钛酸四丁酯催化甲基丙烯酸甲酯与正丁醇酯交换反应动力学研究

由于设备腐蚀和环境污染等问题,甲基丙烯酸丁酯生产工艺逐渐倾向于更为经济环保的酯交换生产工艺。以钛酸四丁酯为催化剂,甲基丙烯酸甲酯与正丁醇通过酯交换法合成甲基丙烯酸丁酯的反应及机理进行了初步研究。首先,根据路易斯酸催化理论,在合理假设和简化的基础上对该反应的机理进行了分析,在此基础上分别建立了基于理想溶液和非理想溶液的动力学模型。通过酯交换反应实验,主要研究了反应温度、反应物初始物质的量之比和催化剂量等因素对反应速率的影响,并根据实验数据回归得到了动力学模型参数和反应的基本热力学数据。结果显示,该酯交换反应为吸热反应,标准摩尔反应焓为14.406 kJ·mol^(-1),正、逆反应活化能分别为70.2和51.1 kJ·mol^(-1)。通过模型计算值与实验数据的比较,证明了推导得到的动力学模型具有较高的可靠性,将为钛酸四丁酯催化甲基丙烯酸甲酯与正丁醇酯交换合成甲基丙烯酸丁酯反应提供一定的理论指导。

循环精馏技术研究进展

在“碳中和”“碳达峰”的战略目标下,过程强化是实现绿色生产的关键技术之一。循环精馏作为一种基于过程强化理论的新型精馏技术,通过采用特定塔内构件和控制方案而改变传统精馏塔内气相和液相的流动方式,实现气液两相分别呈周期性独立运动SPM的操作模式。循环精馏技术理论上可实现塔内液相返混为零,使分离推动力最大化,具有处理能力大、能耗低及分离性能好等优点。相较传统精馏操作,循环精馏技术可使单板效率提高到140%~300%,能耗降低20%~30%。本文针对循环精馏技术的研究背景、工作原理、工业应用、两种专用塔板(Maleta塔板和COPS塔板)以及循环精馏技术在隔板塔和反应精馏等过程强化技术中的应用进行了综合论述。论文对循环精馏技术的控制方法和内构件研究中存在的问题进行了总结,并对循环精馏技术的发展方向和前景进行了展望。

生物滴滤塔净化恶臭气体研究进展

介绍了恶臭污染物的来源、危害及其治理方法,分析了生物法除臭的发展,着重对生物滴滤塔除臭系统进行了介绍。总结了生物滴滤塔除臭的影响因素,分析了生物填料的发展,并比较了不同填料的理化性质及其除臭性能。简要归纳了工艺操作参数对生物滴滤塔除臭性能的影响。详细列举了应用于生物滴滤塔除臭的降解菌的种类及其功能。综述了填料上恶臭组分的传质和降解规律,总结了国内外关于生物膜内恶臭组分的降解反应动力学模型。同时介绍了生物滴滤塔在市政除臭和工业除臭方面的应用实例,并对生物滴滤塔理论研究与应用中存在的不足进行了分析,提出了可能的解决途径。今后可加强研究的方向有生物填料的开发与改良、生物滴滤塔的模型化设计及生物除臭组合工艺。

用反应器和精馏塔外耦合方法合成环己烷的研究

改进了固定床和反应精馏合成环己烷的方法 ,提出了反应器与精馏塔外耦合的新方法。对其进行了理论分析 ,并通过间歇和连续实验加以验证。结果表明通过新方法不仅能获得高纯度的环己烷 ,而且克服了传统方法的不足 ,显示出具有流程短、热量直接利用率高、操作稳定性好等优点。该方法尤其适应于强放热及受平衡控制的反应 。

浆料反应增强气液传质

针对液膜区存在复杂反应的浆料吸收体系, 通过气体吸收对分散相颗粒溶解增强作用的研究, 建立了反应浆料增强气体吸收的三区域模型. 采用搅拌槽间歇吸收实验测定了不同搅拌强度和Mg(OH)2 浆料固含率时SO2 吸收速率增强. 研究发现, 颗粒粒径、浆料浓度、“惰性区”厚度以及待吸收气体分压等参数是影响吸收增强作用的主要参数. 考虑气液近界面“惰性区”和浆料表观黏度影响后的三区域模型结果与实验结果具有良好的一致性.

