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利用一氧化碳制取有机含氧化合物在学术研究和工业实践中一直都是非常活跃的领域。近年来,由一氧化碳常压气相催化偶联合成草酸酯的技术路线受到了人们的普遍重视。为给该项目的产业化打下良好的基础,在前期工作的基础上,本文根据测得的该反应体系有关物质的热力学基础数据,首先对偶联体系的主、副反应进行了较详尽的热力学分析,研究其反应性能;其次基于Langmuir-Hinshelwood模型,从不同的反应历程假定出发,推导出2种反应速率表达式。利用实验数据对各个反应速率方程的动力学参数进行拟合,根据参数的物理意义和统计检验结果,最终确定一氧化碳气相催化偶联合成草酸二乙酯的反应历程为:离解能较小的亚硝酸乙酯,首先解离成乙氧基和NO并吸附在催化剂活性中心上,然后与吸附的一氧化碳反应生成烷氧羰基中间体COOEt,COOEt进一步缔合生成草酸二乙酯;反应速率控制步骤为吸附的烷氧基与CO的表面反应控制。由此反应历程和实验数据得到了一氧化碳偶联反应的本征动力学方程。并考察了操作条件、原料气组成对反应性能的影响。
再者,基于计算流体力学方法及Fluent软件,应用mixture模型对载有催化剂颗粒的分布板两段流化床反应器的流动特性进行了研究。分析了流化床气泡形成过程及床层的流化效果,反应器内温度分布和压力分布较为均匀,撤热效果优于固定床反应器,并确定一些操作参数。最后,基于Aspen plus平台,建立了年产1万吨CO偶联反应制草酸二乙酯工艺过程全流程模拟,在宏观反应动力学基础上,实现了偶联反应和再生反应的相互匹配,进而对工艺进行模拟优化,考察了各因素对整个流程的影响,提出了适宜的操作范围,为中试放大提供了依据。