强酸性离子交换树脂催化合成乙酸酯及动力学研究

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乙酸酯类作为基础的有机化工原料,在工业领域应用广泛。乙酸酯类是一类优良的绿色溶剂,对环境友好,可取代对环境污染严重的苯类溶剂。当前乙酸酯生产主要是采用以浓硫酸作催化剂,酸醇为原料的传统酯化工艺。传统的酯化工艺使用浓硫酸作催化剂存在易发生副反应、严重腐蚀设备等缺点,寻求一种能取代浓硫酸且对环境友好的酯化催化剂一直是目前研究的热点之一。   强酸性阳离子交换树脂对酯化反应,具有选择性好、催化效率高,能多次重复使用的优点。本论文研究了强酸性阳离子交换树脂作催化剂催化合成乙酸乙酯、乙酸丁酯。对四种典型的强酸性阳离子交换树脂的催化性能进行了研究,筛选出了对乙酸乙酯、乙酸丁酯催化性能较好的D002型强酸性阳离子树脂。   研究了酸醇比、反应时间、反应温度、催化剂加入量等因素对乙酸乙酯合成的影响,实验结果表明:在乙酸与乙醇摩尔比为1:1,反应温度65℃,催化剂以乙酸质量的15%投料,反应120min的条件下,乙酸转化率达到65.5%。在消除内外扩散的情况下,对反应过程本征动力学数据进行测试,其动力学表达式可表示为:-rA=f(w)k0e-Ea/RT(CACB-CECW/K)=(0.01266x+0.00712)×24874.29×e-33609.35/RT×(CACB-CECW/3.51)。   研究了酸醇比、反应时间、反应温度、催化剂加入量等因素对乙酸丁酯合成过程的影响,实验结果表明,在乙酸与丁醇摩尔比为1:1,反应温度75℃,催化剂为乙酸质量的15%,反应140min的条件下,乙酸转化率达到57.8%。在消除内外扩散的情况下,对反应过程本征动力学进行测试,其动力学表达式可表示为:-rA=f(w)k0e-Ea/RT(CACB-CECW/K)=(0.00454x+0.02757)×431360.7×e-43993.86/RT×(CACB-CECW/2.78)。   实验研究结果为该强酸性阳离子交换树脂用于乙酸酯的工业化生产提供了理论基础。
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