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有机硅单体是有机硅工业的基础和支柱,通常采用Rochow反应合成,氯甲烷和硅粉在流化床反应器内、铜系催化剂作用下反应可直接生成有机硅单体(MC),该反应包含多种副反应,主产物为二甲基二氯硅烷(DMDC),但存在反应效率低、环境污染的问题。一体式流化床膜反应器可实现反应过程与气固分离的同时进行,从而减少气固分离产生的环境污染问题,但该膜反应器用于Rochow反应过程时,尚需进行优化流化状态,以提高反应和膜分离效率。流化床的气体分布板是影响流化效果的主要因素,本文首先构建三维数值模拟模型来优化分布板结构,然后考察分布板构型对Rochow反应的影响,最后在优化后的膜流化床内研究催化剂形貌、温度及Si粉粒径、气速等因素对反应效率和膜性能的影响。主要研究进展如下: 三维数值模型的建立与实验验证。采用三维CFD模拟计算方法,考察了网格数量、曳力模型选择及校正等因素对数值模拟结果的影响,并用实验值对模型进行了验证。结果表明:随着网格数量的增加,床层压降的模拟值逐渐趋于平稳并接近理论计算值,当网格数量超过20 W时,模拟计算结果准确度的提升效果不明显,选择20 W作为计算网格数量;气固两相流模拟过程中常用的Wen-Yu模型、Gidaspow模型及Syamlal-OBrien模型得到的曳力值小于实验值,不能准确描述本反应体系的实际过程,在气速高于临界流化速度时均不产生流化现象;基于临界流化速度、静床堆积体积分数等研究体系实验值对Syamlal-OBrien模型进行校正,计算得到流化床内颗粒浓度场及轴向速度分布情况,模型计算所得的分布板之上高度为0.05 m处颗粒体积分数模拟值与实验值误差在2%以内,表明修正的曳力模型能够较好的描述本研究体系的流化状态。 气体分布板构型优化及对Rochow反应的影响。利用建立的曳力模型,考察了分布板开孔率及开孔数量对漏料现象、分布板压降及流化床内颗粒分布的影响,对分布板构型进行了优化;考察了分布板构型对Rochow反应中DMDC选择性及Si粉转化率的影响。结果表明:在开孔率为5.92%时,分布板发生明显的漏料现象,降低开孔率3.33%时,漏料现象得到控制;开孔率降低能够明显提升分布板压降,从而使分布板稳定性得到提升,监测点处颗粒体积分数径向分布波动频率及幅度均有明显下降;分布板死区面积随着开孔率的降低有明显上升,不利于流化床内的传质、传热,开孔数量的提升能够在保证分布板稳定性的同时,明显抑制死区面积的上升。因此选择开孔率为0.53%,开孔数量为19为最佳分布板构型。在温度为315℃、压力为0.2 MPa采用三元铜催化剂进行Rochow反应,分布板构型的优化能够显著提升DMDC选择性及Si粉转化率,使DMDC收率由优化前的38.03%提升至45.32%。 有机硅单体合成反应过程研究。考察了CuCl催化剂形貌、反应温度、气速、Si粉粒径等对DMDC选择性及Si粉转化率的影响。结果表明:在315℃时CuCl催化剂形貌对Rochow反应效果影响不大,DMDC选择性与Si粉转化率分别为84%以上和42%左右,均没有三元铜催化剂的催化效果好;以球形CuCl作为催化剂,当反应温度从315降至300℃时,Si粉转化率降至32.6%,但DMDC选择性提高至90%,反应时间从420min延长至620 min,陶瓷膜表面滤饼层由2 mm下降至0.2 mm;在气速为1.1倍的临界流化速度,Si粉粒径从200μm降至70μm时,催化剂带出现象得到缓解,但DMDC选择性及Si粉转化率下降至76.8%及24.3%;在气速为1.56×1O-2m/s,Si粉粒径由200μm降至110μm时,催化剂带出量升高,使得Si粉转化率下降了11个百分点,但DMDC选择性可维持在90%左右,且反应前期反应速率得到提升。