《催化精餾多相傳遞及反應過程研究》是依託福州大學，由邱挺擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：催化精餾多相傳遞及反應過程研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：邱挺
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
催化精餾是非均相催化反應與精餾過程有機結合在一起並在一個設備中同時完成的化工過程，具有反應轉化率和選擇性高、能耗和成本低等優點。在催化精餾技術套用中，固體催化劑的裝填方式對催化精餾效果有極大影響。因此研究其對催化精餾過程的影響規律具有重大理論和實際意義。本項目針對催化精餾中多孔介質（催化劑包）內的傳遞、反應及混合行為對催化精餾過程影響規律的問題，特別是針對相分裂體系在催化劑包內具有液液兩相傳遞特點，以環己烯催化精餾水合過程為研究對象，提出採用多尺度研究方法對汽液液三相存在複雜體系中的傳遞及反應行為進行研究。利用分子動力學模擬、Galton釘板模型、有限元分析等方法，對多相傳遞和反應耦合過程建立跨尺度關聯模型，從而弄清催化劑綑紮包的幾何結構及組合方式與催化精餾塔性能之間的構效關係。本研究的開展將為雙液相催化精餾過程提供基礎理論指導，對實現催化精餾過程的強化具有重要參考價值和實際指導意義。
結題摘要
催化精餾是非均相催化反應與精餾過程有機結合在一起並在一個設備中同時完成的化工過程，具有反應轉化率和選擇性高、能耗和成本低等優點。在催化精餾技術套用中，固體催化劑的裝填方式對催化精餾效果有極大影響。因此研究其對催化精餾過程的影響規律具有重大理論和實際意義。本項目針對催化精餾中多孔介質（催化劑包）內的傳遞、反應及混合行為對催化精餾過程影響規律的問題，以環己烯催化精餾水合過程為研究對象，提出採用多尺度研究方法對汽液液三相存在複雜體系中的傳遞及反應行為進行研究。首先，通過實驗和分子動力學模擬計算結果，選定二氧六環為助溶劑；採用液液相平衡釜測定了環己烯水合體系液液相平衡數據；為實現催化精餾工業化中最常用的催化劑綑紮包裝填方式，選用強酸型陽離子交換樹脂A-36為催化劑，並在高壓反應釜中測定了二氧六環存在時環己烯水合反應的動力學數據。利用獲得熱力學和動力學數據，採用殘餘曲線對環己烯催化精餾水合制環己醇過程進行可行性分析；其次，從機率論的角度出發，利用傳統的Galton板模型，以催化劑綑紮包內的一個小布袋為研究對象，建立了固定床內示蹤劑濃度分布模型，同時，以KCl溶液為示蹤劑，建立了實驗裝置，將實驗結果與模型計算值比較，驗證模型的可靠性；再次，通過一定理想化的假設，以催化劑包為研究對象，建立了微觀水平下的催化劑包內的傳質、反應過程的微觀控制方程，採用體積平均法推導得到了較粗水平下的巨觀控制方程；建立了一個均一的多孔介質結構模型，並對催化劑綑紮包內的流動過程進行模擬研究，建立了能夠用於描述催化劑綑紮包內流動過程的控制方程。最後，採用多尺度方法建立催化精餾過程數學模型，耦合催化劑綑紮包傳質和反應的微觀模型，全面考察各種操作、設計參數對過程的影響，並將模擬結果與實驗結果進行比較，驗證了模型的可靠性。由此，本項目利用分子動力學模擬、Galton釘板模型、CFD數值模擬等方法，對多相傳遞和反應耦合過程建立跨尺度關聯模型，從而弄清了催化劑綑紮包的幾何結構及組合方式與催化精餾塔性能之間的構效關係。本研究的開展為催化精餾過程提供基礎理論指導，對實現催化精餾過程的強化具有具有重要參考價值和實際指導意義。另外，本項目的研究成果，還擴展套用到了反應精餾制丙二醇甲醚乙酸酯、甲基丙烯酸酐、仲丁醇、異丙醇等體系及液-固傳質過程，並開展了相關的基礎工作。目前共已發表SCI/EI收錄論文19篇，授權專利5項。
