DMO羰化操作条件的改变对反应的影响.doc

亚硝酸甲酯碳基化反应工艺流程与操作条件 如前所述，亚硝酸甲酯羰基化合成草酸二甲酯反应主要分为两步，CO偶联反应生成DMO和MN的再生反应。 在CO催化偶联制草酸二甲酯的反应过程中，随着反应温度的升高，MN的稳定性将会随着降低，当反应温度高于140℃时，MN很容易分解，副产物增多，且分解率会随着反应温度的升高而增大，从而影响产物的收率。又因为该反应属于中等强度的放热反应，当反应温度高于160℃时容易发生飞温现象，使反应过程很难控制。因此，反应温度最好控制在100一140℃。 在该反应过程中，CO与MN的配比也非常重要。印建和138]经过研究后认为，当CO与MN的摩尔比为 0.8~1.5时，而MN的含量一定的情况下，随着CO含量的增大，MN的转化率先增加然后降低，且在CO与MN的摩尔比为1.2时出现极大值。当CO与MN的摩尔比不在0.8一 1.5范围之内时，反应将会受到抑制，MN的转化率降低。因为该反应属于中等强度的放热反应，所以要严格控制亚硝酸甲酯的含量，防止由MN含量过高引起飞温或爆炸产生。考虑到气体的爆炸极限和稳定操作等方面，应将MN的摩尔分数控制在20%以下。而在实际反应过程中CO与MN的摩尔比需控制在0.8一 1.5。 随着原料进气空速的增加，反应气体在催化剂上的停留时间将会变短，从而使MN的转化率下降，但草酸二甲酯的收率增加。因此，空速的大小在该反应中也会产生较大的影响。草酸酯的生成速率和MN浓度的平方成正比，随着空速的增大，MN的流量增大，MN的浓度提高，草酸酯的时空收率会增大。但如果空速太高，对反应的控制性将会降低，很容易造成反应温度的剧烈变化。 1.亚硝酸甲酯羰基化合成草酸二甲酯的工艺操作条件 由第二章的文献综述所述，对该工艺的操作温度、压强、物料组成及混合物料的空速等做过大量的比较，最终本文采用以下的条件对该数学模型进行模拟计算。 (1)设备尺寸 反应器内径:3.6 m 列管根数:6000根，列管尺寸:(D38x2 mm，管长:6m 反应器体积:31.25m3 (2)催化剂 颗粒形状:片状圆柱形，尺寸:(D5x5，密度:800 Kglm3, 催化剂床层空隙率:二=0.4 (3)工艺操作条件 进反应器气量:98055 Nm3/h，空速:3138Nm故h. m勺 进反应器组成(摩尔组成): CO 25%，亚硝酸甲酯(MN)10%, NO 10%，草酸二甲酯 (DMO)0%, N2 55%0 进反应器温度:130℃， 初始反应压力:0.5 MPa 2.典型工况下的计算结果 在上述的操作条件下，即初始进反应器气量98055 Nm3/h，初始进口温度403K，初始压强0.5MPa，初始进口物料摩尔组成:CO为25%，亚硝酸甲酯(MN)为10%, NO为10%,草酸二甲Ma(DMO)为0%, N:为55%，壳程水温为403K，催化剂颗粒粒度坏为5mm，计算出来的结果如下所示: 表3.5床层轴向和径向转化率分布 表3.5、表3.6以及表3.7分别描述了在羰基化制草酸二甲酯反应过程中亚硝酸甲酯转化率、反应器内温度以及各个物料摩尔组成在床层轴径向的分布。从表3.5中可以看出转化率沿着轴向的方向逐渐上升，沿着径向的方向慢慢减小。从表3.6中也可以看出温度在轴径向的大致分布。在床层的轴向上，开始时，床层的温度随床层的增高而急剧增大，随后，床层的温度趋于平缓，在最后的阶段，床层的温度有较小的降低。而在径向上，管中心的温度较高，且沿着管壁的方向逐渐降低。从表3.7中可以看出个组分在轴径向的摩尔浓度分布，摩尔浓度分布沿着径向的方向逐渐减小，说明物料在管中心的浓度相对 较大。从上表的MN转化率，可以计算出反应器出口的DMO摩尔含量，从而可以计算出DMO的产量，经计算，DMO产量约为14.8吨/时，年产DMO 11.8万吨。催化剂的时空收率为572 gl(kg. cat. h)。其结果和实验室与中试中的数据相当。 转化率的轴径向分布、温度的轴径向分布、DMO摩尔分率以及MN摩尔组成的轴径向分布可以清晰的在以上各图3.2一图3.5中体现出来。 3.工艺操作条件对羰基化制草酸二甲酯反应的影响 在亚硝酸甲酯羰基化制草酸二甲酯的反应过程中，影响该羰基化的因素很多，下面主要讨论初始温度、初始压强、初始进气组成、空速、催化剂颗粒粒度以及壳程水温对亚硝酸甲酯羰基化制草酸二甲酯的影响。 3.1床层入口温度对草酸二甲酯羰化反应的影响 图3.6, 3.7和图3.8分别体现了初始温度对亚硝酸甲酯羰基化制草酸二甲酯反应的转化率、生成DMO的摩尔组成以及反应器热点温度的影响。由图3.6中可以看出