《酯化反應精餾的微波場強化機理與過程研究》是依託天津大學，由丁輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：酯化反應精餾的微波場強化機理與過程研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁輝
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微波精餾過程強化新技術的出現，推動人們探知微波場下汽-液相界面微觀分子運動、相間傳遞與分離過程強化的本質。本項目重點研究微波場下脂肪酸乙酯體系汽-液界面分子熱運動、傳遞與分離強化機理。運用非平衡分子動力學和建立微波場態熱力學，闡明微波作用下體系的汽-液相界面傳遞規律，揭示微波對組分相對揮發度的影響機理。微觀上運用非平衡分子動力學模擬分子運動，結合統計力學得到體系微波場態汽-液兩相的密度分布、界面張力及表面過剩熵等參數；巨觀上開展微波場態熱力學研究,搞清楚多組分微波熱力學體系化學勢是怎樣決定組分傳遞的方向和限度。本項目選定短、中、長不同碳鏈長度的脂肪酸乙酯化體系，其汽-液相平衡實驗數據檢驗相間傳熱與傳質傳機理。開展此體系的微波酯化反應動力學以及微波強化精餾分離過程研究，繼而建立過程強化數學模型。研究微波強化汽-液傳質及熱力學機理對於微波反應精餾過程節能高效有著重要的理論價值和實際套用價值。
結題摘要
本項目選定不同碳鏈長度的脂肪酸酯體系，測定其相平衡實驗數據，為非平衡分子動力學模擬、相間傳質機理及微波反應精餾研究提供相平衡基礎。首先測定了短鏈物系異丙醇-乙酸異丙酯-DMSO、三元物系乙醇-丙酸乙酯-對二甲苯及三元物系異丙醇-乙酸異丙酯-[EMIM][BF4]的汽-液相平衡數據。其次測定了中鏈二元物系辛酸甲酯-癸酸甲酯及癸酸甲酯-月桂酸甲酯在低壓下的汽液平衡數據。最後測定了長鏈二元物系十四酸甲酯-十六酸甲酯在低壓下的汽液平衡數據。同時探索了微波場下的乙醇-苯汽液相行為。在分子模擬方面，採用吉布斯系綜蒙特卡洛模擬方法，探索汽-液相界面傳遞規律，依次模擬了短、中、長鏈酯的純組分物性。接著，模擬了短鏈物系乙酸甲酯-丙酸甲酯、中鏈物系辛酸甲酯-癸酸甲酯及癸酸甲酯-月桂酸甲酯、長鏈物系十四酸甲酯-十六酸甲酯的相平衡數據。通過計算電荷密度分布，考察了類導體禁止片段活度係數模型（COSMO-SAC模型）在相平衡預測中的套用。 探索了高真空間歇精餾的操作工藝參數對C18系列脂肪酸甲酯分離提純效果的影響，並利用Aspen Plus軟體模擬了脂肪酸甲酯體系的高真空間歇及連續分離過程。微波場中的酯化、酯交換反應動力學數據是開展微波反應精餾實驗研究的基本前提，我們測定了微波及常規加熱下固體酸催化製備乙酸乙酯，固體鹼催化及酸性離子液體催化酯交換反應的動力學數據。研究表明微波可以顯著加速酯化、酯交換反應速率，減少過程能耗，證實了微波對化學反應的強化作用。同時考察了微波對間歇精餾過程的影響。為了探索微波對反應精餾過程的影響，我們對連續及間歇酯化反應精餾進行了考察，對比研究了微波和常規兩種加熱方式下催化合成乙酸乙酯的反應精餾過程，並使用Aspen Plus軟體對該間歇及連續反應精餾過程進行了模擬，證實了微波非熱效應對間歇反應精餾過程具有強化傳質、提高效率及節約能耗的作用。為了進一步提高反應精餾過程固體酸催化劑的催化效果，我們研究了高效離子液體的固定化過程並成功套用於脂肪酸甲酯化反應。
