高选择性催化合成二甲基甘油醚及其汽液平衡的研究

摘要

生物柴油作为一种优质的清洁燃料，可成为石化柴油的替代品，然而在生物柴油生产过程中副产大量甘油，如何以甘油为原料生产高价值的化学品成为急需解决的问题。甘油醚化反应可将甘油转化为烷基甘油醚类化合物，用作燃料添加剂，可延长生物柴油产业链，具有重要的研究意义。本文提出以HCl作为循环剂，首先与甘油反应得到环氧氯丙烷，进而与甲醇合成二甲基甘油醚的新型反应路线。重点研究了离子液体催化合成二甲基甘油醚的反应性能及其分离过程所需的汽液平衡基础数据。
　　在高压反应釜中考察了以甲醇、环氧氯丙烷为原料直接合成二甲基甘油醚的反应性能并对催化剂进行筛选。发现酸性离子液体N,N,N-三甲基-N-磺丁基-硫酸氢铵作为催化剂能够高效催化此反应，在常压、393K、反应时间为10h、甲醇与环氧氯丙烷和催化剂用量的摩尔比为5/1/0.01的条件下，环氧氯丙烷转化率高达100％，二甲基甘油醚选择性达99.0%。通过减压蒸馏的方式回收离子液体，直接用于下一次的反应中，催化效果有所下降，重复利用5次，二甲基甘油醚的收率保持80%左右。
　　利用静态法测定了2,3-DMPP不同温度下的饱和蒸汽压数据，并拟合出其安托尼方程参数。采用改进的Ellis气相单循环汽液平衡釜测定了常压下CH3OH－ECH，CH3OH－2,3-DMPP的汽液平衡数据。并分别利用NRTL和UNIQUAC液相活度系数模型对二元汽液平衡数据进行了关联，得到相应组分的二元交互作用参数。发现NRTL模型优于UNIQUAC模型，CH3OH－ECH、CH3OH－2,3-DMPP二组分物系平衡温度和汽相组成的计算值与实验值平均偏差分别为0.1071%、0.0115和0.8639%、0.0145。利用关联得到的二元交互参数以及Aspen Plus闪蒸罐模型模拟汽液平衡过程，预测了CH3OH－ECH－2,3-DMPP三元汽液平衡数据，为产品2,3-DMPP的分离提纯的工业设计与操作控制提供了基础。

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第一章 绪论

1.1 环氧氯丙烷合成工艺研究进展

1.2 二甲基甘油醚的研究背景

1.3 汽液相平衡的测定

1.4 汽液相平衡数据的计算方法

1.5 本文的主要研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验仪器与试剂

2.2 实验装置

2.3 催化剂制备方法

2.4 数据处理

第三章 甲醇与环氧氯丙烷高选择性合成二甲基甘油醚的研究

3.1 催化剂的筛选

3.2 反应条件的影响

3.3 催化剂重复使用性能

3.4 小结

第四章 甲醇－环氧氯丙烷－二甲基甘油醚物系汽液平衡数据的测定与关联

4.1 前言

4.2 二甲基甘油醚饱和蒸汽压的测定

4.3 汽液平衡数据的测定

4.4 热力学一致性检验

4.5 汽液平衡数据关联

4.6 CH3OH－ECH－2,3-DMPP三元体系汽液平衡数据预测

4.7 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士期间所取得的相关科研成果

致谢