固定床反应器参数灵敏性与失控分析

本文采用邻二甲苯氧化的复合反应动力学模型分析了固定床反应器的参数灵敏性和失控行为,并与该反应的简单反应动力学模型的研究结果作了比较,发现二者间有显著的差别。本文还考察了固定床反应器对冷却介质流量和进口温度的灵敏性,发现反应器对冷却介质流量和进口温度的发迹极其敏感。因此对于强放热反应过程,考虑反应器对冷却介质的流量和进口温度的参数灵敏性对反应器的设计和控制是必要的。     

均四甲苯氧化制二酐宏观动力学分析

为了提高均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的收率,以某二酐生产企业生产的高效钒钛催化剂,在固定床反应器中对均四甲苯气相氧化制均苯四甲酸二酐反应体系的动力学进行了研究。首先提出了可能的反应网络,然后设计相关动力学测试实验,建立均四甲苯氧化反应的幂函数宏观动力学模型。进一步的实验和统计分析表明,模型计算值与实验值吻合较好。宏观动力学方程的建立为后续将其用于相应的固定床反应器模拟提供了基础保证。     

用固定床和搅拌槽进行吸附（离子交换）柠檬酸的特性研究

用固定床和搅拌槽进行了吸附(离子交换)柠檬酸实验。研究固定床工艺和搅拌槽工艺对吸附剂吸附效率和工作吸附容量的影响,比较了逆流解吸和顺流解吸对回收率的影响。在装填大孔吸附剂的固定床上用逆流解吸获得96％的回收率。在搅拌槽中,吸附剂的吸附效率大于固定床中吸附剂的吸附效率,建立了柠檬酸吸附动力学模型,获得理论计算值与实验值一致的结果。     

甲醇水蒸气重整制氢独立反应探讨

分析了甲醇重整氢反应可能的反应途径，分析结果表明体系中有2个独立反应，则至少应有2个动力学方程才能描述，利用平衡温距的概念，分析了WGS反应在甲醇水重整反应体系中的作用，根据在固定床反应器上的实验结果，证明变换反应不宜出现在动力学模型中，合理的动力学模型认为水蒸气重整反应和甲醇分解反应平行进行，CO和CO2同时生成。     

红霉素在大孔树脂SP825上的固定床吸附动力学研究

通过大孔吸附树脂SP825对红霉素进行动态吸附,研究了进料浓度、温度、床层高度和高径比等因素对穿透曲线的影响,采用同时考虑液膜扩散阻力、孔内扩散阻力和轴向扩散的综合速率模型对吸附过程进行模拟,计算得到相关动力学参数。结果表明,进料浓度的增加对红霉素固定床吸附过程不利,温度和床层高径比的增加可以提高固定床吸附效率,而床层高度的变化对固定床吸附过程影响不大。     

单一粒度法研究固定化酶内扩散限制的酶应动力学

本文提出了用一种粒度的固定化酶,利用在高底物浓度与低底物浓度时分别表现为零级反应与一级反应的特点,研究在连续式反应器中内扩散限制下酶反应动力学的方法。通过在棒条状异构化酶上葡萄糖转化为果糖的反应,测求了酶反应的本征参数以及一级反应速度常数、表观米氏常数、底物扩散系数、效率因子等动力学参数。     

甲醇分解系统复杂反应动力学研究

采用固定床直流积分反应器,在常压下、国产C301型铜基催化剂上,对甲醇分解反应本征动力学进行了测定,测定时的温度及浓度范围与合成甲醇工业操作条件相似。根据测定数据,应用改进高斯一牛顿法对动力学模型参数进行估值,得到了双响应动力学方程。     

低活性无烟煤固定床二氧化碳催化气化反应动力学研究

在内径18 mm的固定床反应器中研究了福建低活性无烟煤二氧化碳催化气化反应动力学。考察了消除内外扩散影响的实验条件。在750 ℃～907 ℃，以碳酸钠为催化剂分别测定了永安丰海筛无烟煤、永安加福筛无烟煤和永定无烟煤的转化率与时间的关系；以碳酸钾及纸浆黑液为催化剂测定了永定无烟煤的转化率与时间的关系。永安加福筛无烟煤采用均相一级反应模型及未反应缩芯模型进行拟合，得出气化反应速率常数、反应活化能和指前因子，与热天平的实验结果进行比较，固定床反应速率常数明显变大，活化能和指前因子也大，是由于固定床中有较高的二氧化碳到煤粒表面的传递速率和较高的升温速率所致。     

