茂名石化8万吨年MMA生产项目MTBE合成反应器动力学说明.doc

根据参考文献计算出符合AspenPlus中动力学填写的动力学数据。

由Langmuir吸附机理，组分i在催化剂表面的覆盖率为：

（1）

其中：αi为组分i（异丁烯、甲醇、MTBE）的活度，αi=Ciγi，γi为组分i在温度T和压力P下的活度系数，ci为组分i的摩尔分数，在液相反应条件下，函数关系为：αi=f(T,c)，γi由UNIFAC官能团法求取。

根据Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson(LHHW)原理，合成MTBE的反应计量表达式为：

（2）

速控步骤（3）的速率表达式：

（3）

θ0——催化剂活性中心空位率

将（1）带入（3）得：

（4）

根据Rehfinger.H和Hoffman的研究结果认为，在合成MTBE反应过程中，由于采用液相反应，催化剂的活性空位很少，方程（4）中“1”可以忽略：KloelbauerA对甲醇、异丁烯和MTBE在树脂催化剂的吸附行为进行了研究，研究结果为：由于甲醇是强极性物质，甲醇、异丁烯和MTBE在树脂表面的活性中心上的吸附量之比为2.5:1:1。文献报道甲醇与异丁烯的相对吸附量之比大于6.4，说明在分子筛催化剂上甲醇的吸附量要远远大于C4和MTBE，则.，或,对（4）式简化得：

（5）

（6）

（7）

Ka——反应化学平衡常数，k——虚拟反应速度常数。

式（5）就是所建立的液相催化合成MTBE本征动力学方程。

（2）模型参数的求取：

化学平衡产常数Ka可以采用UNIFAC官能团法计算，关于Ka有许多文献报道，在本文中选取表达式

（8）

变形后：

（9）

根据文献实验结果知：

（10）

则动力学方程（5）可表示为：

（11）

表达式（11）也可写成：

（12）

根据式（12）填写AspenPlus中动力学数据如下：

正反应：异丁烯+甲醇－＞甲基叔丁基醚

式（12）中异丁烯指数为1，甲醇指数为-1，甲基叔丁基醚指数为0

活化能E：49599J/mol

单位换算活化能E：49599J/mol=11846.5cal/mol

逆反应：甲基叔丁基醚－＞甲醇+异丁烯

式（12）中甲基叔丁基醚指数为1，甲醇指数为-2，异丁烯指数为0

活化能E：85858.266J/mol

单位换算活化能E：85858.266/mol=20506.9cal/mol