化工设计竞赛1二氧化碳吸收反应精馏动力学说明.docx
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化工设计竞赛1二氧化碳吸收反应精馏动力学说明
动力学方程详见
(1)B.Rinker,S.S.Ashour,O.C.Sandall,“ExperimentalAbsorptionRateMeasurementsandReactionKineticsforH2SandCO2inAqueousDEA,MDEAandBlendsofDEAandMDEA”,GPAResearchReport,No.159,1997;
(2)Hikita,S.Asai,H.Ishikawa,M.Honda,“TheKineticsofReactionsofCarbonDioxidewithMonoethanolamine,Diethanolamine,andTriethanolaminebyaRapidMixingMethod”,Chem.Eng.J.,13,7-12(1977).;
(3)B.R.Pinsent,L.Pearson,F.J.W.Roughton,“TheKineticsofCombinationofCarbonDioxidewithHydroxideIons”,Trans.FaradaySoc.,52,1512-1520(1956);
(4)Rate-BasedModeloftheCO2CaptureProcessbyNaOHusingAspenPlus;
(5)Rate_Based_MEA_ModeloftheCO2CaptureProcessbyAspenPlus;
(6)Rate_Based_MDEA_ModeloftheCO2CaptureProcessbyAspenPlus。
在模拟乙醇胺和二氧化碳的吸收反应中,本组参考了Aspen工艺包《ELECNRTLRate-BasedMEAModel》与《ELECNRTLRate-BasedMDEAModel》,包括物性方法的选择以及反应动力学参数的选用。
主要发生以下反应:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(7)-(10)均假定为处于化学平衡状态,即主要发生的动力学反应为
(1)-(6)。
反应1和2的动力学主要来源于B.R.Pinsent等人于1956年发表于Trans.FaradaySoc.的文章《Thekineticsofcombinationofcarbondioxidewithhydroxideions》,详细说明见《碱洗塔反应精馏动力学说明》。
反应3和4的动力学主要来源于H.Hikita等人于1977年发表于Chem.Eng.J.的文章《TheKineticsofReactionsofCarbonDioxidewithMonoethanolamine,Diethanolamine,andTriethanolaminebyaRapidMixingMethod》。
反应3动力学方程如下所示:
转化即为
式中:
A=9.77×1010
E=9855.8cal
AspenPlus中提供的幂函数表达式形式如下:
利用反应5的动力学参数和可逆反应5和6的平衡常数,计算了反应6的动力学参数。
在aspen模拟中,使用简化表达式,浓度基础为Molarity,n为零,3和4的指前因子和活化能如表格1所示。
将上述正反动力学方程转换为aspen中可输入的对应形式;
反应3:
反应4:
反应5和6的动力学主要来源于E.B.Rinker,等人于1997年发表于GPAResearchReport的文章《ExperimentalAbsorptionRateMeasurementsandReactionKineticsforH2SandCO2nAqueousDEA,MDEAandBlendsofDEAandMDEA》。
其动力学方程如下所示:
式中:
A=2.22×107
E=9029
利用反应5的动力学参数和可逆反应5和6的平衡常数,计算了反应6的动力学参数。
将上述正反动力学方程转换为aspen中可输入的对应形式;
反应5:
反应6:
在aspen模拟中,使用了简化的表达式,浓度基础为Molarity,n是0,指前因子和活化能如表格1所示:
表格1指前因子和活化能的取值
ReactionNo.
k
E(cal/mol)
1
4.32×1013
13249
2
2.83×1017
29451
3
9.77×1010
9855.8
4
3.23×1019
15655
5
2.22×107
9029
6
1.06×1016
25424
处于化学平衡状态的反应有:
(7)
(8)
(9)
(10)
根据标准的Gibbs自由能变化,计算了反应7-10的平衡常数。
用于计算标准的自由能MEAH+和MEACOO-的DGAQFM的DHAQFM和CPAQ0在本研究中确定。
其它组分的DGAQFM(或DGFORM)、DHAQFM(或DHFORM)和CPAQ0(或CPIG)参数可从Aspen的数据库获得。
在aspen模拟中输入的平衡常数形式为
参数如表格2所示:
表格2平衡反应常数取值
ReactionNo.
A
B
C
D
7
-3.03833
-7008.36
0
-0.0031348
8
132.899
-13445.9
-22.4773
0
9
216.05
-12431.7
-35.4819
0
10
-9.4165
-4234.89
0
0
详细说明可见附件aspen自带例子《Rate-BasedModeloftheCO2CaptureProcessbyMEAusingAspenPlus》和《Rate-BasedModeloftheCO2CaptureProcessbyMDEAusingAspenPlus》。
因该反应发生与分离耦合,故选择REAC-DIST反应类型,ASPEN中输入界面截图如下:
图1反应创建界面
图2Aspen输入反应界面
图3反应1的输入界面
图4反应1的动力学输入界面
图5反应2的输入界面
图6反应2的动力学输入界面
图7反应3的输入界面
图8反应3的动力学输入界面
图9反应4的输入界面
图10反应4的动力学输入界面
图11反应5的输入界面
图12反应5的动力学输入界面
图13反应6的输入界面
图14反应6的动力学输入界面
图15反应7的输入界面
图16反应8的输入界面
图17反应9的输入界面
图18反应10的输入界面
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