试析乙醇脱水制乙烯反应器的模型化研究

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1、北京化工大学硕士学位论文乙醇脱水制乙烯反应器的模型化研究姓名：周敏燕申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：陈晓春20080603摘要乙醇脱水制乙烯反应器的模型化研究石油资源危机将给以石油为原料的乙烯工业带来巨大冲击，而生物质发酵乙醇可以作为生产乙烯的原料，并且具有可再生性，因此，石油的不可再生性给乙醇脱水制乙烯技术路线的发展创造了机会。目前乙醇制乙烯的技术路线得到了国内外广泛关注。本文采用多相催化固定床管式积分反应器，对活性氧化铝上乙醇催化脱水生成乙烯的动力学进行了实验研究，获得了相应的宏观动力学模型，—47．116x10312，主反应和副反应的

2、动力学方程为别为：一％，1．065×103P—瓦一(1一x)，-67．598×10，．rc；10．158×eT(1一x)o’蝴。建立了固定床催化反应器一维和二维拟均相模型，计算了相关的物性参数和反应器模型参数，应用正交配置法，将二维偏微分方程组转化为常微分方程组，然后用龙格．库塔法进行求解。模拟结果表明：乙醇脱水生成乙烯为吸热反应，随着反应的进行，反应管轴向温度略有所降低，但温差不会超过4℃；径向温差较小，基本在5℃左右。在410℃下，副产物乙醚非常少，摩尔分率不超过O．4％。二维模拟的结果与一维基本一致，催化床层径向上的浓度梯度和温度梯度很小，因此

3、基本上可以用一维模型来模拟此反应器。关键词：乙烯，乙醇，固定床反应器，一维模型，二维模型，模型化研究ABSTRACTSTUDYONTHEMoDELINGOFTHEREACToRFoRETHANOLDEHYDRATIONTOETHYLENEABSTRACTPetroleumresou溅isnon—renewableandd巧ingupgradually，whiChbrought掣eatchallengesforethyleneindustries，andothernewaltemativerawmaterialsaredesired．Tllleetha

4、nol，produced丘Ombiomassfbnllentation，isanewaltemative，alsoitisregeneratiVe．’I'lletechnologyofemyleneproductionbyethanoldehydrationhaspresentedgoodperspectiveandobtainedmanyattentions．Inthiswork，thereactionkineticsforthecatalyticdehydrationofethanolt0ethyleneon丫一A1203catalystswas

5、studied，andaf奴edbedoftubularintegralreactorwasused．Themacrokineticmodelswereobtained：a)=!!：!!垒塑!l盈一，口=1．065×103e盯(1一石)isthehostreactionkineticequationandb)一67．598x103一乞一10．158×P—]云r一(1一x)0‘8473isthesideone．one．dimensionandtwo-dimensionmodelswereestablishedforthefixed．bedreactor

6、，respectiVely；thephysicpropertiesandmodelparameterswerecalculated．Inmodelsolution，two—dimensionpartialdi骶rentialequationsweretransferrediIlto0rdina巧differentialequationsbyusingorthogonalcollocationmethod，andthesuccessivesolutionwasbyusingRunge—Kuttamethod．，】meresultsshowedthata

7、)thedehydrationofethanoltoethyleneisanendotherI】[1icⅡI北京化工大学硕士学位论文reaction，theaxialtemperatureisslightlyloweredalongthereactor，withatemperaturedifferencelessthan4℃；b)theradialtemperaturedi￡盹renCeisaround5℃；C)thebyproductofetherisVe巧tinyunder410℃，withamolarpercentagelessthanO．4％

8、；d)thedifferencesofconcentrationandtemperatureareVe巧sm