1 二氧化碳吸收反应精馏动力学说明

动力学方程详见（1） B. Rinker, S.S. Ashour, O.C. Sandall,“Experimental Absorption Rate Measurements and Reaction Kinetics for H2S and CO2 in Aqueous DEA, MDEA and Blends of DEA and MDEA”, GPA Research Report, No. 159, 1997；（2） Hikita, S. Asai, H. Ishikawa, M. Honda, “The Kinetics of Reactions of Carbon Dioxide with Monoethanolamine, Diethanolamine, and Triethanolamine by a Rapid Mixing Method”, Chem. Eng. J., 13, 7-12 (1977).；（3） B.R. Pinsent, L. Pearson, F.J.W. Roughton, “The Kinetics of Combination of Carbon Dioxide with Hydroxide Ions”, Trans. Faraday Soc., 52, 1512-1520(1956)；（4） Rate-Based Model of the CO2 Capture Process by NaOH using Aspen Plus；（5） Rate_Based_MEA_Model of the CO2 Capture Process by Aspen Plus；（6） Rate_Based_MDEA_Model of the CO2 Capture Process by Aspen Plus。在模拟乙醇胺和二氧化碳的吸收反应中，本组参考了Aspen工艺包ELECNRTL Rate-Based MEA Model与ELECNRTL Rate-Based MDEA Model，包括物性方法的选择以及反应动力学参数的选用。主要发生以下反应： (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)(8) (9) (10)(7) -(10)均假定为处于化学平衡状态，即主要发生的动力学反应为(1)-(6)。反应1和2的动力学主要来源于B.R. Pinsent等人于1956年发表于Trans. Faraday Soc.的文章The kinetics of combination of carbon dioxide with hydroxide ions，详细说明见碱洗塔反应精馏动力学说明。反应3和4的动力学主要来源于H. Hikita等人于1977年发表于Chem. Eng. J.的文章The Kinetics of Reactions of Carbon Dioxide with Monoethanolamine, Diethanolamine, and Triethanolamine by a Rapid Mixing Method。反应3动力学方程如下所示：转化即为式中：A=9.771010E=9855.8 calAspen Plus中提供的幂函数表达式形式如下：利用反应5的动力学参数和可逆反应5和6的平衡常数，计算了反应6的动力学参数。在aspen模拟中，使用简化表达式，浓度基础为Molarity，n为零,3和4的指前因子和活化能如表格1所示。将上述正反动力学方程转换为aspen中可输入的对应形式；反应3：反应4：反应5和6的动力学主要来源于E.B. Rinker,等人于1997年发表于GPA Research Report的文章Experimental Absorption Rate Measurements and Reaction Kinetics for H2S and CO2 n Aqueous DEA, MDEA and Blends of DEA and MDEA。其动力学方程如下所示：式中：A=2.22107E=9029利用反应5的动力学参数和可逆反应5和6的平衡常数，计算了反应6的动力学参数。将上述正反动力学方程转换为aspen中可输入的对应形式；反应5：反应6：在aspen模拟中，使用了简化的表达式，浓度基础为Molarity，n是0，指前因子和活化能如表格1所示：表格1 指前因子和活化能的取值Reaction No.kE(cal/mol)14.3210131324922.8310172945139.7710109855.8 43.2310191565552.22107902961.06101625424处于化学平衡状态的反应有： (7)(8) (9) (10)根据标准的Gibbs自由能变化，计算了反应7-10的平衡常数。用于计算标准的自由能MEAH+和MEACOO-的DGAQFM的DHAQFM和CPAQ0在本研究中确定。其它组分的DGAQFM（或DGFORM）、DHAQFM（或DHFORM）和CPAQ0（或CPIG）参数可从Aspen的数据库获得。在aspen模拟中输入的平衡常数形式为参数如表格2所示：表格2 平衡反应常数取值Reaction No.ABCD7-3.03833-7008.360-0.00313488132.899-13445.9-22.477309216.05-12431.7-35.4819010-9.4165-4234.8900详细说明可见附件aspen自带例子Rate-Based Model of the CO2 Capture Process by MEA using Aspen Plus和Rate-Based Model of the CO2 Capture Process by MDEA using Aspen Plus。因该反应发生与分离耦合，故选择REAC-DIST反应类型，ASPEN中输入界面截图如下：图1 反应创建界面图2 Aspen输入反应界面图3 反应1的输入界面图4 反应1的动力学输入界面图5 反应2的输入界面图6 反应2的动力学输入界面图7 反应3的输入界面图8 反应3的