学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

渗透蒸发膜用于酯化反应的研究

作　者: 张雅琪
导　师: 杜迎春
学　校: 北京服装学院
专　业: 化学工程
关键词: 渗透蒸发 NaA分子筛膜 PVA膜酯化反应乙酸正丁酯
分类号: TQ203
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 67次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本实验把渗透蒸发膜用于酯化反应当中,用NaA分子筛膜和聚乙烯醇(PVA)膜作为脱水膜,研究了它的渗透蒸发和分离选择特性,以优化酯化反应的操作条件,最大限度的提高酯化产率。首先用电镜分析了无机膜-NaA分子筛膜和有机膜-聚乙烯醇(PVA)膜的结构特征,并用于乙醇/水二元溶液中考察其分离性能,对原料浓度,压力和温度等工艺参数对于渗透通量、分离因子和渗透蒸发分离指数(PSI)等分离性能的影响进行了分析。然后以乙酸正丁酯的合成为目标反应,系统的考察了渗透蒸发膜用于酯化反应过程中的各种工艺参数,如原料液中酸,醇的摩尔比率,膜面积与反应混合物的体积比率,膜渗透通量的大小,反应分离温度等,对酯化反应的影响。NaA分子筛膜用于酯化反应的实验结果表明:在反应条件为温度105℃,反应物投料醇酸比为1.5,催化剂用量为原料液总质量5wt%,膜面积与反应液体积比为32.76时,酯化产率达到最高值,与未使用膜反应器的酯化反应相比,酯化产率提高了27.68%,与使用分水器的酯化反应相比,酯化产率也提高了7.64%。PVA膜对水的优先渗透超过有机物,膜对四种组分的选择性渗透顺序为:水>乙酸>正丁醇>乙酸丁酯,而且这种膜对水具有特殊的选择性。PVA膜用于酯化反应的结果表明,在温度为80-90℃,反应投料醇酸比为1.5,催化剂用量为原料液总质量的5wt%,膜面积与反应液体积比为28.4时,酯化产率达到最高值,与未使用膜反应器的酯化反应相比,酯化产率提高了28.72%,与使用分水器的酯化反应相比,酯化产率也提高了8.98%。根据物料平衡、酯化反应动力学和四元体系渗透蒸发关联式,建立了渗透蒸发与乙酸丁酯的酯化反应集成过程的数学模型,回归了模型参数,并通过求解模型,可从理论上研究预测四个参数对集成过程的影响。软件求解集成过程动力学微分方程组,并用实验值对计算结果进行对比验证,着重考察各工艺参数对集成过程的影响,从而为工业生产提供参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
前言  10-11
第1章文献综述  11-23
  1.1 渗透蒸发技术发展简  11-12
  1.2 渗透蒸发膜的分类  12-16
    1.2.1 NaA 分子筛膜  13-15
    1.2.2 聚乙烯醇膜(PVA)  15-16
  1.3 渗透蒸发原理及特点  16-18
  1.4 渗透蒸发技术的应用  18-21
  1.5 渗透蒸发与蒸气渗透  21-22
  1.6 主要研究内容和目的  22-23
第2章实验部分  23-38
  2.1 实验药品及仪器  23-24
    2.1.1 实验药品  23
    2.1.2 渗透蒸发膜  23
    2.1.3 实验仪器  23-24
    2.1.4 分析仪器  24
  2.2 渗透蒸发膜的表征  24-25
    2.2.1 NaA 分子筛膜的SEM 表征  24
    2.2.2 PVA 膜的SEM 表征  24-25
  2.3 实验装置设计  25-27
    2.3.1 蒸气渗透膜反应器用于酯化反应装置的设计  25-26
    2.3.2 PVA 渗透蒸发膜溶胀度的测试装置  26
    2.3.3 渗透蒸发膜反应器用于酯化反应装置的设计  26-27
  2.4 渗透蒸发膜性能测试  27-34
    2.4.1 渗透蒸发膜的评价指标  27-28
    2.4.2 反应液组成的分析方法  28
    2.4.3 校正因子的测定  28
    2.4.4 NaA 分子筛膜渗透蒸发分离性能测试实验  28-30
    2.4.5 PVA 膜溶胀性能的测试实验  30-32
    2.4.6 PVA 膜渗透蒸发分离性能测试实验  32-33
    2.4.7 PVA 在酯化反应中的渗透蒸发分离性能实验  33
    2.4.8 PVA 膜在酯化反应中的动力学实验  33-34
