动力学数据说明

中国石化四川维尼纶厂年产25万吨醋酸乙烯项目附录动力学数据说明 常州大学 我们都队 团队团队成员：郭娜 杨晓刚 周雨婷 周宓 朱毅诚指导老师：马江权 薛冰 高晓新 徐松 周满2019“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生计竞赛常州大学 我们都对团队 目录第一章反应机理21.1反应机理21.1.1 Peter Kripylo机理21.1.2 古川、A.E.Cornelissen机理31.1.3 表面反应控制机理32.1反应动力学4第一章 反应机理工艺论证中详细论证了本项目采用乙炔气相法合成VAc，其主反应方程式如下：1.1反应机理1.1.1 Peter Kripylo机理Peter Kripylo认为，乙炔吸附仍然为反应的速率控制步骤，但是反应第一步是醋酸锌先吸附醋酸。基于此他提出了如下反应历程：醋酸在催化剂上的化学吸附CH3COOH+Zn(CH3COO)2k1Zn(CH3COO)2CH3COOH乙炔在吸附了醋酸的催化剂上吸附，并反应生成醋酸乙炔C2H2+Zn(CH3COO)2CH3COOHk2C2H2Zn(CH3COO)2CH3COOHC2H2+Zn(CH3COO)2CH3COOH快Zn(CH3COO)2+CH3COOCHCH2吸附了一分子醋酸的活性中心可以继续吸附醋酸CH3COOH+Zn(CH3COO)2CH3COOHk3Zn(CH3COO)22CH3COO由上述反应历程推导出动力学模型如下：r=k1k2PC2H2PHAc/（1+k1PHAc +k1k3PHAc2）温度低于180，而醋酸分压不太低时（10mmHg）k1PHAc1，k1k3PHAc21r=k2P C2H2/(1+k3PHAc)这说明，在较低温度时，醋酸对反应有阻滞作用。温度高于180，而醋酸分压不太低时（10mmHg)k1PHAc1，k1PHAc k1k3PHAc2r=k2P C2H2这说明，在较高温度时，反应速度对乙炔为一级反应。温度更高，而醋酸分压很小时（10mmHg）k1PHAc1，k1k3PHAc21r=k1k2P C2H2PHAc此时反应为二级反应，反应速度与醋酸分压成正比。1.1.2 古川、A.E.Cornelissen机理对乙炔法合成醋酸乙炔的反应机理，绝大部分学者都认为乙炔的吸附为反应的速率控制步骤，但反应第一步是醋酸锌先吸附乙炔还是先吸附醋酸，不同的学者有不同的看法。古川淳二和A.E.Cornelissen认为：首先，在第B族过渡金属离子上乙炔与之配位结合形成络合物，随后发生转位，形成络合体，该络合物再经过分解形成醋酸乙炔。由乙炔的吸附是反应的控速步骤，可写出动力学模型如下：当k-1很小时且Zn(Ac)2在催化剂上浓度固定，上式可简化为：1.1.3 表面反应控制机理中村提出，乙炔A首先与醋酸B同时吸附在催化剂表面的同一活性中心S上，形成中间络合物ABS，而后发生表面反应生成醋酸乙炔VAC，其中以表面反应为速率控制步骤。相应的动力学方程为：，式中山田在150160的实验温度下，提出在催化剂上呈弱吸附态的A和呈强吸附态的B之间所进行的表面反应为控速步骤，相应的动力学方程为：2.1反应动力学（1）动力学说明根据文献，本工艺采用的动力学方程为： 本工艺采用流化床反应器，将原文献中基于分压的动力学方程转化为基于摩尔浓度（kmol/m3）的动力学方程。将原文献的方程转化为符合Aspen中的单位的动力学方程（kmol/(m3s)）。得到动力学方程如下：文献中的动力学方程基于催化剂体积，因此，反应器速率为：即，在流化床反应器中的反应速率为：联立上面两个方程，得到Aspen Plus中所采用的反应速率常数k*，如下面的公式所示。（2）计算过程流化床的反应器体积根据全混流的模型进行计算：计算流化床直筒段反应器体积：因