1,3-丁二烯是石油化工行业重要的基础原料,广泛应用于制造橡胶、合成树脂和精细化工产品等领域。目前工业上主要应用乙烯副产C4组分抽提法和丁烯丁烷催化脱氢法生产丁二烯,这两种方法都过度依赖石油资源。近年来,由于石油资源的短缺和生物乙醇技术的快速发展使得乙醇法生产丁二烯越来越受到学术界和工程界的关注。本文利用等温微型积分反应器,对本实验室开发的用于乙醇两步法合成1,3-丁二烯的2%Zr/MgO-SiO₂催化剂进行了第二步反应乙醇、乙醛混合进料时合成丁二烯的反应动力学实验测定,得到了反应动力学数据。根据Langumir-Hinshelwood机理和Eley-Rideal机理分别推导出了相应的主反应动力学方程,检验结果表明:对于2%Zr/MgO-SiO₂催化剂,乙醇、乙醛合成丁二烯中的羟醛缩合速率控制步骤遵从Langumir-Hinshelwood机理。具体的主反应和两个副反应的反应动力学方程式如下:（?）上式中下表A代表乙醇,下标B代表乙醛,下标C代表丁二烯,下标D代表水,下标E代表乙烯,下标F代表乙醚。在此基础上,利用等温平推流反应器模型,系统考察了反应温度、压力、空速、进料醇醛配比操作参数对反应过程的影响,得到了优化的工艺操作条件。优化后的结果为:反应温度603K,反应压力0.25MPa,进料醇醛摩尔比为3.5:1,空速为1200h^-1。在此条件下,丁二烯的选择性60.86%,乙醇转化率9.04%,乙醛转化率27.08%,丁二烯时空收率为0.114kg _BD·kg^-1_cat·h^-1。利用CFD模拟软件STARCCM+中的多孔介质数学模型考察了最优工艺条件下反应器列管中温度、压力、浓度等参数的分布情况。结果表明反应器列管中最大温差仅为0.67K,温度分布较为均匀,不会因各处温度差异对反应选择性造成明显影响。以上研究结果可为乙醇法合成丁二烯的反应器设计提供一定的理论指导。