乙酸甲酯水解催化精馏过程催化剂包内的传质模型(Ⅱ)效率因子的测定与计算

建立了能较客观反映流体在催化剂包内流动状况的循环式间歇恒温反应装置 ,测定了不同催化剂包尺寸和不同液体喷淋密度下的乙酸甲酯水解宏观动力学和表观速率常数 ,估算了催化剂包内径向有效扩散系数约为 9× 10 ^-8m² ·s^-1。应用本文 (Ⅰ )报的传质模型计算了催化剂包效率因子 ,与实验结果吻合较好 ,其平均偏差为 3 2 % ,最大偏差为 13 7%。     

CH4和CO2在活性炭微球内扩散系数的测定

活性炭微球是一种储存及净化天然气的新型碳材料.采用高精度的重力分析仪(IGA-003, HIDEN)对天然气主要成分CH₄和CO₂杂质在活性炭微球材料内的扩散性质进行了研究.运用Fick扩散模型关联得到了CH₄及CO₂在活性炭微球内的扩散系数.研究结果表明,CH₄与CO₂在活性炭微球内的扩散属于晶体扩散,二者的扩散系数处于10^-13m²·s^-1数量级上.同时,CH₄与CO₂在介孔活性炭微球内的扩散速率均随着温度的增加而增加,随着体系平衡压力的增加而减小,而且CH₄的扩散速率要略大于CO₂的扩散速率.研究结果可用于活性炭微球吸附剂应用中传质性质的计算.     

甲醇水蒸气重整制氢固定床反应器的数学模拟

建立二维拟均相固定床反应器数学模型用于描述Cu₅₀Zn₃₀Ce₁₀Al₁₀催化剂颗粒的甲醇水蒸气重整制氢反应过程，该模型由流体相的质量、热量和动量传递方程组成，耦合催化剂颗粒内部的扩散-反应模型。通过将模型预测值与实验数据进行比较，验证反应器数学模型的准确性。在此基础上，分析关键组分CO₂和CO的效率因子随床层轴向的变化规律以及催化剂床层的轴径向温度分布。结果表明：催化剂床层的轴径向温差较大，导致CO₂效率因子变化较大，而CO由于浓度低，反应速率慢，其效率因子变化不明显。     

中空纤维膜接触器脱碳和传质性能的数值研究

中空纤维膜吸收烟气中CO₂是一种清洁、高效、最具潜力的脱碳技术方法之一。本文建立了一个二维的中空纤维膜接触器平行逆流吸收混合气中CO₂的非润湿模型。考虑轴向和径向扩散,模拟了EEA、EDA和PZ 3种吸收剂在不同操作条件下对CO₂的脱除效果和传质性能。结果表明：脱碳性能从大到小为PZ>EDA>EEA;气相参数对脱碳和传质的影响比液相参数更显著;提高气体流速、CO₂浓度和气温,脱碳率均会下降;提高液速、吸收剂浓度和液温,脱碳率均增大,而传质速率只有在提高气温时会下降,其他参数的升高均会使其增大;应采用适当的液相参数,防止操作参数过高带来的不利影响。     

超临界流体萃取天然产物传质模型

为开发超临界流体萃取天然产物过程简单可靠的传质理论模型,对其传质机理进行了分析,由微分质量衡算方程经合理简化得到了动力学模型的解析解.定义了新准数B_z(可以确切地表征萃取过程的动态传质状况)和特征时间t_k,当t=t_k时,-dr_c/dt取得极小值,其原因可能是由内扩散传质阻力与内扩散传质推动力（浓度差）相竞争的结果.采用此数学模型计算了完全萃取时间t_ex、萃取收率Y随时间t的变化以及流体流率Q对萃取收率Y的影响,计算结果与文献中的实验数据吻合良好.本模型简单可靠,可用于超临界流体萃取天然产物过程的预测、分析、设计、模拟和优化.     

