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微波强化催化反应精馏过程研究

高鑫  
【摘要】:反应精馏技术经过几十年发展,已经开发出多种工艺,并成功应用于工业生产中。但鉴于反应精馏技术本身的局限性,如反应速率过慢或反应条件与精馏条件不匹配等,该技术并不能应用于所有的反应体系。本文的研究目的正是针对反应精馏技术受到的某些局限性,利用微波对物质作用的特殊性,来弥补反应精馏技术的局限性,使反应与精馏过程条件相匹配,开发出了一种新型过程耦合强化技术—微波反应精馏技术。本文选用DOP酯化反应体系作为研究对象,对该体系酯化微波反应精馏过程及其相关内容进行了系统研究。 对于微波反应精馏过程的基础性研究部分,本文从两个方面进行:(1)微波场中的反应动力学,在自制的微波反应装置中,对DOP酯化反应动力学进行了测定,并与该反应常规加热方式下的反应速率进行了比较,了解了微波场对DOP酯化反应的特殊作用,并得到了微波场中钛酸四丁酯催化DOP酯化反应的动力学方程;(2)微波场中的汽液相平衡,本文研制开发了用于微波场中的汽液相平衡仪,分别测定了不同微波功率下乙醇-苯和异辛醇-DOP两组二元体系的汽液相平衡数据,通过与常规汽液相平衡数据比较得知微波场对汽液相平衡的影响,并采用UNIQUAC模型对上述两组二元体系的汽液相平衡数据进行了关联,得到了相应的模型参数。 对于微波反应精馏过程的工艺实验研究部分,本文研制了应用于微波反应精馏过程的专用填料——MRDPAK填料,对MRDPAK填料的流体力学以及传质性能进行了测定。建立了内装MRDPAK填料的微波反应精馏塔,采用本文开发设计的异辛醇汽提微波反应精馏工艺对DOP酯化微波反应精馏过程进行了实验研究,并与常规反应精馏及普通微波反应精馏过程进行了对比,结果表明异辛醇汽提微波反应精馏工艺更具优势。 建立了DOP酯化微波反应精馏过程的稳态平衡级模型,利用该模型对DOP酯化微波反应精馏过程进行了模拟与分析,模拟结果与本文的实验结果吻合较好,说明了所建模型的准确性。在此基础上,对该过程的主要影响因素进行了系统的模拟研究,考察并确定了进料位置、回流比、进料单酯醇摩尔比、精馏段及反应段高度、微波功率、反应填料持液量等多个因素的最佳操作条件,相关结果为DOP酯化微波反应精馏工艺的设计与工业化提供了指导和借鉴。


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