直接法合成棕榈酰基甲基牛磺酸钠的催化剂筛选和反应动力学

N-酰基氨基酸型表面活性剂具有优良的表面活性、安全性和生物降解性,广泛应用于日化、医药和食品等领域。以棕榈酸和N-甲基牛磺酸钠为原料经直接法合成棕榈酰基甲基牛磺酸钠,对比分析了金属氧化物、金属氯化物和硼酸系催化剂对棕榈酰基甲基牛磺酸钠合成反应的影响,筛选出适宜的催化剂,并进行反应动力学研究。结果表明,2-氯苯硼酸可有效催化棕榈酰基甲基牛磺酸钠的合成反应,当2-氯苯硼酸质量为棕榈酸质量的4%时,棕榈酰基甲基牛磺酸钠的收率达到97.5%,选择性达到98.4%。在棕榈酸过量的情况下,反应活化能为68.0 kJ/mol,指前因子为1.6×10^(10 )h^(−1)。

反应速率对锂硫电池放电性能影响的模型分析

锂硫电池是下一代高能量密度二次电池的重要候选者,其性能改善需深入理解电池中锂、硫间复杂宏观电化学反应过程。基于Newman多孔电极模型思路,结合多孔硫正极特点,合理简化,建立了描述锂硫电池放电过程模型。模型计算与文献实验结果对比表明,模型能较好模拟放电过程趋势、关键特征,验证了模型有效性;不同电化学动力学参数变化下放电结果模拟表明:增大锂离子交换电流密度有利于提高性能;对于正极硫多步电化学反应过程,S_(8(l))还原反应速率需保持在较高水平上,S_(8)^(2-)、S_(6)^(2-)还原反应速率不是多步电化学反应的控制步,提高S_(4)^(2-)、S_(2)^(2-)还原反应速率可以改善电池比容量、功率性能。

苯甲醇烷基化反应的选择性强化分析

基于苯甲醇烷基化反应动力学,建立了平推流型的固定床反应稳态模型。在验证模型可靠性的基础上,分析了苯烷基化、甲苯烷基化和甲醇转换烯烃的竞争性,并进一步考察了空速(WHSV)、进料温度(T_(inlet))和进料苯醇比(n)对反应过程的影响。反应动力学分析表明:反应温度升高将提高各反应速率,也更有利于二甲苯的生成;但需要适当降低甲醇的浓度,以降低甲醇转换烯烃的反应速率,即提高甲醇的烷基化利用率。固定床反应器模拟显示,高空速可以促使出口的PX选择性超过工业级PX的产品质量分数99%;入口温度T_(inlet)升高有利于提高苯转化率和甲醇有效利用率,但会导致PX选择性的降低;苯醇比n增加会提高甲醇的烷基化利用率,但会极大降低苯转化率和减小PX选择性。在WHSV=32 h^(-1)、n=4和T_(inlet)=500℃时,反应器出口的苯转化率为12.95%,甲醇烷基化利用率是55.43%,PX的选择性99.53%。该研究结果对苯甲醇烷基化过程的反应器设计和进一步工艺优化具有一定的指导价值。

基于物理信息神经网络的甲烷无氧芳构化反应的正反问题

解决化学反应动力学建模的正问题和反问题研究有助于更深地理解反应机理,降低实验成本。本研究以一维填充床甲烷无氧芳构化(MDA)反应为案例,利用物理信息神经网络(PINN)将化学反应机理方程耦合到损失函数中,以此构建动力学建模和参数反演的求解框架。首先,通过正问题求解确定最佳神经网络超参数方案,结果表明构建的正问题模型在求解MDA反应动力学方程上有良好的预测性能,训练和外推的L2误差分别为0.19%和0.95%。在此基础上,在0、0.1%、0.3%高斯噪声下,利用标签数据反演反应速率常数,训练得到的预测值与真实值相对误差均在0.5%内,体现出了反问题模型在低质量数据下进行未知动力学参数反演的能力。

2,3-二氯吡啶催化加氢动力学研究

采用液相还原法制备了Pd/C催化剂,在压力0.6 MPa、温度303~323 K、转速800 r/min的条件下应用于2,3-二氯吡啶催化加氢反应动力学研究,建立了动力学反应模型,对动力学参数进行了估值。其中3-氯吡啶催化加氢反应为2.1级反应,反应速度方程为:r=1.18×10^(8)×M cat×e-5375.7/T C^(2.1)_(3cp),活化能44.14 kJ/mol,2-氯吡啶催化加氢反应为1级反应,反应速率方程为:r=4.696×10^(11)×M cat×e-8693.3/T C_(2cp),活化能72.28 kJ/mol,2,3-二氯吡啶催化剂加氢反应为3级反应,反应速度方程为:r=2.05×10^(15)×M cat×e-9758.6/T C^(3)_(2.3),活化能81.13 kJ/mol。

