合成甲基叔戊基醚热力学和动力学的研究

摘要

甲基叔戊基醚(TAME)是一种含氧的高辛烷值汽油调和组分，生产TAME原料来源经济、方便，而且使汽油中的烯烃转变成高辛烷值的含氧化合物，大大改善了汽油的燃烧质量。TAME性能更接近于汽油，在目前能源问题日益突出的情况下，TAME对炼油行业具有十分重要的作用和深远的意义。 本文以甲醇和混合异戊烯(包括2-甲基-1-丁烯和2-甲基-2-丁烯)为原料，以国产D005Ⅱ型酸性大孔阳离子交换树脂为催化剂，在高压间歇反应釜中进行醚化反应，研究合成高效汽油添加剂甲基叔戊基醚(TAME)的适宜反应条件以及热力学和动力学参数。 通过改变搅拌器转速，催化剂粒径，温度以及初始醇烯比等影响因素，考察TAME收率随时间的变化情况，得出当搅拌器转速达到400rpm时，催化剂外扩散的影响已经基本消除；当催化剂粒径小于0.5mm时，催化剂内扩散的有效因子已经达到0.95，因此可以忽略内扩散的影响；另外，合成TAME的适宜反应温度介于70～80℃之间并且更接近80℃，初始原料应按照化学计量系数配比。 在50～80℃的温度区间内进行热力学实验，计算出反应平衡常数和反应焓变、熵变、吉布斯自由能等热力学参数，结果与文献值基本一致。 本文还对树脂催化剂催化合成TAME的反应机理进行研究，对比了三种应用于本反应体系最广泛的动力学模型，其中LH模型拟合实验结果的效果最好，而均相模型的偏差最大。可见，催化剂表面的双吸附假设更符合合成TAME的反应体系。应用LH模型计算出2-甲基-1-丁烯和2-甲基-2-丁烯合成TAME的活化能分别为88.1 kJ mol-1和102.1 kJ mor-1。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

前言

第一章文献综述

1.1甲基叔戊基醚简介

1.1.1汽油添加剂的发展

1.1.2 TAME的优点和特点

1.2甲基叔戊基醚的生产现状和主要工艺

1.2.1国外主要的甲基叔戊基醚生产概况

1.2.2我国甲基叔戊基醚生产现状

1.2.3甲基叔戊基醚生产工艺

1.3我国TAME的需求状况

1.4合成TAME的主要催化剂

1.4.4树脂催化剂

1.4.5其他催化剂

1.4.6反应过程中内外扩散作用

1.5几种计算活度系数的方法

1.5.1局部组成的概念

1.5.2 Wilson方程

1.5.3 UNIQUAC方程

1.5.4 UNIFAC方程

1.6本文研究的主要内容

第二章TAME合成实验

2.1实验原理

2.2实验部分

2.2.1实验装置

2.2.2反应原料

2.2.3催化剂

2.2.4分析方法

2.2.5产物校正因子的测定

2.2.6实验步骤

2.3外扩散的影响

2.4内扩散的影响

2.5温度对反应的影响

2.6醇稀比对反应速率和平衡组成的影响

第三章合成甲基叔戊基醚热力学的研究

3.1实验方法

3.2平衡常数的计算

3.3平衡常数计算值准确性的验证

3.4其他热力学参数的计算

第四章合成甲基叔戊基醚动力学的研究

4.1实验条件

4.2动力学模型

4.2.1均相模型

4.2.2 Langmuir-Hinshelwood模型

4.2.3 Eley-Rideal模型

4.3不同模型动力学常数的计算

4.4模型的选择

4.5反应活化能与文献值的对比

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