烯烴亞臨界水合－超臨界流體萃取耦合機制的研究

《烯烴亞臨界水合－超臨界流體萃取耦合機制的研究》是依託福州大學，由鄭輝東擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：烯烴亞臨界水合－超臨界流體萃取耦合機制的研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄭輝東

項目摘要

烯烴直接水合製備相應的醇是一個重要的化工過程，但傳統的直接水合過程存在反應速率慢、轉化率低等缺點。本項目首次提出烯烴亞臨界水合反應－超臨界流體萃取耦合過程，採用亞臨界水作為反應介質以提高反應速率，同時利用超臨界流體萃取的方法將反應產物及時移出反應區以提高轉化率。為了弄清這一複雜過程的機制，本項目對該耦合過程亞臨界相和超臨界相的複雜相行為、烯烴水合反應機理和烯烴亞臨界水合－超臨界流體萃取耦合規律等科學問題開展系統的研究。首先，建立一套科學的烯烴亞臨界水合-超臨界流體萃取耦合的實驗裝置，用於完成相應的實驗研究；其次，建立能夠描述該體系複雜相行為的熱力學模型，並採用分子動力學模擬的方法從微觀尺度研究超臨界相和亞臨界水相之間的物質傳遞和界面行為；再次，採用量化理論計算結合實驗結果剖析烯烴水合反應過程的機理；通過建立數學模型和反應系綜的蒙特卡羅分子動力學模擬來探索該耦合過程的客觀規律。

結題摘要

設計並建立了一套烯烴亞臨界水合-超臨界流體萃取耦合實驗裝置，該裝置能夠對系統溫度和系統壓力進行較精細的控制（壓力控制精度±0.1MPa，溫度控制精度±0.1℃），並解決了準確取樣的問題。另外，設計了一套帶視窗的高壓相平衡裝置，並利用文獻數據對該裝置的可靠性進行了檢驗。利用建立的高壓相平衡裝置，測定了正丁烯水合體系、環己烯水合體系和二氫月桂烯水合體系在常壓及高壓下的汽—液、液—液、超臨界—液相平衡數據。結果表明，當有機相由液相轉化為超臨界相時，烯烴在水相中的溶解度會顯著增加，但相應的醇在兩相中的分配變化不大。對二氫月桂烯和環己烯水合過程的反應機理和動力學進行了研究。結果表明：烯烴水合過程為一放熱的可逆反應，達到平衡所需的反應均需2h以上，同時存在異構的副反應，且高溫會降低水合反應的選擇性；反應動力學可以採用改進的E-R機理模型進行描述。採用分子動力學方法模擬了正丁烯/水體系界面性質及萃取仲丁醇的過程。結果表明：當有機相由液相進入超臨界狀態時，烯烴的擴散係數和在水中的溶解度增大，仲丁醇更易於被萃取到超臨界有機相，有利於水合反應的進行。對採用烯烴亞臨界水合—超臨界流體萃取耦合方法進行烯烴直接水合表明，對於小分子烯烴（比如乙烯，丙烯和正丁烯）由於反應過程主要受熱力學控制，採用該耦合方法並未能有效提高其反應效率，而對於大分子烯烴（比如環己烯和二氫月桂烯）由於反應過程受動力學控制，採用該方法可以有效提高水合反應速度和轉化率。