碱法合成甲醇钠的热力学分析

氢氧化钠溶解在甲醇中与甲醇反应是制取甲醇钠的主要方法,文中针对该液相反应建立热力学循环,计算了298 K下反应的标准摩尔吉布斯自由能变和标准摩尔焓变,将范特霍夫方程积分后得到化学平衡常数随温度的变化关系式。计算结果表明:该反应的标准摩尔吉布斯自由能变略大于0,说明反应在常温下难以自发进行,需要不断移出生成的水来提高反应转化率;反应微放热,化学平衡常数随温度升高将变小,得到的化学平衡常数与温度的关系式与文献报道的实验结果基本一致,可为工业模拟提供理论计算依据。根据化学平衡常数关系式和汽液平衡模型对生产过程进行分析计算,获得了较适宜的反应温度范围。     

甲醇-乙酸-丙酸多元体系汽液平衡

用新型泵式沸点仪测定了在100kPa下甲醇-乙酸、甲醇-丙酸、乙酸-丙酸3个二元体系以及甲醇-乙酸-丙酸三元系在不同液相组成时的沸点,并用间接法T-p-x(温度、压力和液相摩尔分数)推算了3个二元体系的汽相平衡组成。3个二元体系活度系数分别用Wilson模型、NRTL模型、Margules模型和van Laar模型进行关联,用最小二乘法求出了它们的液相活度系数模型参数,同时,用这些模型参数来计算它们的汽相摩尔分数。所得的液相活度系数来计算3个二元体系的过量吉布斯自由能函数,且所研究的所有体系中各组分之间不存在共沸点。用3个二元体系Wilson模型参数对所测的三元体系数据进行关联,建立该系统汽液平衡的热力学模型并计算平衡时的汽相摩尔分数和泡点温度。由面积积分法检验这些模型参数计算的3个二元体系相平衡数据,得到很好的热力学一致性。     

甲醇制低碳烯烃反应体系的热力学计算与分析

采用原子矩阵法确定了甲醇制低碳烯烃独立的反应数,采用Gibbs自由能最小化方法,建立了计算烯烃产物之间平衡关系的数学模型,简化了计算过程。计算了甲醇制低碳烯烃各独立反应的Gibbs自由能及烯烃产物之间的平衡关系。热力学分析表明,甲醇制低碳烯烃反应主要为动力学控制,提高反应温度、降低反应压力和加水有利于乙烯平衡组成增加和乙烯与丙烯总平衡组成的增加,丙烯平衡组成随温度、压力变化存在最大值。计算数据与文献值比较表明,该法计算结果可靠,对甲醇制低碳烯烃的实验室研究及工业化生产有指导意义。     

美罗培南加氢反应体系的热力学计算和分析

美罗培南是一种广谱、高效、安全的抗生素,也是治疗新冠肺炎的临床药物之一。研究美罗培南加氢反应的一锅法和两步法工艺过程,利用基团贡献法估算反应体系中各组分的物性,包括临界参数、标准摩尔生成焓、标准摩尔熵、比热容等。利用热力学基本原理,计算美罗培南加氢反应的标准摩尔反应焓、标准摩尔反应熵、标准摩尔反应Gibbs自由能和平衡常数。结果表明,美罗培南加氢反应是放热反应,且放热量较大,降低操作温度有利于反应向热力学有利的方向进行;加氢反应是较容易进行的,缩合反应的平衡常数远小于加氢反应;可着重考虑采用降低操作温度,及时移出反应产物等方式推动缩合反应向正反应方向进行。热力学理论计算与实际情况吻合较好。一锅法在热力学上优于两步法,但需要解决催化剂易中毒问题。将抗中毒的包围型催化剂与微界面反应强化技术结合优化一锅法加氢过程是对美罗培南加氢反应技术升级一个值得探索的方向。     

丁烯氧化脱氢制丁二烯体系的热力学计算与分析

计算了正丁烯氧化脱氢制丁二烯体系中各反应的标准摩尔反应焓、标准摩尔吉布斯自由能、平衡常数,并利用Gibbs自由能最小法计算了反应体系的热力学平衡组成。结果表明,正丁烯的氧化脱氢与完全氧化反应在热力学上均可完全进行,但是丁二烯的产率受热力学平衡限制。因此,提高丁二烯产率的关键在于开发高性能的催化剂,从动力学上角度充分抑制COx的生成反应。     

噻吩水热裂解平衡计算及反应过程分析

采用乘子法,结合Gibbs自由能最小的概念,计算注蒸汽热采地层条件下,噻吩水热裂解反应体系的平衡组成.根据实验数据和计算结果分析反应过程,认为噻吩水热裂解过程中发生了水解、热解、加氢脱硫、加氢饱和及水煤气转换等反应.平衡计算结果表明,当水/噻吩摩尔进料比小于4时,提高进料比有利于脱硫,并生成更多气体;提高反应温度、降低反应压力有利于提高气体产量,但不利于脱硫.当水/噻吩摩尔进料比大于4时,噻吩平衡转化率达100%,温度、压力、进料比对平衡组成的影响很小.     

