全国化工大赛-恒逸石化杯-华中气体年产10万吨醋酸乙烯项目醋酸乙烯加成反应动力学说明.docxVIP

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指导老师：金放殷霞王建芝李辉反应动力学说明年产10万吨醋酸乙烯项目

指导老师：金放殷霞王建芝李辉

反应动力学说明

年产10万吨醋酸乙烯项目

江苏华中气体有限公司分公司

卓稀团队

夏开星侯路遥徐见欧阳坤刘雨格

第十三届全国大学生化工设计竞赛

2019年“东华科技—恒逸石化杯”

目录

TOC\o1-3\h\z\u1.反应条件的确定及优化 1

2.原料主要物化性质 3

2.1醋酸 3

2.2乙炔 3

3.反应热与反应平衡常数 4

4.乙炔气相法合成醋酸乙烯热力学和动力学 5

4.1乙炔气相法合成醋酸乙烯反应方程式 5

4.2动力学数据 5

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1.反应条件的确定及优化

在180℃～200℃（工业生产温度一般在175℃～215℃），本反应温度控制在190℃左右，因为反应温度过高会使触媒中毒系数增大，还会使乙醛、巴豆醛等副产物增多。在190℃是，空时合适的情况下，反应醋酸转化率能达到40%左右，且其他的副反应选择性较低。

图1反应温度对醋酸转化率的影响

温度：根据李保华论文结果:

压力：根据工业生产醋酸乙烯经验，反应常压下即可进行，本反应压力选择为1atm。

进料摩尔比：该醋酸乙烯合成反应从理论上是一个乙炔分子与一个醋酸分子发生反应，然而从前述反应动力学中可以知道，该反应的控制步骤是乙炔吸附，因而，增大乙炔醋酸摩尔比可以增大反应速度的进行。模拟曲线图如下，随着乙炔醋酸摩尔比增大，醋酸转化率也增大，从模拟曲线看，几乎呈线性关系。在实际生产中，当乙炔醋酸摩尔比增大的同时，副产物生成量也增多，反应液比活度性度升高，质量变差，生产中对摩尔比的控制，既要得到较高空时收率又要保证产品质量，乙炔醋酸摩尔比控制在2.5~3.5为宜。本反应进料醋酸与乙炔反应控制在2.5左右。

图2反应进料比对醋酸转化率的影响

2.原料主要物化性质

2.1醋酸

醋酸20℃时密度为1.05，沸点为117.9℃，熔点为16.6℃，醋酸的羧基在某种状况下能活化邻近的甲基，从而使之能发生特殊的加成与取代反应。由于分子间氢气作用，在温度0~300C范围内，醋酸蒸气由不同比例的醋酸分子和二缔合体分子组成，存在着缔合和解离的平衡:

(2-1)

解离平衡常数与温度的关系为:

平衡时醋酸的解离分率为1摩尔醋酸蒸气中醋酸分子所具有的摩尔数，解离分率称为醋酸的解离度(用α表示)。α可用下式计算:

式中P:总压(大气压)

n:与一摩尔醋酸蒸气同时存在的其它气体摩尔数

2.2乙炔

乙炔是具有三键的不饱和烃，化学性质非常活泼，可与氯化氢、氢氰酸、甲醇等许多带活泼氢的物质进行加成反应，使乙炔中的三链变为结构较为稳定的各种基衍生物，乙炔易分解，并放出大量热，常温常压下乙炔不会自动分解，需外加引发能源，乙炔与铜或氧化铜反应生成具有爆炸性的乙炔铜，所以接触乙炔的设备，不能用含有铜量超过70%的铜合金制造。

3.反应热与反应平衡常数

醋酸乙烯合成中主要物质的有关热力学性质，列于表3-1，由表3-1数据得出，由醋酸和乙炔生成醋酸乙烯的反应热,根据工业实际生产计算，在反应温度范围内，反应热约为-28.3。

根据，计算出下列的反应平衡常数为:

℃,

℃,

乙炔气相法合成醋酸乙烯的反应温度一般在170~200公之间，由此可见，在工业上生产醋酸乙烯的温度范围内，反应平衡常数是相当大的，可以认为是不可逆反应。

表3-1主要物质的有关热力学性质

物质种类（气相）

醋酸乙烯

-72.52

94.73

21.0

3.62

66.764

-21.63

-0.397

醋酸

-103.8

67.92

15.9

2.38

52.65

-24.5

乙炔

54.2

48.00

10.5

12.1

3.84

2.46

4.乙炔气相法合成醋酸乙烯热力学和动力学

4.1乙炔气相法合成醋酸乙烯反应方程式

根据文献查得，乙炔气相法合成醋酸乙烯酯为一复杂反应：

主反应方程式：

(4-1)

副反应方程式：

乙醛的生成

乙炔与水反应:(4-2)

醋酸乙烯水解:(4-3)

巴豆醛（丁烯醛）的生成

乙醛缩合:（4-4）

乙炔和乙醛作用:（4-5）

（3）丙酮的生成

由醋酸生成:（4-6）

（4