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离子交换树脂催化合成乳酸异丁酯和乳酸正丁酯的动力学研究

作　者: 彭少君
导　师: 屈一新
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程
关键词: 动力学酯化乳酸异丁醇正丁醇离子交换树脂
分类号: O643.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 86次
引　用: 2次
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内容摘要

乳酸正丁酯是一种重要的香料,广泛应用于食品、个人护理用品、化妆品等行业;乳酸异丁酯作为一种性能优良、用途广泛的溶剂,在食品、医药、染料等领域得到了广泛的应用。本文以阳离子交换树脂为催化剂,对乳酸与异丁醇及正丁醇的酯化反应动力学做了详细的研究。本文研究了两种强酸性阳离子交换树脂WeblystD009和WeblystD80对两种酯化反应的催化性能,发现WeblvstD009具有更优的催化性能。考察了外扩散与内扩散对反应速率的影响,实验结果表明,当搅拌速率≥300r/min时,外扩散的影响可以忽略,当催化剂粒径≤1.25mm时,内扩散的影响可以忽略,在确定消除外扩散与内扩散的条件下,进一步考察了催化剂用量、温度和初始反应物摩尔比对反应速率和平衡转化率的影响。分别采用均相模型Pseudo-Homogeneous(PH),非均相模型一Eley-Rideal(ER)与Langmuir-Hinshelwood(LH)对酯化反应的实验数据进行处理与关联,在动力学模型的计算过程中用活度来代替摩尔分数,获得了各个模型的动力学参数,活化能和指前因子。结果表明,考虑了溶液非理想性的三种模型都能很好地描述离子交换树脂催化乳酸与异丁醇及正丁醇酯化的反应过程,当不考虑溶液非理想性时,模型与实验数据之间出现了较大偏差。三种模型中,由于PH模型易于计算,表达简单,被认为是最实用的模型。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
符号说明  14-17
第一章文献综述  17-27
  1.1 乳酸及其酯类简介  17-18
    1.1.1 乳酸的性质及其应用  17
    1.1.2 乳酸的工业生产方法  17-18
    1.1.3 乳酸正丁酯与乳酸异丁酯的性质及其应用  18
    1.1.4 乳酸酯类的生产前景  18
  1.2 乳酸与丁醇酯化反应的催化剂概况  18-23
    1.2.1 传统催化剂—浓硫酸  19
    1.2.2 磺酸催化剂  19-20
      1.2.2.1 甲基磺酸  19
      1.2.2.2 对甲苯磺酸  19
      1.2.2.3 氨基磺酸  19-20
    1.2.3 无机酸催化剂  20-21
      1.2.3.1 氯化铁及高分子负载氯化铁  20
      1.2.3.2 四氯化锡  20
      1.2.3.3 氯化亚锡  20-21
      1.2.3.4 树脂固载Lewis酸  21
      1.2.3.5 硫酸铁  21
    1.2.4 离子交换树脂  21-23
      1.2.4.1 离子交换树脂的结构与性质  21-22
      1.2.4.2 强酸性阳离子交换树脂  22-23
  1.3 乳酸酯化反应研究概况  23-24
    1.3.1 动力学研究的意义  23
    1.3.2 乳酸酯化反应动力学研究概况  23-24
  1.4 本实验研究的目的意义及内容  24-27
    1.4.1 研究的目的意义  24
    1.4.2 研究内容  24-27
第二章实验部分  27-31
  2.1 仪器与试剂  27-28
    2.1.1 催化剂的选取  27
    2.1.2 仪器与试剂  27-28
  2.2 试验过程  28-31
    2.2.1 制备20%的乳酸溶液  28
    2.2.2 催化剂的预处理  28-29
    2.2.3 实验步骤  29
    2.2.4 分析方法  29-31
第三章实验结果与讨论  31-41
  3.1 两种催化剂的比较  31-33
  3.2 外扩散的影响  33-34
  3.3 内扩散的影响  34-36
  3.4 温度的影响  36-37
  3.5 催化剂用量的影响  37-39
  3.6 起始醇酸摩尔比的影响  39-40
  3.7 小结  40-41
第四章乳酸与异丁醇及正丁醇酯化的反应动力学  41-65
  4.1 活度与活度系数  41-44
    4.1.1 活度系数的求解方法  41-42
    4.1.2 UNIFAC基团贡献模型的基础与发展  42-44
      4.1.2.1 UNIFAC基团贡献模型的基础  42-43
      4.1.2.2 UNIFAC模型的发展  43-44
  4.2 活度系数的计算  44-49
    4.2.1 UNIFAC基团贡献模型  44-46
    4.2.2 活度系数的计算过程  46-49
      4.2.2.1 基团分解  46-48
      4.2.2.2 计算步骤  48-49
  4.3 三种反应动力学模型  49-56
    4.3.1 动力学模型的基本假设  49
    4.3.2 Pseudo-Homogeneous模型  49-50
    4.3.3 Eley-Rideal模型  50-52
    4.3.4 Langmuir-Hinshelwood模型  52-55
    4.3.5 模型的化简  55-56
  4.4 动力学模型的确立  56-63
    4.4.1 MATLAB软件简介  56
    4.4.2 反应速率的计算  56-59
    4.4.3 化学平衡常数的计算  59
    4.4.4 模型参数与活化能的求解  59-63
  4.5 本章小结  63-65
第五章结论  65-67
参考文献  67-71
附录一  71-73
附录二  73-77
致谢  77-79
研究成果及发表的学术论文  79-81
作者和导师简介  81-82
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  82-83

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