浆态床甲醇合成反应过程数学模拟

在固定床等温积分反应器中回归了LP201催化剂上的甲醇合成反应动力学参数,在液固拟均相、全混流、气相流动形式分别为全混流、平推流的基础上建立了浆态床搅拌反应器中甲醇合成反应的数学模型. 模拟结果显示,根据所得动力学参数,计算结果与实验结果吻合良好;气相甲醇合成过程中气相流动形式明显影响反应效率;在液相甲醇合成过程中,气相的流动形式对反应影响不大;气液传质阻力对反应有较显著的影响,必须与反应过程同时加以考虑.     

酯交换制油酸甲酯的基团贡献法热力学分析

采用基团贡献法和赵氏经验公式(ΔS? v = A s lgT b + B s )计算了三油酸甘油酯与甲醇之间发生的三步连续可逆酯交换反应的标准摩尔反应焓、标准摩尔熵、标准摩尔反应Gibbs函数和标准平衡常数,并分析了酯交换反应转化率的影响因素。结果表明,酯交换反应是放热反应,低温和高压有利于反应的进行。酯交换反应的转化率在甲醇液相时受温度和压力的影响较小,醇油比增大可以提高反应的转化率,当醇油比为20:1时转化率达到98.8%。酯交换反应的转化率在甲醇气相时,随着压力的增大而增大,随着温度的增大而减小。通过计算结果与实验数据进行比较,表明本文提出的分析方法是可行的。     

喷射反应器内气液两相流体动力学特征

喷射反应器是一种重要的化工过程强化设备,可有效强化传质与传热过程、加快反应速率、提高反应产率,近年来在多个领域得到应用。本文对两种典型喷射反应器的结构及其工作原理进行了描述,系统地分析了各操作参数和结构参数对气体吸入量和气泡直径的影响规律,指出研究气体吸入和气泡破碎两种机制的必要性。对采用计算流体力学方法模拟喷射反应器内气液两相流进行了分析,指出Mixture模型适合研究气体吸入量,无法准确描述气泡运动和破碎这两个重要过程,提出采用计算流体力学与群体平衡模型结合的方法进行模拟,关键在于建立适合喷射反应器的气泡破碎频率模型。另外,结合工业应用的实际情况,强调了加入催化剂颗粒相的多相流分析对于指导工业应用的重要意义。     

甘氨酸在甲醇-水体系中溶解度的测定及关联

本实验采用平衡法测定了293.15—353.15 K下甘氨酸在水中的溶解度,及在不同比例甲醇水溶液中293.15 K至溶液沸点甘氨酸的溶解度。实验结果表明,甘氨酸的溶解度随甲醇摩尔分数的增加而下降,随温度的升高而逐渐增大。分别采用Apelblat方程,λh方程和(CNIBS)/Redlich-Kister方程对溶解度数据进行关联,结果表明:Apelblat方程和λh方程均能较好地表达甘氨酸在甲醇-水体系中的溶解度。(CNIBS)/Redlich-Kister方程能准确地关联溶剂中甲醇的摩尔分数x_2与甘氨酸溶解度x1的关系。利用van't Hoff方程估算得到甘氨酸在甲醇-水中的溶解熵和溶解焓,说明甘氨酸在甲醇-水体系中的溶解过程是吸热和熵驱动的。实验得到的溶解度数据和关联为其工业结晶过程设计和工艺优化提供了理论依据。     

大型甲醇合成反应器工况的数值分析

年产40万吨甲醇合成反应器由两个绝热-管壳复合型反应器并联组成,并共用一个汽包.以CO、CO2加氢合成甲醇的两个平行反应为独立反应,CO和CO2为关键组分建立一维拟均相数学模型,用龙格-库塔法求解,获得催化床内各组分的摩尔分率和床层温度随轴向的分布.针对以天然气为原料的甲醇生产装置,模拟计算了各操作参数,如沸腾水压力和温度、操作压力,对反应器性能的影响,讨论了催化剂不同时期的反应器操作条件.此模型计算预测值与实际生产数据吻合良好.     

非水电解质溶液的状态方程

以甲醇为溶剂的非水电解质溶液作为研究对象,构造出能够准确描述非水电解质溶液热力学性质的状态方程。本状态方程中包含两个可调节参数,在不改变可调节参数的情况下,该状态方程对于不同温度、摩尔浓度的非水电解质溶液的热力学性质保持着良好的预测能力。状态方程中的亥姆霍斯自由能由微扰理论计算得到,详细阐述非水电解质溶液的蒸汽压、溶剂活度的求解过程。     

副产物对醇酸缩聚反应动力学参数的影响

采用熔融缩聚法将新戊二醇／顺丁烯二酸酐或新戊二醇／邻苯二甲酸酐在150-180℃下反应。分析了反应过程中酸浓度和副产物水的变化,以及水对反应动力学参数的影响。结果表明,在计算动力学参数时,应采用体积摩尔浓度为单位,与采用质量摩尔浓度为单位相比,其参数值较大,并且不能忽略副产物的影响,否则将产生误差,并且误差的大小随反应温度的升高而增大,最大可达到23％左右。     

