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《武汉工程大学》 2017年
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DMC合成体系气液相平衡的GEMC模拟研究

卢苗  
【摘要】:碳酸二甲酯(DMC)是一种集安全性与绿色性等优点于一体的有机物,研究其合成体系的气液相平衡,对其反应机理的研究、反应器的设计具有指导作用。甲醇氧化碳基化法合成碳酸二甲酯属于高压气液反应,采用传统方式测相平衡数据时存在实验设备投资高,实验操作困难等缺点,导致碳酸二甲酯合成体系的气液相平衡数据的不具系统化。因此本文采用GEMC方法,结合开源程序包Towhee,对碳酸二甲酯合成体系的相平衡进行了研究。甲醇作为氧化羰基化法合成碳酸二甲酯的重要原料之一,研究其气液相平衡性质可为碳酸二甲酯的模拟计算提供理论指导。故本文首先模拟计算了甲醇纯物质的气液相密度,选择TraPPE-UA力场构建甲醇分子。通过比较模拟值与文献值,液相密度相对偏差最高为3.87%,气相密度相对偏差最高为34.05%,验证了所采用的分子势能模型、运动概率分配等参数设置对甲醇纯物质的适用性。进而模拟计算了一氧化碳在甲醇中的溶解度,模拟值与文献值相比,相对偏差最低为5.68%,最高为17.80%。在模拟甲醇简单分子的基础上,采用力场迁移的方式将缺失的力场参数补齐后,对碳酸二甲酯的液相密度进行模拟计算。对比模拟值与文献值,相对偏差较大,故需要对力场进行优化。接着选择量化计算的方式对碳酸二甲酯分子间的相互作用能进行Lenard-Jones 12-6势能函数模型拟合,得到-C=O作用位点的非键作用参数。采用修正后的力场重新计算了碳酸二甲酯的液相密度,将相对偏差最高值由1.31%降到了0.55%,这表明优化后的TraPPE-DMC力场能较好的描述碳酸二甲酯。最后采用NPT-GEMC方法计算了CO在碳酸二甲酯中的溶解度,以及CO在不同摩尔分数甲醇/碳酸二甲酯混合溶剂中的溶解度。二元混合体系相对偏差最高为10.15%,三元混合体系相对偏差最高为25.80%。结论表明三元混合体系中分子作用力较二元体系复杂,需要对分子势能模型进行优化,以期得到更为准确的相平衡数据。
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ225.52;O642.42

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