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广西广维化工有限责任公司年产8.5万吨醋酸乙烯酯项目 醋酸钠乙烯合成反应动力学

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2019“东华科技-

2019“东华科技-恒逸石化杯”

第十三届全国大学生化工设计竞赛

指导教师：白净、段锟、张亚涛、侯翠红

成员：李俊锋、岑振凯、黄梦雪、郭碧莹、刘相廷

郑州大学雏鹰联盟

醋酸乙烯合成反应动力学

广西广维化工有限责任公司

年产8.5万吨醋酸乙烯酯项目

醋酸乙烯合成反应动力学

该反应器主要针对的是乙烯，醋酸与氧气生成醋酸乙烯，该反应包含了复杂的平行和串联反应，形成了复杂的反应网络。简化可得，乙烯和醋酸发生氧化反应生成醋酸乙烯，同时乙烯可被深度氧化为CO2和H2O。

具体反应方程式如下：

C2H4+CH3COOH+1/2O2→C2H3OOCH3+H2O

C2H4+3O2→2CO2+2H2O

反应机理

（1）C2H4+2Pd←→CH2-CH-Pd+PdH

（2）O2+2Pd←→2Pd-O

（3）CH3COOH+Pd←→Pd-CH3COOH

（4）Pd-CH3COOH+Pd←→Pd-OCOCH3+Pd-OH

（5）Pd-OCOCH3+CH2CH-Pd←→Pd-CH2CHOCOCH3+Pd

（6）Pd-CH2CHOCOCH3←→Pd+VA

（7）Pd-OH+PdH←→Pd-H2O+Pd

（8）Pd-H2O←→Pd+H2O

动力学方程

由KazemMotahari和HosseinAtashi教授等研究了在Pd-Au催化剂下由醋酸，乙烯，氧气合成醋酸乙烯的气相反应动力学。其实验测试的反应条件为：温度在120-165℃之间，压力为8bar。与本项目反应的条件十分吻合。因此可使用此反应动力学作为反应器模拟设计的本征动力学规律。提出的本征动力学方程如图2-1所示：

图2-1醋酸乙烯合成的本征动力学

其中：K1=A1*

已知：

C2H4+CH3COOH+1/2O2→C2H3OOCH3+H2O

其中：令氧气为关键组分，设为A组分，乙烯为B组分，醋酸为C组分，醋酸乙烯为D组分，水为E组分

则

νA=-0.5，νB=-1，νC=-1，νD=1，νE=1;

所以

δA=Σν/ⅠνAⅠ=(-0.5-1-1+1+1)/0.5=-1

CA=CA

CB=CB0-2(CA0-CA)

由Aspenplus模拟可得：

CA0=FA0/Q0=000.753kmol/s

CB0=FB0/Q0=0.0751201/09.79kmol/s

yA0=0.0588

XA=CA/CA0=CA/0.753

由于反应速率常数K为一个常数，因此可不必计算。

因此：

CB=9.79-2*(0.753-CA)=8.284-CA

由

rA=-dCAdt=KCAβ

CA0C

0.753CA

则t=1K*5CA

则

dtdCA=-1

即

rA=-dCAdt=KCAβ

由此得出醋酸乙烯合成反应的反应动力学方程。