硫酸氢钠催化合成乙酸乙酯动力学研究

论文摘要

乙酸乙酯是一种重要的有机化工原料,同时也是一种环境友好的绿色溶剂,在化学工业过程中有着广泛的应用,近年来国内和国外乙酸乙酯的产能与产量都有迅速的增长。乙酸乙醇酯化法一直是乙酸乙酯最重要的合成方法,特别是在国内,酯化法生产乙酸乙酯工业装置的应用极为普遍。由于传统的酯化催化剂硫酸不具备环境友好特性,探寻高效且环境友好的新型酯化催化剂则是近年来工业酯化过程的改进方向。在众多新型酯化催化剂中,硫酸氢钠作为酯化反应的催化剂具有反应活性高、副反应少、催化剂易分离等优点,是一种优秀的酯化催化剂。鉴于硫酸氢钠催化合成乙酸乙酯反应动力学的定量研究尚未见报道,本论文通过大量实验测得了硫酸氢钠催化乙酸与乙醇酯化反应的动力学数据,并整理归纳导出了动力学方程和动力学参数的定量表达式,为硫酸氢钠催化剂应用于乙酸乙酯的工业化合成的化学工程设计提供定量计算依据。本论文的研究表明:在反应的中后期,无论是酯化反应还是它的逆反应——乙酸乙酯水解反应,其表观动力学都可以表示为二级反应,反应速率常数可用Arrhenius方程表征。在本论文研究的温度范围（60-90℃）和催化剂质量浓度范围（0.3-2%）内,反应活化能Ea=44.61 kJ·mol-1,指前因子则为催化剂浓度的指数函数k0=162.23ω1.448m3·mol-1·s-1。在本论文对硫酸氢钠催化乙醇与乙酸酯化反应速率的研究中,观察到在反应的初期,体系中水的含量对于酯化反应的反应速率有明显影响,水的存在不仅作为酯化产物使逆反应速率加大,同时它还对催化剂的催化活性产生明显影响。本论文设计并实施了一系列实验研究水浓度对酯化反应速率的影响,通过对实验数据的回归分析,得到了速率常数中的指前因子与水浓度之间的函数关系式:k0=[12.49 exp(-cH2O/0.4547)+1]×162.23ω1.448m3·mol-1·s-1。论文还对水浓度影响酯化反应速率的原因进行了初步的探讨。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 第1章 文献综述
• 1.1 乙酸乙酯简介
• 1.2 乙酸乙酯产需现状简介
• 1.3 乙酸乙酯现有合成方法简介
• 1.3.1 乙酸乙醇酯化法
• 1.3.2 乙醛缩合法
• 1.3.3 乙醇脱氢歧化法
• 1.3.4 乙烯乙酸加成酯化法
• 1.4 新型酯化催化剂
• 1.4.1 酸性阳离子交换树脂
• 1.4.2 路易斯酸
• 1.4.3 硫酸氢盐
• 1.4.4 固体超强酸
• 1.4.5 杂多酸
• 1.4.6 小结
• 1.5 硫酸氢钠用于催化酯化反应
• 1.5.1 硫酸氢钠用于催化酯化反应进展综述
• 1.5.2 硫酸氢钠催化酯化反应的历程
• 1.5.3 质子酸催化酯化反应的动力学模型
• 1.6 论文课题的意义
• 第2章 硫酸氢钠催化剂性能评价实验
• 2.1 评价实验设计
• 2.1.1 实验装置设计
• 2.1.2 实验计时起点选择
• 2.1.3 反应体系恒温控制
• 2.1.4 反应体系体积变化——恒容假定
• 2.1.5 反应体系原料配比对反应动力学的影响
• 2.1.6 酯化反应平衡常数K
• 2.1.7 反应体系自催化反应对反应速率常数的影响
• 2.2 实验数据测量及处理方法
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 气相色谱定量分析方法
• 2.2.3 硫酸氢钠催化酯化动力学方程积分式
• 第3章 动力学实验结果与讨论
• 3.1 反应物浓度随时间的变化曲线
• 3.2 不同反应条件下反应物乙醇浓度随反应时间的变化
• A）-t曲线及反应速率常数'>3.3 f（C_A）-t曲线及反应速率常数
• 3.4 反应动力学表达式
• 3.4.1 反应活化能
• 3.4.2 指前因子
• 3.4.3 硫酸氢钠催化酯化反应动力学方程表达式
• 3.4.4 动力学回归结果验证
• 3.4.5 结论
• 第4章 酯化反应初期正反应速率常数研究
• 4.1 酯化初期正反应速率常数变化现象
• 4.2 速率常数影响因素分析
• 4.2.1 乙醇与乙酸浓度的影响
• 4.2.2 乙酸乙酯浓度的影响
• 4.2.3 水浓度的影响
• 4.3 水浓度对于反应体系速率常数的影响关系式
• 4.3.1 数据处理方法
• 4.3.2 温度对于正反应速率常数的影响
• 4.3.3 催化剂浓度对于指前因子的影响
• 4.3.4 水浓度对于指前因子的影响函数表达式
• 4.3.5 水浓度对于指前因子的影响分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 附录A:主要符号说明
• 附录B:部分动力学实验数据示例
• 作者简历