渗透蒸发传质研究及其与酯化反应集成过程的模拟计算

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1、广西大学硕士学位论文渗透蒸发传质研究及其与酯化反应集成过程的模拟计算姓名：邹昀申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：童张法20060501渗透蒸发传质研究及je与酯化反应集成过程的模拟计算渗透蒸发传质研究及其与酯化反应集成过程的模拟计算摘要渗透蒸发是唯一具有相变化的膜分离过程，被广泛应用于液体混合物的分离，特别适合于从有机溶液中脱水或从水溶液中脱出挥发性有机物。与传统分离技术如精馏相比，渗透蒸发具有节能、可在常温下操作和操作方便等优点。此外渗透蒸发还特别适用于痕量、微量物质的移除以及近、共沸物的分离。目前膜

2、技术与化学反应过程结合技术引起了关注，渗透蒸发与反应结合，尤其是与酯化反应结合的技术潜力倍受重视。通过渗透蒸发移除反应混合物中的产物，可以使反应转化率突破热力学平衡以及反应动力学限制。本研究首先探讨了聚乙烯醇(PvA)膜用于从正丁醇／水、醋酸／水、醋酸丁酯／水二元系统中分离水的情况，对原料浓度和温度工艺参数对于渗透通量、分离因子和渗透分离指数(PSI)等分离性能的影响进行了研究。结果表明：PvA膜对水的优先渗透超过有机物，膜对四种组分的选择性渗透顺序为：水>醋酸>正丁醇>醋酸丁酯，而且这种膜对水具有特殊的选择性

3、。二元混合物温度与渗透通量符合A盯henius关系，由此可计算出二元混合物通过PVA膜的渗透活化能。进一步研究了醋酸丁酯、正丁醇、醋酸和水四元混合物体系中用PVA膜渗透蒸发脱除水的过程，该四元体系与生产醋酸丁酯的酯化反应有关系。类似于二元体系，根据AH．henius关系计算得到四元体系通过PvA膜的渗透活化能。基于前面的研究，本文模拟计算了渗透蒸发脱水过程与醋酸与正丁醇生成醋酸丁酯的酯化反应集成过程，考察PvA亲水膜除水过程与酯化反应在间歇反应器中的耦合过程。建立渗透蒸发与酯化反应耦合动力学模型，采用uNIFA

4、c基团贡献法计算活度系数进行校正。根据渗透通量与温度的实验数据回归出水渗透通量与操作温度的关联式；根据相关文献实验数据回归分别得到反应平衡常数、反应速率常数与温度的关联式。采用Matlab渗透燕发传质研究及萁与酯化反应集成过程的模拟计算软件求解集成过程动力学微分方程组，并用实验值对计算结果进行对比验证，着重考察了温度、反应物初始摩尔比、膜面积与反应液体积比、和催化剂浓度对集成过程的影响，从而为工业生产提供参考。关键词：渗透蒸发溶解扩散自由体积渗透活化能渗透蒸发分离指数￡里垡羔!型兰羔塑翌王一．望堕鎏丝堡堕型壅丝

5、!!兰塑些垦些堡盛塾望堕堡丝盐簦STUDYoFPERVAPORATIONSEPARATIONTRANSPORTANDSIMULATIoNCALCULATIoNoFPERVAPORATIoN—ESTERIFICATIoNCoUPLINGPROCESSABSTRACTPervaporatlonlsunlqueamongmembraneseparations，involvingachangeofphasetoachieVeseparation，whjchtobeusedintheseparationof“quidm1

6、Xtures，especlallytoremoVewaterf而mo唱anicsolutionorvolatileor2aniccompoundstromaqueoussoIutlons．Ithastosaveene唱yandoperateconVenJentJycon】paringwithtraditionalsepaI-ationtechnique，fbrexample，distillation；如rthermorepervaporationisappliedappropriatelytoremovetra

7、cecompoundsaswellasazeotmpicmixtures．Theuseofmembraneinchemicalreactlonprocess1sattractlngmuchattentjon．Thepotentialapplicationsofpen，aporatlonmreactlonarebemgrecognized，especiallyinesterification．SinceseparatlonmembranespermltseIectiVepermeationofacomponent

8、舶mamlXture，membranecanhelpenhancetheconversionofthermodvnamicallvorkineticallylimitedreactionsthroughcontrolledremovalofoneormorereactalltorpmductspeciesf．romthereactionmixtures．Inthisstudy，PVAm