半間歇乙氧基化反應器數(shù)學模型與模擬研究.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,常用于生產(chǎn)非離子表面活性劑。由于乙氧基化反應強放熱,環(huán)氧乙烷化學性質(zhì)活潑、易分解、易燃、易爆、有毒,在很多情況下通過實驗的方法來分析和掌握反應器的特征是不現(xiàn)實的,因此,利用數(shù)學模型和模擬技術(shù)從理論上認識反應器的行為及規(guī)律性,對指導工業(yè)裝置的優(yōu)化操作和改進設計具有重要意義。本文研究的目的是建立乙氧基化反應器的數(shù)學模型與模擬方法,并將其用于工業(yè)反應

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、開展半間歇反應器的數(shù)學模型和模擬計算研究
　　 分析了半間歇操作的攪拌釜式反應器、外循環(huán)噴霧式乙氧基化反應器的傳質(zhì)特性,在合理簡化的基礎上,建立了工業(yè)規(guī)模的、同時考慮動力學、汽液平衡、反應體積變化和惰性氣氮氣影響等的工業(yè)乙氧基化反應器的數(shù)學模型。自行開發(fā)了模擬計算程序,針對數(shù)學模型的非線性動態(tài)特征開發(fā)了基于四階Runge-

3、Kutta法及Aitken法的數(shù)值計算法,并對方法的可靠性進行了驗證。
　　 二、建立數(shù)學模型中模型參數(shù)計算方法,以合成聚乙二醇為例,取得模型參數(shù)
　　 首先,針對環(huán)氧乙烷的特殊性(難以通過實驗來測定汽液平衡數(shù)據(jù)問題),提出用基于基團貢獻法的UNIFAC方程來估算液相活度系數(shù),并通過理論計算取得模型參數(shù)。研究表明,建立的UNIFAC模型能很好預測體系的相平衡行為,同時簡單易實施。其次,開展了強堿為催化劑的反應動力學研究。

4、在2L半間歇反應釜中測定了動力學數(shù)據(jù),取得90℃-130℃溫度范圍內(nèi)本征動力學方程參數(shù),其中引發(fā)反應的活化能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,通過實驗數(shù)據(jù)擬合得到密度的關(guān)聯(lián)方程。
　　 三、開展工業(yè)規(guī)模反應器的模擬研究
　　 對聚乙二醇工業(yè)攪拌釜式反應器、外