钛酸锌脱硫剂硫化过程的动力学分析

利用固定床反应器对钛酸锌高温煤气脱硫剂硫化过程的动力学进行了研究,考察了硫化反应温度、H2S体积分数对脱硫反应过程的影响。结果表明,脱硫剂具有良好的脱硫反应活性,在400 ℃～600 ℃,脱硫剂的硫化反应速率随着硫化反应温度的升高、反应器入口H2S 体积分数的增大而增大。在实验数据的基础上,利用等效粒子模型对其反应动力学进行了分析,发现该脱硫剂的硫化反应主要受固体内扩散控制,固体内扩散活化能为 61.4 kJ/mol,相应的频率因子为 4.4×105 m2/min。硫化反应后脱硫剂比表面积、孔体积显著减小,脱硫剂表面有颗粒聚集物存在,进一步验证了该脱硫剂的硫化反应主要是通过产物层的体相扩散控制的。     

草酸电解合成乙醛酸连续化工艺研究

针对传统草酸电解生产乙醛酸工艺只能间歇循环的缺陷,本文提出模拟连续化实验方案,并分别设计阴极冷却反应器和阴极冷却固定床反应器,探讨连续化实验的可行性.另外还考察了草酸饱和度和温度工艺参数对反应的影响.实验表明,保持草酸过饱和和利用变温操作可在反应停留时间(30m in)内于连续化反应过程中得到分别含有3.76%和3.66%乙醛酸的反应液,因此阴极冷却固定床反应器可望实现草酸电解还原乙醛酸的连续化生产.     

煤焦CO_2气化反应动力学及内扩散对气化过程的影响分析

采用热重分析仪考察了气化温度(850-1 150℃)和煤焦粒径(60、505、950、1 515、2 000μm)对常压下神木煤焦气化反应的影响。在此基础上,运用体积模型、缩核模型和随机孔模型研究了煤焦常压二氧化碳气化反应动力学,分析了内扩散对煤焦气化反应的影响。结果表明,随机孔模型能够准确预测反应速率随煤焦转化率的变化。基于本征动力学数据,通过对Thiele模数、内扩散效率因子的计算,并将其与实验效率因子相比较,发现计算效率因子能够评估内扩散对初始气化反应的影响,但不能准确评估整个气化过程中内扩散对气化反应的影响。     

利用高通量技术研究钴基费托催化剂的宏观动力学

利用高通量技术设计并运行了16路平行动力学固定床反应器,用于测量不同接触时间下的稳态反应物消耗速率和产物生成速率,研究了钴基费托催化剂的宏观动力学,包括C1～C4烷烃与烯烃的稳态反应速率及其随床层的分布,以及它们与反应器温度的关系.在等温固定床非扩散限制的反应条件下,除C1和C2烃类外,Cn的生成速率及CO/H2的消耗速率均随接触时间的增加先上升后下降,且烯烃生成速率的最高点较烷烃更靠近反应器入口;反应温度对速率的影响与转化率有关:生成烷烃的表观活化能大于烯烃.高通量动力学反应器可用于生成宏观动力学数据库,以预测催化剂在工业固定床反应器中的行为.     

腐植酸型煤气化特性及动力学研究

以低活性福建无烟粉煤为原料,采用腐植酸型煤黏结剂,制得腐植酸型煤。比较研究型煤和无烟煤在常压条件下的气化动力学和气化特性。运用等温热重法,在900~1 150℃进行水蒸气气化实验,测定了型煤和无烟煤的反应速率、转化率与时间的关系,考察了常压下温度和煤样对气化反应的影响。采用积分缩核模型对实验数据进行拟合关联,得到煤样水蒸气气化反应的动力学参数。结果表明,型煤的气化反应活化能(102.0 kJ/mol)低于福建无烟煤(122.5 kJ/mol)。950℃下型煤的化学反应性(80.0%)优于福建无烟煤(33.0%)。型煤较福建无烟煤表现出更好的化学反应性,可代替优质块煤用于工业固定床煤气化。     