连续相变的加氢反应器

引　言加氢反应是一类强放热反应 ,在采用滴流床反应器的情况下 ,经常遇到由于液体分布不均而导致的催化剂不完全润湿的现象[1] 。当液体反应物中含有挥发性组分时 ,在一定条件下 ,液相反应物可能会蒸发 ,伴随着反应速度的突然增加[2 ] ,使催化剂局部过热而失活 .另外 ,由于液体在催化剂床层中的不均匀分布而使床层出现未被润湿的干区 ,在强放热反应中 ,会经常观察到出现热点 ,床层的轴向温度出现振荡[3] .两相并流向上的固定床反应器 ,由于床层内的持液量较高 ,液体分布均匀 ,催化剂能很好地润湿 ,因此有可能避免出现热点[4 ] .这种操作形…     

外齿轮形颗粒催化剂上乙烯催化氧化的反应工程计算

针对乙烯氧化制环氧乙烷反应体系,对外齿轮异形催化剂建立三维反应-传质-传热模型。有效扩散系数和有效热导率均为待求解浓度场和温度场的函数,使得偏微分方程组模型为强非线性。采用有限元算法求解,并对模型有效性进行验证,定量研究了催化剂几何比外表面积和内扩散效率因子的关系。计算结果表明,几何比外表面积为1862 m²·m^-3的外齿轮催化剂内扩散效率因子为0.1804,而几何比外表面积为924 m²·m^-3的圆柱形催化剂内扩散效率因子为0.0993。对单个催化剂颗粒反应-传递现象的研究能定量指导催化剂设计,并为耦合反应器流体力学和催化剂反应传递现象多尺度模拟计算奠定基础。     

Nb2O5/α-Al2O3催化环氧乙烷水合制乙二醇研究

制备了Nb₂O₅/α-Al₂O₃催化剂并用于环氧乙烷水合制乙二醇反应，研究了反应条件对Nb₂O₅/α-Al₂O₃反应性能的影响，对催化剂的酸性进行了初步研究。在与工业生产乙二醇结果相近的情况下，使用Nb₂O₅/α-Al₂O₃催化剂，反应物床层停留时间由20～30 min缩短为2 min。而1 000 h寿命试验结果表明,该催化剂反应性能稳定，催化剂表征亦说明其具有良好的结构稳定性。     

H2对CO气相催化偶联制草酸二乙酯反应的失活机理

重点研究了氢气（H₂）对一氧化碳（CO）催化偶联反应制草酸二乙酯的影响,分别考察了不同H₂浓度、不同温度和不同空时条件下加入H₂对CO偶联反应的影响,结果发现H₂的加入使反应过程中CO转化率、草酸二乙酯选择性和空时收率明显下降,且在实验条件范围内,通入H₂浓度越高、反应温度越高,催化剂活性下降越快.研究得出,H₂气氛下CO偶联反应失活动力学方程为：-da/dt=k_dc^0.65_H2.进一步分析失活动力学方程可知,加氢反应过程中,H₂和CO吸附在同一个活性中心上,H₂在活性中心上的吸附抑制了CO在催化剂上的吸附,从而使得CO催化偶联反应生成草酸二乙酯的速率下降,导致加氢后CO转化率、草酸二乙酯选择性和空时收率降低.     

丙烷脱氢制丙烯催化剂烧焦过程的模型化

在丙烷脱氢制丙烯反应过程中,由于焦的沉积使催化剂活性不断降低,而且失活速度很快,催化剂需频繁烧焦再生。在研究了丙烷脱氢催化剂烧焦过程内外扩散影响的基础上,采用内扩散效率因子修正的均匀烧焦物理模型,建立了综合考虑内外扩散影响的绝热固定床非均相动态烧焦数学模型,用于指导反应器的设计和操作优化。通过对Cr₂O₃/Al₂O₃脱氢催化剂烧焦过程模拟,可更深入地认识烧焦过程的变化规律。     

Ni、Pt对柴油车排气颗粒物去除催化剂的修饰作用

以改性整体式堇青石蜂窝陶瓷为载体,用Ni和Pt修饰Cu-K-V/TiO₂/γ-Al₂O₃ /cordierite催化剂,制备了用于消除柴油车排气颗粒物的催化剂;采用DSC/TG方法确定催化剂的活性及BET、TG-IR等方法对催化剂进行了表征,探讨了Ni和Pt对Cu-K-V/TiO₂/γ-Al₂O₃ /cordierite催化剂的修饰作用及老化对催化剂的影响.研究发现经Ni和Pt修饰后的催化剂能有效降低柴油车排气颗粒物的最大燃烧速率时的温度,特别是对颗粒物中最难燃烧的石墨化部分的去除;而且Ni和Pt的添加能提高颗粒物的去除效率.对含Pt催化剂,老化会降低催化剂的活性;而对含Ni的催化剂,老化使催化剂的活性增加,这可能是Ni向催化剂非孔道的外表面迁移的结果.     

