乙烯氧化制环氧乙烷反应器操作参数的优化探讨

2023-02-21

环氧乙烷是目前使用比较广泛由人工合成的的化学原料, 在对环氧乙烷的制造过程中, 对原始乙烯原材料的使用量很大, 约为总成本的百分之七十, 所以当前对该项反应工艺的主要研究方面除了要促进氧化反应达到最优效果之外, 还需要做好对各项参数的调整, 来减少原始乙烯的使用, 降低生产成本。本文就在乙烯进行氧化反应的基础上阐述建立反应器中选择性模型的具体步骤和操作流程, 来诠释在该反应器的反应中要以提高选择性反应来作为主要研究对象, 并提出具体的操作参数的优化方案。

一、乙烯氧化制环氧乙烷反应器的模型建立

以我国辽阳石化公司的乙烯氧化制环氧乙烷反应器装置为例来阐述关于反应选择性模型的建立。

首先是模型的建立, 该装置是三台管子尺寸完全相同的反应器共同工作, 由于每个反应器装置中的反应管的根数不同, 所以按照具体的管数比例, 其反应装置中的乙烯使用量也是要严格按照相应的容量比来进行设置。

其次是模型参数的具体计算和确定。根据该公司对乙烯氧化制环氧乙烷反应器一年内进行的的反应数据采集和记录分析, 然后对不合理的数据和反应进行排除将剩余的两百多组实验数据进行回归计算。一般来说, 选择性的模型中都设置有含有气体出口装置, 但是气体出口会对受进口的状态产生影响, 所以一般不会将其作为独立的变量来运用到操作参数中。所以在进行模型数据收集时, 首先要做的就是忽略掉出气口的变量。在进行反应器实验操作前就需要对出气口的变量进行估计以及将出气口的形状进行合理改变, 只有那些前期估算数值和正确操作下得出的出气口数值之间误差很小的精确数值才能作为最后的模型结果。在进行参数值的估计和综合回归计算中, 其中关于气体流量以及反应出进口处的压力数值可以直接使用反应器显示的数值。

对反应选择性模型的计算中, 除了要将反应器中的出口处和进口处的压力数据例如到计算方程中, 还需要将原料中含有的氧气成分在计算中进行估算剔除, 这样才能保证反应选择性模型的计算数据准确。最后根据该公司对实验模型的最后计算得出与相关性的检测试验结果是十分接近的。这就说明该反应器模型的构建总体来说对各项参数的把握是比较准确的, 但是要想进一步提高反应操作参数的准确性以及减少乙烯的原材料使用, 还需要通过进一步的实验来对反应器反应参数进行进一步优化。

二、促进乙烯氧化剂环氧乙烷反应器操作参数优化的具体措施

1. 加强对参数计算方法的优化

一般对于工业化学反应中的参数计算不宜采用常见的数值外推的方法。要想保证参数计算保持在一个最佳的操作点, 就需要在对每一个参数的变量控制和调整的基础之上来清晰记录反应发生前后的数值变化, 所以一般常用的参数计算方法首先是采用黄金分割的坐标轮换来清晰参数的变量。这样就能保证每一个参数数值的成立条件具有说服性, 也能为后期的方程具体数值计算精确奠定基础。另外, 要对多组参数值进行综合计算, 对参数值组数进行选择时, 尽量选择那些参数值比较接近大部分组值的参数值。

2. 把握好对最佳操作参数的确定

首先在进行反应操作前, 要明确反应操作参数的优化目标是减少对乙烯的使用量, 所以在进行具体的反应操作参数设定时, 要根据对最精确参数的参考, 来设定出能够最大限度减少乙烯的使用, 又能保证反应器中的反应正常进行的参数值。除此之外, 其中还需要加强注意的问题就是要将环氧乙烷和二氧化碳在出气口的浓度控制在合理的范围之内。

由于该反应器操作工艺和安全生产的要求限制, 所以就导致对操作参数的变量也存在一定的限制, 所以为保证反应实验参数的精确和实验结果的合理, 就需要在反应选择性的基础上对最佳工艺参数进行模型预测计算, 将优化后的计算操作参数运用到反应器的反应操作中。

3. 做好对反应操作中的催化剂工作周期的优化

一般在反应器中使用的催化剂是银, 对其的长期使用就会导致反应选择性降低, 相应的就会增加反应中的乙烯使用量。一般来说催化剂的价格要低于乙烯的价格, 所以在保证其他费用比较稳定的前提下, 为更好的反应以及降低对乙烯的使用量, 对银质催化剂的使用量和使用周期的调整也就需要进一步优化。对银质催化剂的具体计算方法要根据乙烯的消耗量和催化剂的使用量以及参考生产出的环氧乙烷量来进行综合性计算。然后根据计算结果来详细分析具体的经济效益, 及时进行合理调整和操作系数的优化。

结语

综上所述, 随着化工领域和社会生活领域对环氧乙烷产品的需求量逐渐增大, 所以对乙烯氧化剂环氧乙烷反应操作参数的优化也就成为必然趋势, 做好对该项工艺的操作参数优化, 不仅能够提高环氧乙烷的生产效率而且可以减少生产该种化工产品的生产成本。但是目前我国对该项领域的研究仍处于发展阶段, 近年来在研究领域中比较常见的研究方向就是利用乙烯氧反应作为基础进行构建的乙烯氧化剂环氧乙烷反应模型, 实验结果返现其操作参数计算结果和对现场的实际操作参数数值进行计算得出的结果是基本一致的。但是为了进一步提高反应选择性模型的参数数值准确, 还需要对该反应模型中的计算方法、操作工艺最优数值的确立以及催化剂的用量调整等方面进一步优化, 这需要我们的进一步研究和努力。

摘要：氧气法乙烯氧化剂环氧乙烷反应器操作是人工生产环氧乙烷和乙二醇的主要途径, 该反应器操作主要是就是以乙烯氧的化学反应为基础, 然后再根据实验目的来建立起选择性的实验模型, 其实验主要是以提高实验中的反应速率为目标。为了实现提高反应器中反应速率这个目标, 还需要对反应器中涉及到的各项操作参数进行合理计算和设计, 来保证在反应器中发生的反应可以达到最优效果。本文就对乙烯氧化剂环氧乙烷反应器操作的操作参数进行了优化分析, 并采取相关事例来进行进一步清晰阐述。

关键词：乙烯氧化剂环氧乙烷反应器,操作参数,优化探讨