MedeA-多尺度模型模擬沸石催化烷基化反應

沸石是目前在許多工業化學過程中使用的固體酸催化劑。 沸石催化的一個主要挑戰是設計壽命更長的催化劑。正如我們將在烷基化反應中展示的那樣，催化劑壽命通過選擇反應條件、沸石微孔結構和催化劑酸度來調整。烷基化反應由異丁烷與輕烯烴分子反應產生汽油。 由於烷基化反應目前是由危險酸性液體催化而來，因此現在需要開發安全的異相催化劑。

展示了將動力學與沸石結構和組成相關聯的微動力學類比。他們使用 DFT 量子化學基本反應速率常數作為輸入。微動力學方程作為時間的函數求解。反應引發、准穩態和失活機制是不同的。

此外，我們將介紹一種微動力學的粗粒度方法，該方法能夠將失活時間與作為基本反應速率常數和反應條件函數的無量綱參數相關聯。粗粒度方法將微觀動力學方程轉化為宏觀化學工程動力學方程。這些方程的形式隨反應時間制度而變化。

我們將分別研究連續攪拌釜反應器（CSTR）和活塞流反應器 （PFR）中失活時間的差異。

類比表明，烷基化反應的最佳催化劑功能要求沸石具有直徑大於由 10 個環 Al/Si 四面體組成的微孔。質子親和力必須高，去質子化能小於 1100 kJ/mol。CSTR 中的催化劑失活時間隨質子濃度呈對數增加。長壽命的最小質子催化劑濃度可以從取決於失活烯烴低聚反應速率和烷基化反應速率的表達式計算，這關鍵取決於氫化物轉移速率。與 PFR 相比，CSTR 中的失活時間要長兩個數量級。當質子濃度超過最小值時，PFR 中固定反應區的催化劑失活變得與質子濃度無關。 然後在烷基化反應中烯烴的轉化完成。在此條件下，質子濃度是催化劑床長、接觸時間和烷基化反應速率的函數。

正如我們說明的，動力學類比是解決與不同催化劑功能相關的結構和組成要求衝突的有用優化工具。

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