超临界流体相行对化学反应影响技术研究

近年来超临界流体科学和技术越来越受到人们的关注。超临界流体体系相行为及其对化学反应热力学和动力学性质的影响是目前的研究热点之一。本论文研究了一些混合流体的气液平衡性质，并着重研究了相行为对超临界CO2中硬脂酸甘油单酯与甲醇酯交换反应和油酸乙酯与乙烯烯烃复分解反应性质的影响。主要研究内容和结果如下：
　　 1.在333.15K和343.15 K，0-10.5 MPa范围内，研究了超临界CO2( SCCO2)中硬脂酸甘油单酯与甲醇酯交换反应，考察了温度、压力、反应时间对反应速率和转化率的影响，研究了CO2-甲醇一硬脂酸甘油单酯体系相行为随压力的变化。结果表明，反应速率随着CO2压力的增加大幅度提高。这主要是因为CO2可以增加反应物的互溶性，降低反应体系的粘度，增加反应物的扩散系数。这表明CO2作为绿色溶剂或添加剂可以有效地优化化学反应。
　　 2.在不同温度和CO2压力下，对油酸乙酯与乙烯烯烃复分解反应制备1-癸烯和9-癸烯酸乙酯进行了研究。用Peng-Robinson状态方程计算了反应体系的相行为，考察了相行为对化学反应性质的影响。结果表明，反应的速率和转化率可以用CO2的压力进行调节和优化。当反应物在富CO2相中的溶解度较小，而产物溶解度很大时，反应速率和转化率都比没有CO2时高很多。这主要是因为产物在CO2中溶解促进反应平衡移动，同时CO2在液相中的溶解降低了反应体系的粘度，增大了反应物的扩散系数；当压力过高时，由于反应物和生成物在富CO2相中的溶解度都很大，流体变成一相，催化剂沉降，导致反应速率降低。
　　 3.在303.15-338.15K，0-15MPa范围内，测定了CO2-油酸乙酯、CO2-月桂酸甲酯、H2-月桂酸甲酯、CO2-月桂醇、H2-月桂醇和CO2-H2-月桂醇体系的气液平衡性质，得到一批重要的基础数据，系统研究了温度和压力对气液平衡性质的影响，用Peng-Robinson状态方程对这些体系的气液平衡性质进行了关联计算。结果表明，在所研究的温度和压力范围内CO2的溶解为放热，而H2的溶解是吸热过程。Peng-Robinson方程的计算值与实验值一致性较好，体系相行为可以用此方程进行预测。