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超临界二氧化碳中苯甲醇氧化及纤维素加氢反应过程研究

作　者: 徐刚
导　师: 银建中
学　校: 大连理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 超临界CO2 苯甲醇氧化纤维素加氢 PR-BM状态方程过程分析
分类号: TQ203.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

因石化资源储量有限,加之过度开采而导致全球范围内的能源危机和环境破坏,发展绿色化学和可再生能源成为应对资源和环境问题的一种趋势。超临界二氧化碳(scCO2)作为一种环境友好的绿色溶剂,因其优良的溶剂特性和传递特性而成为绿色过程开发的首选对象。与此相关的基础和应用研究受到国际学术界的广泛关注和重视。本文以scCO2为溶剂,Au-Cu/SiO2-APTS和W2C/AC为催化剂,在自制的间歇式超临界反应装置上分别考察了苯甲醇氧化和纤维素加氢反应的过程特性,从热力学和化学反应两方面对结果进行分析,得到主要结论如下：1.分别考察了反应时间,反应温度,系统总压力和O2分压对苯甲醇氧化的影响。实验最优条件为：80℃,O2分压1.5 MPa,系统总压13.5 MPa下反应4h,苯甲醛产率为82.7%,选择性100%。氧化结果受系统总压的影响,结合热力学计算证实该影响来自于相态的改变。反应结果与O2分压有密切联系,适当增加02量能提供足够氧化剂,但过量则易导致催化剂中金属氧化失活。温度的升高促使催化剂活性提升,过高则促使苯甲醛过度氧化生成副产物,但高温短时间的反应可实现高产率和选择性的统一2.考察了纤维素催化加氢反应中水的作用。结果显示,纯scCO2和乙醇作为溶剂对该反应无效果,表明水不仅仅是充当溶剂,本身也参与反应,创造水解条件,并且在高温下提供H+,在实验范围内乙二醇产率随水量的增加而增加。超临界CO2的加入对反应有促进作用,保持H2分压不变,CO2的加入能增强体系溶解性能,提供酸性环境,从而提高乙二醇产率。水量的增加在控制总压及H2分压不变情况下均会导致乙二醇产率增加。在总压不变,改变C02/H2比例后发现,C02的加入在一定程度上能减少水或H2的用量,降低成本,减小污染,同时提高安全性,对生产具有一定指导意义。3.以PR-BM为热力学模型对两种体系进行计算。通过拟合得到二元作用参数,计算初始物料及实验条件下的相态和组分分布,结果显示苯甲醇和苯甲醛的溶解度受温度和压力的影响。对纤维素加氢计算结果表明混合体系能降低体系临界温度和临界压力,但加氢实验效果仍不佳,表明该反应溶液传质扩散性不是主要影响因素。以上结果可为进一步深入研究超临界CO2中氧化和加氢反应提供实验数据和理论参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 文献综述  10-27
  1.1 超临界流体概述  10-15
    1.1.1 超临界流体的概念和性质  10-12
    1.1.2 超临界流体的相行为  12-13
    1.1.3 超临界流体在化学反应中的应用  13-14
    1.1.4 scCO_2的研究意义  14-15
  1.2 scCO_2中醇氧化反应  15-22
    1.2.1 scCO_2中氧化研究现状  15
    1.2.2 scCO_2中醇氧化机理  15-16
    1.2.3 scCO_2氧化装置  16-18
    1.2.4 scCO_2中氧化反应影响因素  18-22
  1.3 scCO_2中纤维素加氢反应  22-26
    1.3.1 纤维素  22-23
    1.3.2 纤维素的溶解  23-24
    1.3.3 纤维素的化学转化  24-26
  1.4 论文的研究内容  26-27
2 scCO_2中苯甲醇氧化  27-37
  2.1 实验材料和方法  27-31
    2.1.1 实验仪器及设备  27-28
    2.1.2 催化剂制备及处理  28-29
    2.1.3 实验装置和流程  29-30
    2.1.4 分析方法  30
    2.1.5 产物计算  30-31
  2.2 结果分析与讨论  31-36
    2.2.1 催化剂表征  31-32
    2.2.2 反应时间对苯甲醇氧化的影响  32-33
    2.2.3 总压力对苯甲醇氧化的影响  33-34
    2.2.4 O_2分压对苯甲醇氧化的影响  34-35
    2.2.5 温度对苯甲醇氧化的影响  35-36
  2.3 本章小结  36-37
3 scCO_2中纤维素加氢实验  37-51
  3.1 实验材料和方法  37-43
    3.1.1 实验仪器及设备  37-38
    3.1.2 催化剂制备  38
    3.1.3 实验装置和流程  38-40
    3.1.4 分析方法  40-41
    3.1.5 产物计算  41-43
  3.2 结果与讨论  43-49
    3.2.1 催化剂表征  43-44
    3.2.2 水中纤维素加氢  44-45
    3.2.3 醇中纤维素加氢  45
    3.2.4 超临界CO_2中加氢  45-46
    3.2.5 水+乙醇中纤维素加氢  46-47
    3.2.6 水+CO_2中纤维素加氢  47-49
  3.3 本章小结  49-51
4 与scCO_2反应体系相关的热力学行为  51-61
  4.1 引言  51-53
  4.2 苯甲醇氧化热力学计算  53-58
    4.2.1 二元相互作用参数  53-55
    4.2.2 物料计算  55-56
    4.2.3 三元系统相平衡计算与反应机理  56-58
  4.3 纤维素加氢中的热力学计算  58-60
  4.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-68
附录A 符号名称及单位  68-69
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  69-70
致谢  70-71

超临界二氧化碳中苯甲醇氧化及纤维素加氢反应过程研究

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