板翅式换热器内气液两相流分配特性数值分析

板翅式换热器是海上天然气开采后进行液化处理的主换热设备,由于其内部结构的复杂性,容易引起各通道流量分配不均匀,会严重影响换热器效率。对换热器封头简化后进行建模,构建了板翅式换热器封头内两相流流动三维非稳态模型,以两相天然气为主要介质,利用计算流体力学(CFD)的方法,分析了不同气相体积分数的两相天然气在板翅式换热器封头内的分配特性。研究结果表明,当入口处气相天然气体积分数为50%时,气相整体分配不均匀度为0.50,液相整体分配不均匀度为0.03,各通道气相天然气的质量流量分布呈现中间低两端高的特点,液相天然气则相反,验证了两相流分配性能比单相流更加复杂的正确性。当入口处气相天然气体积分数逐渐增加时,中间通道和两端通道的两相流质量流量差逐渐变大,这表明流体的整体分配均匀性逐渐恶化。

分子动力学在页岩气吸附研究中的应用进展与展望

为了深入了解页岩不同矿物的微观吸附机理,从分子动力学模拟角度,简要分析了页岩吸附分子间的势能模型。以组成页岩的不同矿物为研究对象,分析页岩非黏土矿物石英、不同黏土矿物和有机质吸附的机理和影响因素,最后,针对页岩气目前的开发现状,分析了页岩气未来的研究方向,为页岩气开发应用分子动力学模拟研究提供了指导和借鉴。

铁基载氧体的沼气化学链燃烧反应动力学研究

化学链技术能够实现碳基燃料燃烧所释放的CO_(2)的全捕获,可为我国早日实现“双碳”目标提供一种全新的视角。首先理论推导得到铁基载氧体CH_(4)还原反应的改进动力学模型;对Fe_(2)O_(3)与CH_(4)之间的反应系统进行了热力学计算,为后续反应操作温度的选择提供理论指导;在固定床反应器中通过改变混合气流速,研究外扩散对反应过程的影响,当气体流速达到180 mL·min^(-1)以后,表观反应速率不再增加,表明外扩散影响消除;在消除外扩散及灰尘扩散影响的前提下进行表面反应动力学测定,回归获得反应活化能E=147.574 kJ·mol^(-1)和指前因子k0=6.3995×10^(7) s^(-1),并建立了表面反应动力学方程式;在温度为680℃时,延长反应时间至1 h,反应不再进行,据此确定对应于该温度下的反应的固体产物,该固体产物以Fe_(2)O_(3)·nFeO形式虚拟表示,进而获得虚拟反应计量系数;通过对反应时间与载氧体Fe_(2)O_(3)转化率之间关系的研究,对反应模型进行了筛选,获得最优反应动力学模型,其中包含3个模型参数:虚拟组成比n=8,灰层扩散系数De=1.0841×10^(-9)m^(2)·s^(-1),表面反应速率常数(680℃)ks=5.576×10^(3) m·s^(-1),由于温度对De的影响一般不大,该优化反应动力学模型适应于变温条件。

乙二醇和1,2-丁二醇混合物与丙醛的缩合反应动力学

采用阳离子交换树脂催化剂KRD001,在釜式反应器中对EG(乙二醇)和1,2-BDO(1,2-丁二醇)混合物与丙醛的缩合反应动力学进行研究,考察传质阻力、催化剂用量、进料摩尔比和反应温度等对反应速率的影响,分析反应机理,建立反应动力学模型,并回归得到相应的动力学参数。结果表明:醛醇进料摩尔比对EG、1,2-BDO的平衡转化率和反应选择性差异影响较大。反应体系中同时发生EG与丙醛的缩合反应、1,2-BDO与丙醛的缩合反应及半缩醛(AC_(1))与1,2-BDO生成半缩醛(AC_(2))和EG的缩醛交换反应。缩醛反应过程放热,丙醛与EG的反应焓为-18.73 kJ/mol,丙醛与1,2-BDO的反应焓为-37.31 kJ/mol。二阶拟均相模型对实验数据具有良好的拟合效果,EG与丙醛正、逆反应的活化能分别是43.7和62.4 kJ/mol;1,2-BDO与丙醛正、逆反应的活化能分别是50.0和87.3 kJ/mol。

