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第
36
卷第
2
期
2009
年
北京化工大学学报(自然科学版)
Vo
1.
36
, No.2
2009
Joumal
of
Beijing University
of
Chemical Technology (Natural
Sc
ience)
甲基叔丁基酶膨胀床反应器的动态模拟
张吴吴慧雄樨
(北京化工大学化学工程学院,北京
100029)
摘
要
z
对合成甲基叔丁基隘的膨胀床反应器进行了动态模拟研究。根据物料、热量守恒方程和反应动力学方程
建立了膨胀床反应器的动态简化模型
z
选择了适当的数值计算方法,并对偏微分方程模型中的空间变量进行离散
化处理,加快求解速度,满足了动态模拟的要求。开发了动态模拟程序模块,并根据此模块模拟计算了原料进料比
对异丁烯转化率的影响以及反应器轴向温度随时间的分布规律。模拟结果表明,本模型可以对反应器轴向温度变
化规律进行模拟,并能预测不同甲醇/异丁烯物质的量比条件下异丁烯的转化率。模型计算结果与生产实际情况
比较一致,模型的动态过程能很好的反映实际生产变化趋势。
关键词
z
膨胀床;动态模拟;反应模型:甲基叔丁基酷反应
中图分类号:
TQ015.9
引
甲基叔丁基酷
(MTBE)
是一种重要的化工原料
和汽油辛炕值改进剂,多由异丁烯与甲醇在催化剂
作用下合成。合成
MTBE
的生产技术主要采用酷
化工艺,根据酷化反应器的不同分为以下几种:固定
床列管式反应技术、热管反应技术、催化精锢反应技
术、膨胀床反应技术等
[1)
。
反应器是化工过程的核心装置,其工艺参数及
控制设定对其所在的整个工艺都有重要影响。因
此,对反应器进行模拟,优化工艺参数和操作条件,
对于化工过程有非常重要的意义。热管反应技术及
催化精饵反应技术合成
MTBE
的模拟已有研
究
[2-3)
但膨胀床反应器模拟未见报道。
膨胀床属于液固散式流化床。反应物料自下而
上流经催化剂床层,流速达到一定值后,催化剂床层
开始膨胀,床层的压降很小。同时由于催化剂颗粒
受轻微扰动,加快了反应的传质和传热过程,更有利
于反应的进行和反应热的扩散。同时由于膨胀床反
应器内部流态复杂,尚无严格的机理模型。因此,本
文基于膨胀床反应器的以上特点进行合理的假设,
建立了其简化的动态模型,并对模型求解算法进行
收稿日期:
2008-05-06
第一作者:男,
1981
年生,硕士生
养通讯联系人
E-mail: hxwu@263.net
了研究,编制解算程序,取得了较好的效果。
1
膨胀床反应器的数学模型
1.
1
合成
MTBE
的反应动力学
合成
MTBE
的主要反应有
3
个:
CH
3
0H+
(CH
3
hC
二
CH
2
一一叫
CH3)3COCH3
(1)
2(CH
3
hC
二
CH
2
一→
(CH
3
hCCH
2
C(
CH
3
)
二
CH
2
(2)
2CH
3
0H
一
-CH
3
0CH
3
+H
2
0
(3)
其中(1)为主反应,
(2)
、
(3)
为两个主要副反应。人
们对液相合成
MTBE
的动力学进行了大量研究,主
要集中在强酸阳离子树脂做催化剂合成
MTBE
方
面
[4-5)
。研究结果表明,当甲醇和异丁烯物质的量
比(以下简称醇烯比)大于
1
时,初始反应速度对甲
醇而言为零级反应,醇烯比小于
1
时呈负数级反应。
初始反应速度与异丁烯浓度呈线性关系。文献
[6]
提出了如下形式的宏观动力学方程
-F!RT
rMTBE
=
koe
C
lB
在
30
-70
'c范围内,压力大于
800
kP
a
时
,
E.
=
72.3
k1
/mol
,
ko
=
8.756
X 10
8
s-1
。
当醇烯比大于
1
时,主反应的选择性很高,因此
在模拟计算时,可忽略副反应的影响,但当醇烯比小
于
1
时,异丁烯自聚对反应过程影响很大,在模拟时
必须考虑到副反应的影响
[7-8)
。
1.
2
模型建立
文献数据
[9)
及生产经验表明,膨胀床返混小,