浆料反应增强SO_2吸收的间歇过程研究

采用搅拌槽间歇吸收实验测定了298K下 Mg(OH)_2浆料对 SO_2的吸收增强作用。通过液膜内待吸收气体与溶解分散相颗粒间反应的研究,建立 Mg(OH)_2浆料增强 SO_2吸收的三区域模型.模拟了间歇吸收过程中分散相颗粒粒径、待吸收气体分压和增强因子等随时间的变化。考虑了气液近界面“惰性区”影响和分散相颗粒粒径与浆料表观粘度变化后的间歇吸收过程的模拟结果与实验结果具有良好的一致性。

热集成变压精馏分离乙醇-甲苯体系的过程模拟和优化

由于乙醇-甲苯体系为压力敏感体系,本文提出了热集成变压精馏分离乙醇-甲苯共沸体系的工艺方法,并通过实验数据验证了NRTL模型对模拟分离该体系的适用性。利用Aspen模拟软件,以NRTL方程为物性计算模拟,以乙醇和甲苯的纯度为约束变量,分离过程能耗最低为目标函数,采用优化分析,得到了模拟的优化参数,并通过模拟计算,制取了纯度不低于99.9%的甲苯和乙醇产品,收率达到99.9%以上。用高压塔的塔顶气相潜热作为常压塔再沸器热源的热集成变压精馏,与两塔均采用外界蒸汽供热的传统变压精馏方式相比,节能高达49%。

微通道内液-液两相流研究进展

从流型、传质和应用3个方面,介绍了近年来微通道内液-液两相流的研究进展。液-液两相流型研究内容主要有两部分,即流型的观察、流型谱图的绘制以及考察多种因素对流型的影响,但是具有普适性的流型谱图和流型转变线仍未提出。液-液两相传质研究方法包括实验研究和数值模拟两种,主要研究在液滴流、弹状流和平行流3种稳定流型下的传质过程;且相对于定性研究,定量的传质研究较少。对于微通道内液-液两相流应用研究,主要体现在萃取、材料合成、生物结晶等方面。此外,对今后微通道内液-液两相的流型、传质和应用研究进行了展望,指出需从实验与模拟计算相结合以及拓展微通道内液-液两相流的应用研究两个方面进行深入研究,推进其工业化进程。

均苯三甲酸的合成

重整重芳烃中的均三甲苯除了用作燃料油组分外,还可以用于制备均苯三甲酸、均苯三甲胺和抗氧剂Lonox 330等高附加值产品。较为详细地介绍了以均三甲苯为原料合成均苯三甲酸的三种方法,即硝酸氧化法、高锰酸钾氧化法和气液相空气氧化法,对其中最具工业化价值的气液相空气氧化均三甲苯合成均苯三甲酸的工艺做了重点介绍,并对该工艺的技术难点和今后的发展进行了展望。

磁加载絮凝法处理重金属废水技术的研究进展

磁加载絮凝法具有高沉降性、占地面积小、处理优良等特点,但存在对处理高浓度重金属废水的出水效果不好及尚未达到工业化等问题。本文介绍了温度、pH、污染物的含量、水力条件、絮凝剂的种类及投加量对絮凝作用的影响,阐述了磁加载絮凝法在处理造纸厂污水、含砷废水、含铜废水、垃圾滤渗液等各种重金属废水的应用研究,并通过对其应用研究的分析表明了磁加载絮凝技术不仅适用于重金属废水处理,在油类、悬浮物及生活污水的处理中也取得了很好的结果,并且随着该技术不断成熟和完善,磁加载絮凝法会有更为广阔的发展前景。

浆料催化精馏制备醋酸甲酯

在内径为76 mm的常压玻璃塔内,精馏段填充θ环,反应段为筛板,以甲醇与醋酸酯化反应合成醋酸甲酯为模型反应,采用平均粒径为4μm的强酸性大孔型离子交换树脂为催化剂,对浆料催化精馏工艺制备醋酸甲酯进行了试验研究。考察了催化剂浓度、进料比、进料总流量和回流比等因素对该过程的影响。在选定的试验条件下,醋酸甲酯收率可达86.4%,塔顶酯的纯度可达92.95%(质量分数)。

