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干法乙炔生产过程研究及开发

作　者: 廖勇
导　师: 胡永琪
学　校: 河北科技大学
专　业: 化学工程
关键词: 乙炔干法新工艺热力学计算动力学实验
分类号: TQ221.242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

干法乙炔工艺的设计及开发是我国乙炔工业的研究热点。本论文主要研究干法乙炔工艺中电石与水反应的规律及特点,并以此为基础设计开发出一套新型盘式干法乙炔工艺。本文对电石与水蒸气反应的热力进行学分析,结果表明在一定温度范围内,无论水蒸气是否足量,电石颗粒与水蒸气均可发生反应并释放出乙炔气体。当水蒸气足量时,电石颗粒与水蒸气自发反应的温度下限为160℃。当水蒸气不足量时,电石颗粒与水蒸气自发反应的温度上限为1120℃。对电石与水蒸气反应的动力学研究表明:在其它条件不变时,乙炔的初始生成速率r随进水量V的增加而加快,当水量增大到一定程度时乙炔的生成速率r基本不变;乙炔的初始生成速率r随温度T的升高而加快;乙炔的初始生成速率r随粒径d的减小而加快。空速较低时为气膜扩散控制,当空速升高到一定值时是表面化学反应控制,工业装置中反应处于气膜控制阶段。采用分形维几何理论中缩粒模型,引进分形维数D推导出了电石与水蒸气反应的动力学方程利用实验数据拟合出方程参数,模型计算值与实验值吻合。根据电石颗粒与雾化水反应的实验数据可以得到最佳的操作条件:温度控制在110℃;单次喷水量为理论水量的60%;反应压力为略高于常压。相对于电石颗粒与水蒸气反应,电石颗粒与雾化水反应的条件更为温和,反应时间更短,电石的转化率更高。电石颗粒与雾化水反应制乙炔的反应方式应为干法乙炔工艺的首选。本研究依据上述对电石-水蒸气以及电石-雾化水反应的热力学分析和动力学研究所获得的基础数据,结合目前工业中应用的各类干法乙炔发生器的特点,针对干法乙炔工艺现有的问题,提出了一种新型的干法乙炔发生器,即盘式干法乙炔发生器。以年产10万吨PVC的化工厂为例,通过计算得出用于替代现有的湿法乙炔发生器的盘式干法乙炔发生器的规格参数,设计出了适合于盘式干法乙炔发生器的干法乙炔工艺流程。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-22
  1.1 乙炔生产方法概况  10-20
    1.1.1 烃类裂解法  10-14
    1.1.2 由煤直接制取法  14-15
    1.1.3 电石法  15-20
  1.2 论文研究的意义  20-21
  1.3 论文研究的内容  21-22
第2章电石与水蒸气反应的热力学分析  22-26
  2.1 水蒸气不足量  22-24
  2.2 水蒸气足量  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章电石与水蒸气反应动力学研究  26-40
  3.1 实验方法及流程  26-27
  3.2 实验仪器和材料  27-28
    3.2.1 实验仪器  27
    3.2.2 实验材料  27
    3.2.3 实验装置简介  27-28
  3.3 动力学实验数据测定  28-31
    3.3.1 蒸汽量对反应速率的影响  28-29
    3.3.2 温度对反应速率的影响  29-30
    3.3.3 电石粒径对反应速率的影响  30-31
  3.4 数据及动力学方程的建立  31-38
    3.4.1 动力学模型的选取  31
    3.4.2 分形唯理论概述  31-32
    3.4.3 动力学方程的建立  32-38
  3.5 本章小结  38-40
第4章电石与雾化水反应规律探索  40-45
  4.1 试验方法及流程  40
  4.2 实验仪器及装置  40-41
    4.2.1 实验仪器及装置  40-41
    4.2.2 实验材料  41
  4.3 反应规律探索  41-44
    4.3.1 雾化水喷入量对实验结果的影响  41-42
    4.3.2 反应温度对实验结果的影响  42-43
    4.3.3 电石颗粒表面更新前后实验结果对比  43-44
  4.4 本章小结  44-45
第5章新型盘式干法乙炔过程工艺设计  45-53
  5.1 新型盘式干法乙炔发生器的结构设计  45-47
    5.1.1 新型盘式干法乙炔发生器的结构  45-47
    5.1.2 新型盘式干法乙炔发生器的运转过程  47
  5.2 新型盘式干法乙炔发生器工艺计算  47-50
    5.2.1 物料厚度h  48
    5.2.2 加水量M_(加水)  48-50
    5.2.3 发生器的总发气量V_总  50
  5.3 新型盘式干法乙炔工艺流程  50
  5.4 效益估算  50-52
    5.4.1 基本建设投资比较  50-51
    5.4.2 运行费用比较  51
    5.4.3 乙炔收率比较  51
    5.4.4 水消耗比较  51
    5.4.5 电石渣处理费用比较  51-52
  5.5 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间所发表的论文  57-58
致谢  58

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