油田采出天然气低温析烃能力实验及化学机理研究

随着全球对清洁能源的需求不断增长,天然气的有效利用成为能源研究的关键领域。通过气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)对油田天然气样品进行了气体组分的定性定量分析,并建立了适用于低温条件的动力学模型。研究发现,在温度20~80℃和压力0.1~10 MPa的条件下,甲烷的摩尔分数随温度升高而增加,而乙烷和丙烷的摩尔分数则随温度升高而减少。甲烷的反应速率常数在不同温度下变化不大(0.074 6~0.051 7),表明其在低温条件下相对稳定。而乙烷和丙烷的反应速率常数随温度和压力的增加而显著提高,反映出它们对环境变化更敏感。此外,深入探讨了温度和压力对这些烃类反应的综合影响,揭示了在不同环境条件下的化学转化机理。研究结论对于优化天然气加工工艺,特别是在低温条件下的处理和转化策略具有重要意义。

氨甲环酸异构化过程的反应动力学研究

反式氨甲环酸(trans-TXA)作为氨甲环酸异构体中主要的活性组分具有凝血功能而在医药工业被广泛应用,其合成主要通过顺式氨甲环酸(cis-TXA)异构化得到。采用第一性原理模拟计算得到异构化反应焓变、Gibbs自由能和反应过程的结构变化等理论数据。再以实验考察453.15~513.15 K下,cis-TXA异构化成trans-TXA的反应过程,获得了反应动力学数据:正反应活化能64.9 kJ·mol^(-1)、指前因子2.15×10~5s^(-1);逆反应活化能53.8kJ·mol^(-1)、指前因子4.72×10^(3)s^(-1);反应焓变10.4 kJ·mol^(-1)和11.0 kJ·mol^(-1)。其中实验计算得到反应焓变与模拟计算得到值11.2 kJ·mol^(-1)和12.1 kJ·mol^(-1)基本吻合。实验及模拟数据为该物质工业化设计提供了理论数据及依据。

离子液体催化合成2-氰基呋喃反应动力学研究

2-氰基呋喃(CF)是一种具有广泛潜在应用的重要生物基衍生物,是合成糠胺、糠酸等产品的关键原料,但目前对于合成2-氰基呋喃的研究甚少。本研究采用离子液体为催化剂,探究了糠醛与离子液体型羟胺盐反应制备2-氰基呋喃的动力学过程。考察了反应温度和反应时间对产物收率的影响,建立了反应动力学模型,对动力学参数进行了有效性验证。实验结果显示:当反应温度为120℃,反应时间为2 h时,糠醛转化率和2-氰基呋喃收率均为100%。通过计算得到了活化能、指前因子及动力学方程,对比了计算值和实验值,发现平均误差为0.34%,从而验证了该反应动力学方程的准确性,为2-氰基呋喃的后续应用提供了理论指导。

Salen金属配合物水解动力学拆分环氧氯丙烷研究进展

环氧氯丙烷通过水解动力学拆分可得到手性环氧氯丙烷。手性环氧氯丙烷是具有很高价值的中间体,被广泛应用于医药、材料等领域。Salen是指两个相同的醛分子和一个二胺分子缩合生成的碱,其与金属化合形成的配合物被称为Salen金属配合物,常用于手性环氧氯丙烷的合成。综述了近年来Salen金属配合物催化剂的发展历程及其用于手性环氧氯丙烷合成的研究进展,探究了水解动力学拆分过程中催化剂的失活机理,对以Salen金属配合物为催化剂合成的手性环氧氯丙烷的应用进行了展望。

MT药剂体系化学动力学研究

利用化学反应动力学和充分搅拌模型分析了MT体系反应的历程和系统的热安定性:MT系统具有很好的热安定性;分析了环境压力和组分比例对弛豫时间和热性能的影响,压力增加弛豫时间变短,反应温度增大;PTFE的增加有利于缩短弛豫时间,在一定范围内可提高反应温度,随着PTFE含量的进一步增加,反应温度降低。

酶分子的自驱动及其介导的微纳马达

在生命活动中扮演重要角色的生物催化剂酶,被发现在催化底物转化的过程中能表现分子水平的扩散增强行为。这种自驱动的扩散增强现象提供了一个研究酶的新角度:酶分子马达(EMM)。受到天然生物分子马达的启发,EMM被用作“引擎”开发出了一系列的酶驱动微纳马达和微泵,将催化过程中的化学能转化为动能,驱动微纳尺度的运动。通过巧妙的设计,酶驱动微纳设备可以实现功能化、完成各种任务,引起了广泛的关注。然而,EMM和酶驱动微纳设备的运动机理尚处于争论之中,酶驱动设备尺寸、结构、酶的性质对运动性能的影响也尚未明晰,制约着EMM和微纳设备的研究和应用。因此,本文综述EMM的自驱动运动以及作为“引擎”驱动的微纳马达和微泵。首先,简述低Reynolds数环境中实现微观自驱动运动的条件,阐述酶分子的自驱动和趋化行为,归类EMM运动机理;其次,归纳酶驱动微纳马达和微泵,重点评述酶分子作为“引擎”驱动人工合成微纳马达的实现途径及其潜在应用;最后,总结酶分子自驱动及其驱动微纳尺度运动存在的主要挑战,并提出进一步研究的重点方向。

