半間歇乙氧基化反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型與模擬研究.pdf

1、乙氧基化(Ethoxylation)是環(huán)氧乙烷(EO)與含有活潑氫的化合物發(fā)生開環(huán)加成的反應(yīng),常用于生產(chǎn)非離子表面活性劑。由于乙氧基化反應(yīng)強(qiáng)放熱,環(huán)氧乙烷化學(xué)性質(zhì)活潑、易分解、易燃、易爆、有毒,在很多情況下通過實(shí)驗(yàn)的方法來分析和掌握反應(yīng)器的特征是不現(xiàn)實(shí)的,因此,利用數(shù)學(xué)模型和模擬技術(shù)從理論上認(rèn)識(shí)反應(yīng)器的行為及規(guī)律性,對(duì)指導(dǎo)工業(yè)裝置的優(yōu)化操作和改進(jìn)設(shè)計(jì)具有重要意義。本文研究的目的是建立乙氧基化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型與模擬方法,并將其用于工業(yè)反應(yīng)

2、器的模擬分析與優(yōu)化。
　　 本文的主要研究內(nèi)容、采用的方法及取得的結(jié)果結(jié)論如下:
　　 一、開展半間歇反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型和模擬計(jì)算研究
　　 分析了半間歇操作的攪拌釜式反應(yīng)器、外循環(huán)噴霧式乙氧基化反應(yīng)器的傳質(zhì)特性,在合理簡化的基礎(chǔ)上,建立了工業(yè)規(guī)模的、同時(shí)考慮動(dòng)力學(xué)、汽液平衡、反應(yīng)體積變化和惰性氣氮?dú)庥绊懙鹊墓I(yè)乙氧基化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型。自行開發(fā)了模擬計(jì)算程序,針對(duì)數(shù)學(xué)模型的非線性動(dòng)態(tài)特征開發(fā)了基于四階Runge-

3、Kutta法及Aitken法的數(shù)值計(jì)算法,并對(duì)方法的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 二、建立數(shù)學(xué)模型中模型參數(shù)計(jì)算方法,以合成聚乙二醇為例,取得模型參數(shù)
　　 首先,針對(duì)環(huán)氧乙烷的特殊性(難以通過實(shí)驗(yàn)來測定汽液平衡數(shù)據(jù)問題),提出用基于基團(tuán)貢獻(xiàn)法的UNIFAC方程來估算液相活度系數(shù),并通過理論計(jì)算取得模型參數(shù)。研究表明,建立的UNIFAC模型能很好預(yù)測體系的相平衡行為,同時(shí)簡單易實(shí)施。其次,開展了強(qiáng)堿為催化劑的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究。

4、在2L半間歇反應(yīng)釜中測定了動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),取得90℃-130℃溫度范圍內(nèi)本征動(dòng)力學(xué)方程參數(shù),其中引發(fā)反應(yīng)的活化能E=73490 J·mol-1,指前因子A=5.97×106 m3·mol-1·s-1,鏈傳遞反應(yīng)的活化能E=70840 J·mol-1,指前因子A=8.746×107m3·mol-1·s-1。最后,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到密度的關(guān)聯(lián)方程。
　　 三、開展工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器的模擬研究
　　 對(duì)聚乙二醇工業(yè)攪拌釜式反應(yīng)器、外