[发明专利]一种微界面强化蒽醌法的工段模拟的建模方法

说明书

本发明提供了一种微界面强化蒽醌法的工段模拟的建模方法，建立方法包括以下步骤：利用传统的双模理论及平推流模型，先对反应器的传质‑反应过程进行建模，得到宏观的传质‑反应模型；对于宏观的传质‑反应模型中的各项模型参数，利用微界面构效调控模型进行补充，从而得到完整的传质‑反应模型；最后，根据真实情况的工艺流程，建立一套可以模拟微界面条件下反应器的生产情况的模型。

技术领域

本发明涉及微界面强化技术领域，具体而言，涉及一种微界面强化蒽醌法的工段模拟的建模方法。

背景技术

过氧化氢是一种重要的化工环保产品，可作为氧化剂，漂白剂、消毒剂、脱氧剂、聚合引发剂和交联剂等，广泛应用于造纸、纺织、化工、军工、环保、医药、食品等行业。由于其分解释放氧原子的重要特性，作为绿色氧化剂在世界各国各个领域的用途愈来愈广泛，供求呈现快速增长的趋势。

目前过氧化氢使用最广泛的生产方法是蒽醌法，蒽醌法主要由氢化工段和氧化工段组成。蒽醌法的氢化工段技术还存在以下几个需要优化的部分：首先进料氢气由氢化塔顶部直接进入塔内参与氢化反应，其所形成的氢气泡直径较大，气液固相界面积较小，传质效率有待提高，进而导致整体的氢化反应效率不高。其次目前氢气利用率较低，约为89.4％，氢气压缩机能耗还有一定节能空间；且目前工艺的氢化效率为8～9g/L，氢化塔生产能力也有待进一步优化提高。另一方面，氧化工段技术也存在有需要优化的部分：首先进料空气通过气体分布器进入氧化塔，气体分布器的开孔约为1～2mm，虽然开孔尺寸较小，但形成的气泡在反应器内上升的过程容易聚并变大，反应器内气体分散不均且部分空气气泡直径较大，气液相界面积小，传质效率较低，进而导致整体氧化反应效率不高；其次，氧化塔顶部尾气中氧含量为4.5～5.5％，空气中氧气利用效率为74～78％左右，整体氧气利用率不高，还有进一步提升空间。

微界面传质强化技术作为一项能够有效实现“绿色化学”的技术，可以大幅度提高液-液、气-液、液-固等界面反应的传质效率，因此该技术特别适用于受传质速率控制的反应控制，能够全部或部分消除了由于宏界面体系的相界传质速率偏低而造成的传质瓶颈。

因此，预测在蒽醌法制过氧化氢过程中，微界面强化技术对于氢化及氧化工段的强化效果，并根据蒽醌法氢化及氧化工段的反应，建立出一套可以模拟微界面条件下的反应器的生产情况的数学模型，从而最大程度地提高时空产率，进而实现微界面反应强化技术的经济性是一个重要的现实问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微界面强化蒽醌法的工段模拟的建模方法，结合微界面强化技术，预测微界面强化对蒽醌法制过氧化氢中氢化及氧化工段的强化效果，以优化反应参数的设计，构建微界面强化蒽醌法制过氧化氢反应体系的调控数学模型，从理论上探讨提高装置产能、减小能源消耗、降低运行成本的更佳方案。

为实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种微界面强化蒽醌法的工段模拟的建模方法，包括以下步骤：

S1、构建氢化工段的传质-反应模型：

将氢气设定为组分A，选用平推流模型，对气相中的氢气进行质量衡算：气相中没有发生反应，氢气的压力梯度与氢气的传质速率相等，可得到：

式(1)中，P_A为氢气的压力，单位Pa；H_A为氢气组分亨利系数，单位Pa·m³/mol；u_G为表观气速，单位m/s；ε为床层孔隙率；为氢气在液相中的传质系数，单位m/s；

将蒽醌混合物设定为组分B，选用平推流模型，对液相中的氢气进行质量衡算：溶解氢的浓度梯度等于氢气在气-液和液-固界面上的传质，对于液相组分而言，其浓度梯度等同于液-固传质速率，可得到：