耦合传质的羰基化固定床反应器传热模拟分析

李英，李浙齐，张香平

（1 大连交通大学环境与化学工程学院，辽宁大连116028； 2 中国科学院过程工程研究所，北京100190）

引 言

环氧乙烷和二氧化碳催化环加成制备碳酸乙烯酯是一种环境友好、原子经济的工艺[1-2]。目前对反应催化剂和动力学机理的研究一直是关注的焦点，而对反应器的研究还很少[3]。作为一种放热性很强的反应，控制反应温度是保持良好转化率的关键，所产生的热量必须有效地从催化剂床层中移出，否则就会在局部形成热点。热点影响反应器的性能和催化剂的寿命[4]。在实际应用中需要保证反应转化率条件下准确描述反应器的传热特性、热点位置及热点温度；同时传热性能又与传质导致的反应放热量密切相关。固定床反应器是一个非常敏感的系统，由于反应速率与温度呈指数关系，系统的热容较低，因此操作变量的任何微小变化都会导致温度和浓度的大幅度变化，甚至导致反应器失控[5-6]。建立能准确描述其特性的数学模型，不但可以给反应器设计和最优化操作提供理论依据，更减少了工作量[7]。多年来，研究者已经尝试过很多类型的固定床传热数学模型，Borkink 等[8]对这些模型进行了回顾。在大多数确定性模型中，离散模型（细胞模型）由于难以同时考虑传热和传质而逐渐被淘汰，伪连续模型一直占据主导地位。通常可以将传热模型分为均相与拟均相、一维与二维、轴向分散与活塞流等各种类型。在大多数稳态非反应条件下测量传热的实验中，流体和固体的温度差别很小，拟均相模型作为首选。……