有机胺法分解氯化铵的工艺

采用有机胺法在无水条件下分解氯化铵制取氨气和氯化氢,对有机胺的筛选和氯化铵分解工艺进行系统研究,分别考察了释放氨气过程和释放氯化氢过程中各反应条件对反应的影响,通过对多种有机胺[三己胺、三(2-乙基已基)胺、三辛胺和三月桂胺]分解氯化铵的反应进行比较,筛选出最优有机胺用于实现对氨气和氯化氢的高效分离。实验表明:与其他有机胺相比,三己胺具有反应时间更短、氨气和氯化氢收率更高的优势。释氨过程中当三己胺与氯化铵以及异戊醇与氯化铵的摩尔比分别为1.4和6.84,氮气流量140 m L/min时,在132℃下反应3.5h,氨气收率可达到97.5%;释氯化氢过程中当非极性有机溶剂十四烷与三己胺盐酸盐的摩尔比为11∶1,氮气流量260 m L/min时,在223℃下反应4.5h,氯化氢收率可达94.65%。

磁加载絮凝处理含铜废水

目前磁加载絮凝技术已被研究用于处理多种类型的废水,然而关于此技术中磁粉作用机理方向少有报道。为了解决这一问题,本文采用磁加载絮凝法处理模拟微蚀铜废水,研究了磁粉的加入对Cu2＋和浊度去除率、絮体沉降速率以及絮体粒径的影响,深入分析了磁粉的作用规律和机理,为磁加载絮凝法应用到实际工程中提供了理论依据和技术参数。结果表明,当磁粉投加量和粒径分别取2.0g/L和300～400目时,磁加载絮凝效果最好。此时,Cu2＋和浊度去除率均达到最高值98.53%和94.72%,比传统絮凝法高出4.11%和0.61%;絮体沉降速率最快,达5cm/min,是传统絮凝沉降速率的3.64倍;絮体粒径D50也达到最大值41.94μm,较传统絮体粒径大20μm。磁粉投加量过多或过少、粒径过大或过小都会相应地减慢磁絮体的生长速率。

NO_2氧化二甲基硫醚动力学研究

采用连续釜式反应器,对NO2氧化二甲基硫醚生成二甲基亚砜的反应进行了实验研究。在假定反应步骤和考虑二甲基亚砜对二氧化氮溶解度影响的前提下,建立了反应的动力学模型,并结合实验数据,对动力学模型进行了参数估值。经统计检验表明,所建立的动力学模型是适当的。

耦合法模拟乙烷裂解炉烧焦过程

以KTI-SMK型乙烷裂解炉为研究对象,采用同时计算炉膛和炉管传热的耦合法模拟了空气和水蒸气的混合烧焦过程。分别以活塞流、缩壳模型以及区域法描述管内流体流动、气固非均相反应以及炉膛传热,计算出烧焦过程中管内气体温度分布、管壁温度分布、焦炭厚度分布、炉管出口碳氧化合物含量和炉管出口气体温度。其中,烧焦时间、炉管出口碳氧化合物含量和炉管出口气体温度的计算结果与生产数据基本相符。按目前的烧焦程序进行模拟,结果表明,烧焦结束时,管内依然残留5%的焦炭,管壁最高温度低于管材极限,说明现采用的烧焦工艺还可以进一步优化。

二氧化氮氧化二甲基硫醚宏观反应动力学

用NO_2氧化二甲基硫醚(DMS)是合成二甲基亚砜(DMSO)的主要方法,反应过程受气液相传质影响很大．采用反应体积为120 mL的连续搅拌釜式反应器,对该反应的宏观动力学进行了研究．在温度为30～60℃、NO_2 和DMS进料流量分别为0．01～0．10 mol／min和0．005～0．05 moL／min的范围内,考查了反应速率的变化,并测定了不同温度下NO_2在DMSO中的饱和浓度．在热力学和动力学分析的基础上,推导出反应宏观动力学模型,由实验数据拟合出模型中的各参数．结果表明,该反应的活化能为21．64 kJ／mol,液相组成变化时反应速率存在极大值,且模型计算值与实验值相吻合．

