催化精餾過程多孔介質內多組分傳遞與反應特性研究

《催化精餾過程多孔介質內多組分傳遞與反應特性研究》是依託福州大學，由邱挺擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：催化精餾過程多孔介質內多組分傳遞與反應特性研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：邱挺

項目摘要

節能減排是當今全球最為關注的重大問題。催化精餾耦合了催化反應和精餾過程，打破了化學反應平衡，極大地提高了轉化率和產品收率，降低了生產能耗，簡化了工藝流程，是極具開發前景的節能減排技術。催化填料是實現催化精餾過程的核心元件，其中發生的多相多組分傳遞與反應過程十分複雜，理論尚不完善。本研究針對催化填料催化層多孔介質中的多組分傳遞及催化反應過程，以酯化反應為研究體系，建立多尺度格子Boltzmann模型，闡明反應物及產物在多孔介質中的傳遞機理，利用平衡分布函式的能量最小化原理，深入研究表面擴散與體積擴散的競爭協調關係，探討微尺度結構對傳質及反應的影響，進而最佳化設計催化層，為實現節能高效的催化精餾工藝提供理論基礎和核心技術支撐。

結題摘要

催化精餾耦合了催化反應和精餾過程，是極具開發前景的節能減排技術。催化填料是實現催化精餾過程的核心元件，其中發生的多組分傳遞與反應過程十分複雜，理論尚不完善。本項目基於催化填料多尺度結構和介尺度理論提出了兩個介尺度結構，並對催化填料催化層多孔介質中的其多組分傳遞及催化反應過程開展了系統研究。首先，在催化劑顆粒尺度上，基於梯級孔道隨機生成方法（RGMMP）重構了催化劑顆粒內部結構，利用格子Boltzmann 模型研究催化劑顆粒內傳質機理，探究顆粒內部結構參數對傳質性能的影響；定向調控合成具有不同梯級孔道結構的催化劑顆粒，揭示催化劑顆粒內部孔道結構與傳質、反應性能之間的構效關係；其次，在催化劑層尺度，基於隨機分布法重構了催化劑顆粒的堆積結構，採用格子Boltzmann模型研究催化劑層內傳質機制，研究催化劑層結構參數與催化劑層質量彌散係數之間的關係；採用體積平均法建立巨觀控制方程，研究催化層異質可逆反應對巨觀傳輸特性的影響機理；最後，基於催化精餾塔多尺度結構特點，利用能用於描述催化劑層內多組分催化反應及傳質過程的微觀模型與巨觀催化精餾過程相結合，建立雙向耦合多尺度數學模型，探究催化劑層結構參數與催化精餾效率之間的構效關係，進而最佳化催化劑層結構參數。由此，本項目分別從催化劑顆粒尺度、催化劑層尺度和催化精餾塔三個尺度出發，實現了催化精餾過程的跨尺度模擬研究，弄清了催化劑顆粒內部結構參數、催化劑層結構參數與催化劑層內多組分傳遞、反應過程之間的構效關係。本項目的研究結果為催化精餾過程提供了基礎理論指導，對實現催化精餾過程的強化具有重要理論價值和實際指導意義。另外，本項目的研究成果，還擴展套用於新型離子液體的製備合成、固體超強酸SO42-/TiO2製備、乙酸甲酯深度水解隔壁反應精餾技術開發、乙酸仲丁酯水解工藝開發、丙二醇單甲醚醋酸酯合成等高活性催化劑的製備和反應精餾新工藝的開發，研究方法還拓展套用於研究微通道內納米流體的遷移機理。目前已發表SCI/EI收錄論文14篇，授權專利5項，“反應精餾成套開發技術及工業套用”項目獲得福建省科技進步獎一等獎。