环戊基甲醚合成反应动力学及初步工艺研究

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环戊基甲基醚由于其疏水性强、毒性小、沸点高、结构稳定、易于分离回收等优点,极具应用前景。环戊烯和甲醇醚化是制备环戊基甲醚的主要路径。然而,由于对反应规律的认识不足,相关的工艺研究难以开展。本文着重探究环戊烯和甲醇醚化的反应动力学,并构建相应的动力学模型,为反应器的设计和开发提供基础数据。研究内容主要包括:(1)基于DA-330树脂催化剂的反应动力学研究。首先,在釜式反应器测试不同型号树脂的催化活性,综合考虑多项指标,最终选择耐高温DA-330树脂作为催化剂。随后,在釜式反应器中考察了反应时间、反应温度、催化剂用量、烯/醇摩尔比和初始含水量对于醚化反应的影响,系统分析环戊烯醚化体系的各组分的变化规律。有如下几个重要发现:以甲醇为基准,环戊基甲醚的选择性随着甲醇转化率的升高而升高。提高反应温度和增加催化剂用量不会改变环戊基甲醚的选择性,只能加快醚化反应进程。基于活度建立环戊烯醚化Pseudo-Homogeneous动力学模型,得到相关动力学参数。模型结果表明,体系中醚化反应与甲醇脱水中的甲醇级数与甲醇初始浓度有关,随后建立甲醇级数与甲醇初始浓度关联式。(2)基于HZSM-5分子筛催化剂的反应动力学研究。通过釜式反应器以不同型号分子筛为催化剂进行实验,筛选出HZSM-5作为最适宜催化剂,考察了反应时间、反应温度、催化剂用量和烯/醇摩尔比对于醚化反应的影响。采用Pseudo-Homogeneous动力学模型对HZSM-5分子筛的动力学数据进行拟合,得到相关动力学参数。与树脂催化进行对比,二者反应规律基本相同,但分子筛催化剂比树脂催化剂的选择性更高,醚化反应速率更快。(3)由于HZSM-5分子筛的稳定性以及重复使用性能较差,我们以DA-330树脂为催化剂进行管式反应器工艺研究,通过单因素实验得到如下较优的工艺条件:反应温度为120℃,烯/醇摩尔比为4:1,空速为1.85 h-1,此时甲醇转化率为94.2%,环戊基甲醚收率为60.3%。管式反应器连续实验进一步表明DA-330树脂具有优异的稳定性。
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