KNO3/HMS催化酯交换法合成碳酸二月桂酯

研究了KNO₃/HMS对碳酸二甲酯（DMC）与月桂醇酯交换反应制备碳酸二月桂酯（DDC）的催化性能。用XRD、FTIR对KNO₃/HMS催化剂进行了表征,采用Hammett指示剂-苯甲酸法测定了催化剂碱强度和碱量分布的情况,并考察了KNO₃负载量、焙烧温度以及反应条件对KNO₃/HMS催化剂性能的影响。研究表明,KNO₃负载后载体HMS仍保持良好的孔结构,KNO₃的最佳负载量为13%（质量分数）,催化剂的总碱量也在此时达到最高,最佳焙烧温度为600℃;在反应物DMC/月桂醇摩尔比为1∶4、DMC的滴加温度为140℃、反应时间为5 h、催化剂用量为反应物总质量的1%条件下,催化剂的效果最佳,DDC的收率和选择性分别为81.9%和99.5%。     

酸性离子液体合成及其催化合成 柠檬酸三乙酯的研究

合成了6种离子液体催化剂,通过FT-IR、¹HNMR进行了结构表征并将其应用于柠檬酸三乙酯的合成反应。在催化剂用量为反应物总质量15%的条件下,考察了原料配比、反应时间对反应物羧基转化率的影响。得到了最佳反应条件,即:乙醇与柠檬酸的物质的量之比为6:1,乙醇共加入3次,每次回流反应2 h。在此条件下的酸功能化离子液体[HSO₃-bPydin]⁺[HSO₄]^-具有较好的催化酯化活性和重复使用效果,重复使用23次后,柠檬酸羧基转化率仍然大于98%。所得产品柠檬酸三乙酯结构通过FT-IR、¹HNMR表征。     

KNO3/HMS催化酯交换法合成碳酸二月桂酯

研究了KNO₃/HMS对碳酸二甲酯（DMC）与月桂醇酯交换反应制备碳酸二月桂酯（DDC）的催化性能。用XRD、FTIR对KNO₃/HMS催化剂进行了表征,采用Hammett指示剂-苯甲酸法测定了催化剂碱强度和碱量分布的情况,并考察了KNO₃负载量、焙烧温度以及反应条件对KNO₃/HMS催化剂性能的影响。研究表明,KNO₃负载后载体HMS仍保持良好的孔结构,KNO₃的最佳负载量为13%（质量分数）,催化剂的总碱量也在此时达到最高,最佳焙烧温度为600℃;在反应物DMC/月桂醇摩尔比为1∶4、DMC的滴加温度为140℃、反应时间为5 h、催化剂用量为反应物总质量的1%条件下,催化剂的效果最佳,DDC的收率和选择性分别为81.9%和99.5%。     

填料塔传质模型的研究——二维混合池随机模型

本文推导和提出了一个新的数学模型——二维混合池随机模型.它能用来模拟填料塔的液体流动和传质特性,以及计算塔中液、气两相浓度分布.该模型的主要特点是:(1)它通过调整混合池间轴向和径向的流动和混合,能很好地模拟填料塔复杂的液体流动状态;(2)模拟计算考虑了液体流动分布的随机性质.研究结果表明,填料塔塔径增大或填料层增高而产生的传质效率下降的原因主要是液体的非均匀流动、轴向混合的加剧和不完全的径向混合.     

负载型Cs2.5H0.5PW12O40醚化催化剂的制备与催化性能

制备了负载型磷钨酸铯(Cs_2.5H_0.5PW₁₂O₄₀)催化剂，考察了载体种类、载体性质、制备方法和制备条件对催化剂性能的影响,对制备的催化剂进行了表征，并考察了负载型Cs_2.5H _0.5PW₁₂O₄₀作为醚化催化剂的催化活性.结果表明,大孔硅胶是Cs_2.5H_0.5PW₁₂O₄₀的适宜载体，硅胶的钠含量越低制备的Cs_2.5H_0.5PW₁₂O₄₀/SiO₂催化剂的活性越高.采用一步法和二步法制备的Cs_2.5H_0.5PW₁₂O₄₀/SiO₂催化剂均具有较强的酸性、催化活性以及良好的稳定性,可以替代液体酸和阳离子交换树脂,成为一种环境友好的固体酸催化剂.     

