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硫酸氢钠催化合成乙酸乙酯动力学研究

作　者: 葛文锋
导　师: 吴嘉
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 乙酸乙酯 酯化反应 硫酸氢钠 催化动力学
分类号: TQ225.241
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


乙酸乙酯是一种重要的有机化工原料,同时也是一种环境友好的绿色溶剂,在化学工业过程中有着广泛的应用,近年来国内和国外乙酸乙酯的产能与产量都有迅速的增长。乙酸乙醇酯化法一直是乙酸乙酯最重要的合成方法,特别是在国内,酯化法生产乙酸乙酯工业装置的应用极为普遍。由于传统的酯化催化剂硫酸不具备环境友好特性,探寻高效且环境友好的新型酯化催化剂则是近年来工业酯化过程的改进方向。在众多新型酯化催化剂中,硫酸氢钠作为酯化反应的催化剂具有反应活性高、副反应少、催化剂易分离等优点,是一种优秀的酯化催化剂。鉴于硫酸氢钠催化合成乙酸乙酯反应动力学的定量研究尚未见报道,本论文通过大量实验测得了硫酸氢钠催化乙酸与乙醇酯化反应的动力学数据,并整理归纳导出了动力学方程和动力学参数的定量表达式,为硫酸氢钠催化剂应用于乙酸乙酯的工业化合成的化学工程设计提供定量计算依据。本论文的研究表明:在反应的中后期,无论是酯化反应还是它的逆反应——乙酸乙酯水解反应,其表观动力学都可以表示为二级反应,反应速率常数可用Arrhenius方程表征。在本论文研究的温度范围（60-90℃）和催化剂质量浓度范围（0.3-2%）内,反应活化能Ea=44.61 kJ·mol-1,指前因子则为催化剂浓度的指数函数k0=162.23ω1.448 m3·mol-1·s-1。在本论文对硫酸氢钠催化乙醇与乙酸酯化反应速率的研究中,观察到在反应的初期,体系中水的含量对于酯化反应的反应速率有明显影响,水的存在不仅作为酯化产物使逆反应速率加大,同时它还对催化剂的催化活性产生明显影响。本论文设计并实施了一系列实验研究水浓度对酯化反应速率的影响,通过对实验数据的回归分析,得到了速率常数中的指前因子与水浓度之间的函数关系式:k0=[12.49 exp(-cH2O/0.4547)+1]×162.23ω1.448 m3·mol-1·s-1。论文还对水浓度影响酯化反应速率的原因进行了初步的探讨。

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 脂肪族化合物（无环化合物）的生产 > 脂肪族羧酸及其衍生物 > 羧酸的功能衍生物 > 酯 > 一元酸酯
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