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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
安徽巢湖皖维分公司
年产10万吨醋酸乙烯项目
动力学说明
立皖狂男团队
团队成员：蒋怡斌郭帆徐非凡杨港张艺娴
指导老师：陈广美杨明娣黄静金杰李菲菲
动力学说明
1.乙醇脱水反应动力学说明
乙醇脱水制乙烯的反应属于固体催化剂下的气相反应。
据文献报道，乙醇脱水为一复杂反应，反应机理如下：
r
1
CHCHOH(A)⎯⎯→CHCH(E)=+HO
32222
r
2
2CHCHOH(A)⎯⎯→CHCHOCHCH(DEE)+HO
3232232
r
3
CHCHOCHCH(DEE)⎯⎯→CHCH(E)=+CHCHOH(A)
32232232
文献中王菊等人于2015年研究了乙醇在活性氧化铝催化剂的脱水反应动力
学，采用粒度为60~80目的氧化铝催化剂，通入氮气550℃活化2h。对不同温度
下的反应速率常数进行优化，具体试验数据如下：
实验发现，系统中的水分压对反应是有影响的，为简化系统和优化计算参数
速率，这里假设这些反应都是不可逆反应。采用幂指数速率方程形式，建立了
如下半理论半经验的速率方程式：
各主要反应物及产物的净生产速率如下：
同时反应体系中各物质的速率也可表示为单位质量催化剂上某一物质的摩
尔流量的变化：
式中r为反应速率，mol/(h·g)；P为分压，MPa；F为摩尔流率，mol/h；F
iiiA
为进口乙醇原料的总摩尔流量，mol/h；W为催化剂装填量，g；XA为乙醇转化
率；Y为收率。
i
联立上述方程，可优化求解出各反应速率常数k1~4和反应级数n1~8。
利用MATLAB软件，采用四五阶Runge-Kutta法对上述微分速率方程组求
解，可得到不同反应条件下的乙醇转化率、乙烯收率、乙醚收率和C4收率。
同时以G为目标函数，采用Marquardt算法对参数进行优化，可求得目标函数
达到最小值时的相应的动力学参数。
通过对参数初值的不断调整，全局优化求出合适的反应级数。然后把得到的
反应级数作为已知参数，对每个温度下的模型优化求出不同温度下的反应速率常
数，结果见表1。
表1不同温度下的反应速率常数
反应速率常数
反应温度/℃
k1k2k3k4
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