亚硫酸盐强制氧化传递与化学反应动力学

在湿法烟气脱硫的过程中,吸收塔底部发生的反应主要是亚硫酸钙和空气或氧气之间的气液传递与化学反应过程,根据双膜理论模型,分析了该反应的吸收机理,用一种图像边界识别的方法分析亚硫酸盐强制氧化气液反应.在没有催化剂或固定钴离子催化剂浓度时,SO^2-₃存在临界浓度0.328 mol•L^-1.当SO^2-₃的浓度低于0.328 mol•L^-1时,过程为双膜控制,SO^2-₃的反应级数为1;当SO^2-₃的浓度大于0.328 mol•L^-1时,过程逐渐变为气膜控制,SO^2-₃反应级数为0.当固定SO^2-₃浓度时,催化剂钴离子的反应级数则受到气液传质的影响,分为几个阶段,且反应级数不同.     

TiO2纳米线阵列膜的制备及其光催化降解气相甲醛动力学

分别以阳极氧化铝、玻璃纤维布、玻璃作载体采用溶胶-凝胶法制备TiO₂纳米线阵列膜（TiO₂/AAO）与TiO₂/玻璃、TiO₂/玻布光催化剂，用XRD、电子探针和比表面仪进行表征，并对比其光催化不同浓度气相甲醛的降解活性.结果表明：制备的TiO₂纳米线线径为26 nm，线长1.2 μm，与其他TiO₂载体相比，具有小密度、高比表面积，TiO₂/AAO光催化剂有较大反应速率常数及Langmuir吸附平衡常数，在UV下对低浓度气相甲醛有更多的活性吸附中心，这说明对低浓度气体，高比表面积催化剂有重要作用，它能更多地富集低浓度气体，提高光降解率.     

碳化钼催化剂的制备及噻吩加氢脱硫性能

以MoO₃为前躯体，CH₄/H₂为还原碳化气，采用自制的程序升温还原碳化反应装置制备出Mo₂C催化剂，并用XRD、BET进行表征.借助原位TG-DTA方法研究了MoO₃在CH₄/H₂气氛中的还原碳化历程和适宜的还原碳化温度.以噻吩/环己烷溶液为模型反应物，采用高压微反-色谱实验装置考察了制备的碳化钼催化剂的噻吩加氢脱硫反应性能.结果表明：程序升温条件下的局部规整反应可提高催化剂的比表面积，且制备的碳化钼催化剂具有较高的噻吩加氢脱硫反应活性，在体积分数为5%的噻吩/环己烷溶液中，反应压力为3.0 MPa，空速为6 h^-1，H₂/原料液体积比500∶1的反应条件下, 370℃时的噻吩转化率达到98%以上，明显高于相应的硫化钼催化剂.还原碳化终温的提高，导致碳化钼催化剂比表面积的减少和表面积炭的增多，进而使其加氢脱硫反应活性降低.MoO₃在CH₄/H₂气氛中的还原碳化历程应为MoO₃→MoO₂→MoO_xC_y→Mo₂C，实验确定的适宜还原碳化温度为675℃.     

硅胶负载纳米TiO2光催化降解4BS染料的研究

采用凝胶蒸干法制备TiO₂/SiO₂（G）催化剂,以直接耐酸大红4BS染料废水为目标污染物,研究催化剂制备方法、催化剂用量、溶液pH、初始浓度和催化剂重复使用等因素对光催化降解的影响。结果表明,600 ℃焙烧的TiO₂/SiO₂（G）效果较好,晶相组成以锐钛矿为主,具有良好的光催化活性和稳定性。最佳催化剂投加量为2 g·L^-1,反应体系pH为4.0,反应120 min,4BS溶液的浓度去除率达99.8%,COD去除率达95.9%。催化剂重复使用后催化效果有所下降,但仍保持在90%左右。在相当宽的浓度范围,4BS的反应服从一级反应动力学,随着染料初始浓度的增大,表观速率常数随之减小。