生产方法7

2.3乙苯脱氢固定床反应器的选择8

2.3.1固定床反应器的介绍8

2.3.2固定床反应器的类型8

2.3.3固定床反应器数学模型9

2.4乙苯脱氢制苯乙烯催化剂的选择9

2.4.1催化剂选择要求9

2.5MATLAB的介绍9

2.5.1MATLAB的基本功能10

2.5.2MATLAB的特点10

2.5.3常微分方程（组）的数值解的介绍10

2.6本章总结12

3固定床反应器的工艺计算13

3.1基本条件13

3.1.1乙苯催化脱氢主副反应13

3.1.2乙苯脱氢反应条件13

3.2基本方程式15

3.2.1动力学方程15

3.2.2物料衡算方程式15

3.2.3能量衡算方程式15

3.3催化剂工艺计算15

3.3.1催化剂填充体积的计算15

3.3.2催化剂床层截面积的计算16

3.3.3催化剂床层高度的计算16

3.4本章小结16

4反应器结构尺寸的计算17

4.1反应器半径的计算17

4.1.1利用龙格-库塔方法求解反应器半径17

4.1.2龙格-库塔法程序流程17

4.2 结果分析与讨论20

4.2.1反应温度的影响20

4.2.2半径的影响21

4.3反应器体积21

4.4压降计算21

4.4.1第一段反应器压降计算21

4.4.2第二段反应器压降计算22

4.5反应热的计算22

4.6换热器的面积计算24

4.7反应器结构设计24

结论27

参考文献28

致谢29

符号说明30

附录A31