甲醇与叔丁醇合成甲基叔丁基醚的热力学计算与分析

针对甲醇和叔丁醇反应体系进行了热力学分析,该体系存在四个独立的化学反应:甲醇与叔丁醇的醚化反应、甲醇的脱水反应,叔丁醇的脱水反应及叔丁醇分子内脱水生成异丁烯的反应.对于该复杂反应体系建立了相应的热力学模型和计算方法.考察了温度和进料甲醇/叔丁醇比对平衡组成、转化率和产率的影响.计算结果表明:在热力学上合成甲基叔丁基醚(MTBE)较其它反应并不占优势。只有在低温下才能获得较高的MTBE收率.进料甲醇/叔丁醇比对于合成MTBE反应存在一最佳比值:为2:1左右。     

甲醇水蒸汽重整制氢反应的热力学分析

针对甲醇水蒸汽重整制氢反应体系,通过理论计算研究了化学平衡常数随温度的变化规律,指出该反应适宜的反应温度。选取自行开发的CuZnZrAlO催化剂作为研究对象,比较了反应体系中理论平衡组成和实际组成之间的差别,研究了体系中两个独立反应——甲醇分解和水蒸汽变换的反应进度受温度影响的敏感度。通过比较实际反应性能和理论平衡极限的差别,为CuZnZrAlO催化剂的进一步改进提供了研究方向。     

甲基磺酸催化合成对叔丁基苯甲酸甲酯的新工艺

以对叔丁基苯甲酸和甲醇为原料,甲基磺酸为催化剂合成对叔丁基苯甲酸甲酯,考察两种不同生产工艺A、B.工艺A采用一步法,当酸醇摩尔比1∶7,催化剂10%(占酸的摩尔份数),回流反应8 h时,产率为85.8%.在上述条件下,工艺B将反应分两个阶段进行,第一阶段酸醇摩尔比1∶3.5,回流反应3 h后蒸除水和甲醇;再加入与第一阶段同样量的甲醇,继续回流反应5 h,产率高达95.3%.产品经红外和折光率进行表征.     

应用遗传算法求解多相化学反应体系的相稳定性及平衡组成

基于吉布斯自由能最小法原理,研究用遗传算法求解复杂化学体系的平衡问题。将相数和相态未知体系的平衡计算问题分解为两步最优化问题:假定相态数目下的吉布斯自由能最小化问题和相稳定性判据问题。通过序贯加入新相和用遗传算法交替求解两个最优化子问题,可得到最终体系的相数、相态和平衡组成。对合成甲醇和酯化反应两个多相复杂体系进行了的计算,结果验证了本研究方法的有效性。     

净化黄磷尾气变换制甲醇合成气设计与验证

为实现净化黄磷尾气变换制甲醇合成气,对变换反应热力学、静力学及动力学进行了计算。通过计算,在汽气摩尔比为1.4时,反应放出热量33167.14kJ/kmol,将黄磷尾气变换反应设计为部分变换,变换采用循环进气的方式,可移走大量反应热,并可以使反应维持在催化剂活性温度范围内,此时平衡变换率为0.5294,可以满足制甲醇合成气的需要。实验表明,出口气体H2和CO摩尔比可以稳定在2∶1左右达到150h,催化剂床层温度稳定在催化剂活性温度范围内。     

固定床生物油气化反应数学模拟

生物油气化对提高生物质能利用和保护环境具有重要意义。生物油气化选择乙酸、丙酮、丙三醇、苯酚、糠醛组成的混合物作为生物油模型物,在固定床圆柱形管式反应器进行气化模拟,用吉布斯自由能最小化法对其水蒸气催化重整制氢过程进行热力学分析。应用热动力学方程和质量平衡原理推算反应器模型,估算了反应热力学参数,通过Aspen Plus中的Gibbs反应器模拟生物油在不同温度下产物的平衡组成,计算出化学平衡体系的摩尔定压热容,利用Runge-Kutta法结合Matlab软件进行求解得出催化剂床层气化转化率;考察了反应温度对平衡时气体产物的影响。在固定床圆柱形管式反应器进行气化模拟实验,得出不同反应温度时反应产物气体产率和生物油气化反应较佳反应温度,通过比较得出实验结果与模拟计算值较一致。     

氯化氢氧化反应-脱水耦合制氯工艺

根据对氯化氢氧化平衡的计算和分析,提出将反应-脱水耦合技术应用于氯化氢氧化过程中,研究了反应-脱水耦合的模拟工艺. 结果表明,在氯化氢连续氧化的过程中,增加脱水过程能有效提高氯化氢的反应转化率. 考察了在氧气不过量情况下的多步脱水循环过程,结果显示提高二次氧化反应的温度可明显提高氯化氢的转化率,在HCl/O2摩尔比为8:1的条件下经过多步脱水循环反应,氯化氢的总转化率可以达到49.3%,反应混合气中氧气的体积含量低于0.2%. 该混合气可直接用于有机氯化过程.