  2.5 NaA 分子筛膜用于酯化反应实验  34-36
    2.5.1 对比实验  35-36
    2.5.2 温度对集成过程的影响实验  36
    2.5.3 膜面积与反应料液体积比（S/V)对集成过程的影响实验  36
    2.5.4 催化剂浓度对集成过程的影响实验  36
  2.6 PVA 渗透蒸发膜用于酯化反应实验  36-38
    2.6.1 对比实验  36-37
    2.6.2 温度对集成过程的影响实验  37
    2.6.3 膜面积与反应液体积比(S/V)对集成过程的影响实验  37
    2.6.4 催化剂用量对集成过程的影响实验  37
    2.6.5 初始进料摩尔比R 对集成过程的影响实验  37-38
第3章结果与讨论  38-74
  3.1 渗透蒸发膜的SEM 表征  38-43
    3.1.1 NaA 分子筛膜的SEM 表征  38-41
      3.1.1.1 NaA 分子筛膜使用前的SEM 表征  38-40
      3.1.1.2 NaA 分子筛膜使用后的SEM 表征  40-41
    3.1.2 PVA 渗透蒸发膜的SEM 表征  41-43
  3.2 渗透蒸发膜分离性能的测试  43-58
    3.2.1 校正因子的测定  43
    3.2.2 NaA 分子筛膜的分离性能  43-47
      3.2.2.1 温度对膜分离性能的影响  43-44
      3.2.2.2 反应液中乙醇含量的影响  44-45
      3.2.2.3 渗透侧压力的影响  45-46
      3.2.2.4 组分渗透蒸发过程的渗透活化能  46-47
    3.2.3 PVA 膜的溶胀特性  47-51
      3.2.3.1 PVA 聚合度对膜溶胀度的影响  47-48
      3.2.3.2 膜中溶解液组成与浸泡液组成的关系  48-49
      3.2.3.3 溶解分离因子AS 与浸泡时间的关系  49-50
      3.2.3.4 膜的溶胀度与浸泡时间的关系  50
      3.2.3.5 温度对溶胀度的影响  50-51
    3.2.4 PVA 渗透蒸发膜分离特性  51-58
      3.2.4.1 温度的影响  51-52
      3.2.4.2 料液中乙醇浓度对渗透蒸发的影响  52-54
      3.2.4.3 组分渗透蒸发过程的渗透活化能  54-55
      3.2.4.4 PVA 在酯化反应中性能  55-56
      3.2.4.5 酯化反应中渗透活化能的回归  56-58
  3.3 渗透蒸发膜用于酯化反应中的研究  58-61
    3.3.1 NaA 分子筛膜用于酯化研究  58-61
      3.3.1.1 对比试验  58-59
      3.3 1.2 操作温度对酯化产率的影响  59-60
      3.3.1.3 膜面积与反应料液体积比的影响  60
      3.3.1.4 催化剂浓度的影响  60-61
  3.4 渗透蒸发膜用于酯化反应过程动力学模型  61-74
    3.4.1 理论基础  63-66
      3.4.1.1 酯化反应动力学方程式的计算  63-64
      3.4.1.2 渗透蒸发分离动力学模型  64-65
      3.4.1.3 渗透蒸发-酯化反应集成过程动力学模型  65-66
    3.4.2 模型参数的测量  66-69
      3.4.2.1 渗透率的测量及计算  66-67
      3.4.2.2 化学平衡常数的计算  67-68
      3.4.2.3 酯化反应速率常数的计算  68-69
    3.4.3 计算结果与实验结果对比  69-74
      3.4.3.1 温度对渗透蒸发膜用于酯化反应的影响  69-70
      3.4.3.2 膜面积与反应液体积比(S/V)对渗透蒸发膜用于酯化反应的影响  70-71
      3.4.3.3 催化剂用量对渗透蒸发膜用于酯化反应的影响  71-72
      3.4.3.4 初始进料摩尔比R 对集成过程的影响  72-74
第4章结论  74-75
研究展望  75-76
参考文献  76-81
符号说明  81-83
附录  83-89
攻读学位期间发表的论文  89-90
致谢  90

渗透蒸发膜用于酯化反应的研究

内容摘要

全文目录

相似论文