微型流化床测定菱铁矿磁化焙烧固体产物特性的演变过程

利用具有在线颗粒取样功能的微型流化床反应分析仪(MFBRA-P),研究了惰性气氛下菱铁矿磁化焙烧反应过程中固体产物的物相组成、孔隙结构以及磁性的瞬态变化过程。结果表明:菱铁矿于600℃时完全分解,分解过程为先经分解反应生成FeO,FeO再经过磁化反应生成最终产物Fe3O4;焙烧产物的孔体积和比表面积随焙烧温度的增加以及反应的进行均呈现先增大后减小的趋势,并在600℃时出现最大值(3.03 cm^(3)·g^(-1)和13.19 m^(2)·g^(-1));焙烧产物的饱和磁强度随反应的进行大幅度增加,但当反应结束后即温度高于600℃时,焙烧产物的饱和磁强度几乎不变。

咪唑类酸性离子液体催化合成双酚F反应动力学研究

提出了苯酚、甲醛经酸性离子液体[Hmim]HSO 4催化的反应机理和三步骤反应模式,推导出了其反应动力学方程。结果表明:反应速率常数与反应温度和离子液体浓度有关。在酚、醛物质的量比6∶1和充分搅拌条件下,在反应温度80~100℃及酸、醛物质的量比2∶1~1∶2范围内,采用滴加甲醛方式,进行了双酚F合成反应的动力学实验,实验结果与动力学模型拟合良好。在n(酚)∶n(醛)∶n(酸)为6∶1∶1及80~90℃最佳反应条件下,双酚F收率可达79%以上,反应表观活化能E_(a)=19.92 kJ/mol。

用N235从独居石优溶渣浸出液中萃取铁的动力学研究

采用恒界面池法研究了N235从独居石优溶渣浸出液中萃取铁的萃取动力学,在室温下考察了搅拌速度、比界面积、N235体积分数、改性剂仲辛醇体积分数、初始铁质量浓度和盐酸浓度对铁的正向萃取速率的影响。结果表明:搅拌速度小于90 r/min时,萃取过程由扩散反应控制,铁的萃取速率随搅拌速度增大而增大;搅拌速度大于90 r/min后,萃取速率不再变化,萃取过程为化学反应控制;随比界面积增加,萃取速率加快,萃取过程受界面混合控制;增大铁、盐酸和N235用量可加快萃取速率,增大仲辛醇用量可减缓萃取速率。在室温条件下,独居石优溶渣浸出液中铁的萃取动力学方程为:R 0=0.037[Fe]0.94[HCl]0.72[N235]0.52。

甲醇制烯烃反应过程中SAPO-34分子筛催化剂的积碳行为研究

在固定床积分反应器内考察了甲醇制烯烃反应过程中SAPO-34分子筛催化剂(以下简称催化剂)上积碳的生成规律,实验结果表明,随着反应温度的升高,催化剂积碳量呈指数规律增长,反应初始阶段的积碳生成速率很快,随后趋于平缓;用水作稀释剂,可以有效地减缓催化剂的积碳速率;催化剂床层内呈现明显的积碳分布,床层入口处的积碳量(质量分数)平均为9.56%,而出口处的积碳量仅为3.20%,符合平行失活机理。积碳催化剂的傅里叶变换红外光谱和热重分析结果表明,反应温度不同,积碳的组成也不同,较低反应温度下生成的积碳主要以脂肪烃为主,而在较高的反应温度下,积碳中多环芳烃的比例增大。

CO_2置换CH_4水合物中CH_4的实验和动力学

在自行设计的反应装置中考察了2.8MPa和3.25MPa压力下,温度271.2、273.2和276.0K时CO2气体置换十二烷基硫酸钠(SDS)体系CH4水合物中CH4的置换过程。实验数据表明,在反应的前50h,CH4水合物的分解速率较快,其后分解速率变慢。冰点以上CH4水合物的分解速率较快。基于动力学数据,建立了SDS体系置换反应过程中CH4水合物的分解动力学模型和CO2水合物的生成动力学模型。计算得到CH4-CO2置换反应过程中CH4水合物的分解活化能为28.81kJ.mol-1,CO2水合物的生成活化能为68.40kJ.mol-1。数据表明,CH4水合物的分解可能受置换反应过程中水分子的重排控制,而CO2水合物的生成可能受CO2气体在水合物中的扩散控制。