游离和溶胶-凝胶固定化甲醛脱氢酶酶促反应动力学的研究

采用溶胶-凝胶法对甲醛脱氢酶进行固定化，酶的包埋率超过了98％．在pH7附近、37℃下，以游离酶和固定化酶作催化剂，NADH为电子供体，进行了甲酸转化为甲醛的酶促反应．游离和固定化甲醛脱氢酶酶促反应都遵循Michaelis-Menten反应机理，用Dalziel提出的双底物酶促反应动力学方程进行拟合．固定化酶酶促反应速率为游离酶酶促反应速率的50％左右．固定化酶的动力学常数φ和米氏常数K高于游离酶，估计是凝胶基质孔中存在扩散效应所致．     

铜基催化剂上甲烷催化燃烧反应动力学特性研究

采用固定床微分反应器,在常压、450~500℃、甲烷体积分数10%~35%条件下,进行铜基催化剂上甲烷催化燃烧动力学特性研究。研究表明,甲烷分压对反应速率影响显著,而氧气分压的影响可以忽略。采用最小二乘法进行动力学模型参数估计,建立的反应动力学模型为-rCH4=1.61×107×e-108 000/RT×pCH40.5。检验结果表明,所建模型与实验数据良好相容,是适宜和可信的。根据实验结果推断甲烷催化燃烧分两步进行,首先氧气快速与铜基催化剂上活性空位点反应,形成吸附氧气分子;随后吸附氧气分子和甲烷分子反应,生成二氧化碳和水。     

环己醇脱氢催化反应本征动力学研究

采用管式连续流动固定床积分反应器,对环己醇在Cu－Co/MgO催化剂上的脱氢反应本征动力学进行了研究,求出幂式速率模型各项参数,得到反应的表观活化能为44.28kJ/mol.将上述实验数据与由似平衡浓度法导出的速控步骤的数学模型相关联,求出各有关参数和物种的吸附烙.结果表明,以环己醇吸附和表面反应为速控步骤的模型可较好地进行关联.对上述模型进行了方差和残差分析,误差在宏观动力学研究允许范围内,实验无系统误差.方差分析表明,表面反应为速控步骤的模型对描述反应具有相对最小误差.     

热动力学对比进度法V. 连续一级反应的热动力学研究法

本文导出了连续一级反应动力学和热动力学的对比进度方程, 建立了连续一级反应热动力学的数学模型。根据该模型, 可由一次实验的热谱数据同时解析出两步反应的速率常数和摩尔反应焓。采用热导式热量计研究了己二酸二乙酯皂化反应的热动力学, 实验结果验证了本文热动力学模型的正确性。     

热动力学对比进度法V. 连续一级反应的热动力学研究法

本文导出了连续一级反应动力学和热动力学的对比进度方程, 建立了连续一级反应热动力学的数学模型。根据该模型, 可由一次实验的热谱数据同时解析出两步反应的速率常数和摩尔反应焓。采用热导式热量计研究了己二酸二乙酯皂化反应的热动力学, 实验结果验证了本文热动力学模型的正确性。     

氧化钙脱硫可逆反应过程的研究

在热天平和固定床装置上研究了CaO脱除H2S过程中可逆反应的变化规律。实验结果表明,脱硫过程的最佳温度为Ca(OH) 2分解温度（在二氧化碳不存在情况下）;水蒸气和H2是影响CaO脱硫可逆反应的两个重要因素,提高水蒸气体积分数无论热力学和动力学都有利于逆反应的进行,使得脱硫效率降低,提高H2体积分数可抑制逆反应进行,当H2的体积分数达到一定值时,由多个反应构成的逆反应变为单个反应,高温脱硫精度则由反应(CaO + H2S = CaS + H2O)决定。对通过CaS水蒸气反应实现CaS转化或再生也作了讨论。     

降解溴氨酸的鞘氨醇单胞菌N1菌株的固定化研究

用聚乙烯醇(PVA)做载体，用包埋法固定降解溴氨酸(学名为1-氨基-4-溴蒽醌-2磺酸，简称ABA)的鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.)N1菌株，并对固定化菌的制备条件及固定化菌降解溴氨酸的一般性质进行了研究．实验结果表明，细胞固定化以后的溴氨酸降解速度明显高于游离细胞，反应遵循一级反应动力学，反应的最适pH和温度范围明显变宽．固定化细胞的储存稳定性也高于游离细胞，4℃储存50d后，其对溴氨酸的降解率仍在99％以上，而游离细胞仅为7．4％．固定化细胞经过50次重复使用后，对溴氨酸仍具有很高的降解活性．