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采用自制的能显著提高二环己胺产品比例的非贵金属GDCH-2012圆柱状颗粒催化剂,对苯胺加氢联合制备环己胺和二环己胺的反应进行了宏观动力学研究。在固定床反应器中采取催化剂分三个单层、层间用石英砂均匀间隔装填的方式,以保证反应物料流过催化剂床层的停留时间相同。在高温(240℃)、低苯胺流量(0.02·mL/min)、低氢气与苯胺进料摩尔比(6.5∶1)的条件下消除了外扩散阻力的影响。在此基础上,在温度180~240℃、压力0.3MPa、原料气质量空时0~489.1g·h·/mol、氢气与苯胺进料摩尔比为10~20条件下测定了宏观动力学的实验数据。通过对此复杂反应体系的产物组成及反应机理的分析提出了简化的反应网络,并建立了宏观反应动力学模型。以苯胺的转化率计算值与实验值的残差、二环己胺的收率计算值和实验值的残差以及N-环己基苯胺的收率计算值和实验值的残差平方和最小为目标函数,采用Matlab软件中的非线性最小二乘法对实验数据进行拟合,估算出该模型中的各个参数,模型计算值与实验测定值吻合良好;并对模型的显著性进行了检验,模型是高度适定的。通过计算还得到了氢胺比10~20∶1、反应温度180~240℃、不同苯胺转化率下的催化剂内扩散有效因子。 在得到的宏观动力学方程基础上,建立了苯胺加氢固定床反应器非均相一维模型。采用Matlab中的四阶-五阶龙格库塔法对反应器床层温度分布、苯胺转化率分布和二环己胺、N-环己基苯胺收率分布进行模拟计算;并研究了苯胺加氢固定床反应器内催化剂稀释比和催化剂床层段数对床层温度分布、苯胺转化率分布和二环己胺收率分布的影响,同时对各段催化剂稀释比进行了优化。找到了最佳的床层段数和催化剂总用量最小时的各段稀释比分布,为今后工业规模固定床反应器设计、催化剂装填及实际生产操作提供参考依据。