钛合金微通道反应器的设计制造及在酯化反应中的应用研究

来源 :西北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zx20060522
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近年来,微通道反应器凭借其自身所具有的优异的传热传质性能、安全性好、过程易于控制和直接放大等技术优势逐渐被广泛应用于科学研究和化工生产等领域,成为未来化工技术发展的主要方向。钛合金作为一种结构性金属材料具有许多其他金属材料无法替代的优良特性,尤其在比强度、耐腐蚀性、耐热性、耐低温性能、抗阻尼性能、换热性能,以及无磁性、无毒性方面尤为突出,非常适合作为在腐蚀性、防污染性等方面有着更高要求的反应器的主要结构材料。本文中设计并制造了一套以钛合金为主要结构材料的微通道反应器,通过对钛合金材料在设计和制造微通道反应器过程中出现的一些特殊要求,例如换热、成型、焊接、检测等技术进行研究,并辅助流体模拟,验证微通道反应器的结构合理性和功效性,同时以自制连续式微通道反应器合成丙烯酸高碳酯作为对其性能的鉴定评价。丙烯酸高碳酯作为一种十分重要的功能性单体,以它的高效合成来制备聚酯类降凝剂产品,对于解决我国目前开采的原油大多含蜡量高、凝点高、粘度高、流动性差及开采和管道运输困难大等难题带来希望,具有重大意义。本文开展实验探索了醇酸摩尔比、反应温度、进料流率、催化剂添加量及阻聚剂添加量等因素对丙烯酸高碳醇酯产量的影响,并对其进行了工艺参数优化,通过核磁共振、高效液相色谱以及傅里叶变换红外光谱仪等对所得产品进行检测。通过本课题上述研究,得出了如下的结论:1.钛合金因为其优良的耐蚀性、高比强度等特性,用来制造微通道反应器是非常适宜的;2.微雕铣、扩散焊等有针对性的加工制造手段,符合钛合金微通道反应器的制造要求;通过数值模拟可以对尚无标准设计手段的微通道反应器系统设计提供相关依据;3.微通道反应器中催化合成丙烯酸高碳烷基酯时,随着醇酸摩尔比的减小、油浴加热温度的提高、进料流率的增大、催化剂添加量的增大以及阻聚剂用量的逐渐增多,所得丙烯酸高碳烷基酯的流率基本上均呈现有先增加后减小的趋势。4.在进料醇酸摩尔比为1:1.2(mol/mol),高温循环器油浴加热温度为150℃,催化剂对甲苯磺酸添加量为高碳醇与丙烯酸总质量的0.8%(m/m),阻聚剂对苯二酚添加量为高碳醇与丙烯酸总质量的0.6%(m/m),携水剂对二甲苯添加量为高碳醇质量的0.8(m/m),进料流率为0.3mL/min优化工艺条件下,微通道反应器催化合成丙烯酸十四酯的流率最大,达到了388mg/L。5.通过对产物的红外光谱、核磁共振氢谱及核磁共振碳谱图的分析,证实了反应产物中丙烯酸十四酯的生成。6.丙烯酸高碳酯具有与油品中的蜡晶相似的结晶形态,这种相似的结晶形态有利于相互融合,产生共晶,表现出一定的降凝效果。
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