论文部分内容阅读
氯乙烯（VCM）是合成聚氯乙烯（PVC）树脂的单体，PVC是五大通用树脂之一，性能优越，用途广泛。本文重点对国内PVC生产企业普遍采用的乙炔和氯化氢在固定床反应器中合成VCM的过程结合工厂的实际生产数据进行数学建模及优化分析，以便指导工厂的生产实践。本文基于乙炔和氯化氢合成VCM的两种反应动力学（记为反应动力学I和反应动力学II），分别建立了该反应的固定床反应器一维均相数学模型。利用工厂的实际反应器装置参数和操作参数，进行模型对比，表明反应动力学II的计算结果更符合工业生产的实际值，确定了模型的反应动力学方程；在此基础上，建立了固定床反应器的二维拟均相数学模型，比较了二维拟均相模型的管内温度平均值和中心轴值沿管长的分布与一维模型计算的管内温度沿管长的变化，表明二维拟均相模型的中心轴值沿管长的分布与一维模型计算的管内温度沿管长的变化非常一致。一维模型和二维拟均相模型分别用Fortran和Matlab编程求解，前者采用的是龙格－库塔算法，后者采用的是克兰克—尼科尔森方法（Crank-Nicolson）算法，为了求解简便，本文采用一维模型对乙炔和氯化氢合成VCM的反应规律进行研究，并采集了某工厂前台反应器某一时间段的温度数据与模拟结果进行对比，结果表明，模拟结果与实际数据比较符合，该模型具有一定准确性和可靠性。利用已建立的乙炔和氯化氢合成VCM的固定床反应器模型研究了影响VCM生产的各个因素，分析了乙炔空速u和催化剂活性a对反应影响较大并且存在一定关联，并给出了二者的关联关系；分析了工业生产中所用的最佳的循环热水温度85-93℃、进料温度应保持不小于80℃和最佳的进料比应在1.05左右。本文对已建立的模型进行完善与优化改进，结合了传热系数计算方程、催化剂失活动力学方程，建立了完整的乙炔法合成氯乙烯的固定床反应器动态模型，利用该模型计算了反应器中温度、乙炔转化率、总传热系数和催化剂活性沿管长随时间的变化情况，同时对单组反应器进行优化控制，得出符合实际的操作过程，以上研究结果表明，该模型可用于VCM合成的工业生产指导。