乙烷裂解炉安全烧焦及条件优化

采用耦合炉膛和炉管传热的计算方法,模拟 KTI-SMK 型裂解炉的烧焦过程。首先对恒定炉管入口烧焦气流量和温度模式的烧焦程序进行安全烧焦条件的计算.并用复形调优法计算出优化的烧焦条件为水蒸气流量1 861 kg/h,空气流量597 kg/h,炉管入口温度626℃,烧焦时间8.2 h。随后验证了该操作条件,得到管壁最高温度为1 047℃,管内残炭量和烧焦时间分别低于目前装置烧焦程序模拟结果。

反应精馏中乙酸甲酯与乙二醇酯交换的模拟

采用拟均相模型拟合了乙酸甲酯与乙二醇酯交换反应的动力学方程。运用Aspen Plus软件对乙酸甲酯与乙二醇在反应精馏中的酯交换反应进行了模拟研究。考虑到能耗问题,该流程采用了差压热耦合技术。重点讨论了进料方式、理论板数和回流比对乙酸甲酯转化率的影响。以年总费用为目标函数,对该流程进行了经济优化。对该流程和传统的双塔流程进行了比较,结果表明,该流程可以节省过程能耗66.09%和年总费用60.61%。

Ag2O/MOF-101复合材料的合成及吸附脱硫性能研究

采用热溶剂法在较低温度下合成了以Cu^2+为中心离子、2-溴对苯二甲酸为配体的金属有机框架材料MOF-101,并通过在其表面负载Ag2O纳米粒子得到Ag2O/MOF-101复合材料.采用XRD、FT-IR、XRF、SEM、N2吸附-脱附测试等表征手段,得到了MOF-101和Ag2O/MOF-101复合材料的组成、结构和形貌特征.通过制得的MOF-101和Ag2O/MOF-101吸附剂在模型油中对噻吩的吸附实验,考察了时间、Ag2O负载量、温度、油剂比对复合材料吸附脱硫能力的影响.通过MOF-101和Ag2O/MOF-101在噻吩-正辛烷模型油中的深度脱硫实验发现,Ag2O的引入增强了吸附剂在低硫浓度的模型油中对痕量含硫化合物的吸附效果.同时,Ag2O/MOF-101复合材料在较低油剂比条件下的吸附容量高于MOF-101.结果显示,吸附温度为30℃、吸附时间为3 h、Ag2O负载量为2.7%时,Ag2O/MOF-101(M)的吸附脱硫能力最佳,将噻吩-正辛烷模型油的硫含量从50×10^-6降低至8.2×10^-6.通过MOF-101和Ag2O/MOF-101复合材料在模型油中对噻吩和甲苯的选择性吸附实验,考察了其对噻吩的吸附容量和选择吸附性能.结果表明,Ag2O/MOF-101复合材料中,基底材料MOF-101为吸附脱硫过程提供活性吸附位点,同时,Ag2O中的Ag+与含硫化合物中S原子之间的相互作用,使Ag2O/MOF-101复合材料对含硫化合物的选择性有显著提升.最后对MOF-101和Ag2O/MOF-101在模型油中对噻吩的吸附过程进行了动力学研究,结果表明,该吸附过程符合准二阶动力学模型,拟合系数在0.990以上.

新型Ce掺杂Ti/SnO_2-Sb电极的制备及其性能研究

采用超声涂覆-热分解法制备稀土金属Ce掺杂Ti/SnO_2-Sb电极,利用SEM对电极表面形态进行表征,并考察了Ce掺杂量和电流密度对修饰电极电催化性能和稳定性的影响。结果表明,掺杂后电极涂层中引入了新物质CeO_2,优化了电极的表面结构和形态;制备得到的电极对苯酚和对甲酚都有较好的降解效果,当Ce掺杂量为1%时降解苯酚性能最优,Ce掺杂量为2%时降解对甲酚性能最优;在最优掺杂量下,当电流密度为10 m A/cm2时降解苯酚性能最佳,电流密度为20 m A/cm2时降解对甲酚性能最佳。