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乙烯工业是国民经济支柱产业,而碳二加氢过程是乙烯生产中的重要环节,是保障乙烯质量的关键环节。本文以碳二加氢等温反应过程为研究对象,针对碳二加氢等温反应过程进行建模并对其中的操作参数进行优化。由于工厂中实际生产与反应装置的复杂性,且碳二加氢为乙烯生产流程的中间环节可操控的参数变量较少,国内外对于碳二加氢等温反应过程研究较少,实际工厂中往往根据经验进行操作,缺乏理论指导,因此本文通过建立与工厂实际生产相符合的模型并以乙烯收率与加氢选择性最优为目标对操作参数进行优化。 本文以某工厂实际乙烯装置碳二加氢反应单元优化项目作为研究背景,从碳二加氢等温反应器内部反应机理分析建立符合实际反应的数学模型,基于碳二加氢等温反应过程机理,采用计算流体力学(ComputationalFluid Dynamics,CFD)的数值模拟方法,应用FLUENT软件建立了碳二加氢拟均相的多孔介质模型;由于碳二加氢等温反应过程中存在气固两相之间的传热,但拟均相模型无法模拟两相之间的传热问题,故在建立的拟均相模型的基础上,通过FLUENT软件的用户自定义接口UDS(User Defined Scalars),对拟均相模型的固相与气相能量方程分别添加源项,将原来单温度模型修正为两温度的多孔介质模型。通过采集大量的工业数据,在建立的两温度多孔介质模型基础上,基于遗传算法拟合了碳二加氢反应的动力学参数,从而使建立的动力学模型与实际装置中催化剂的运行情况相符。最后将拟合得到的动力学参数代回建立的模型,通过工业过程实测数据与模拟结果比较来进行模型校验。 在建立碳二加氢两温度多孔介质模型的基础上,以反应加氢选择性与乙烯收率的最大化为优化目标,使用遗传算法对反应过程中的入口氢炔比、冷却温度进行优化。得到最优的操作参数:氢炔比为1.8,冷却温度为324.4K。优化后加氢选择性为63%,比优化前提高1%;优化后乙烯收率为2.08%,比优化前提高0.54%。最后本文分析了氢炔比与冷却温度对乙烯收率与加氢选择性的综合影响关系,结果表明乙烯收率与加氢选择性的峰值分别在不同的氢炔比与冷却温度条件下取得,所以在实际生产时应当根据实际效益的最大化,合理的控制氢炔比与冷却温度。