醋酸缔合及醋酸-丁烯醛体系汽液相平衡的分子模拟研究

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由于我国特殊的能源结构，乙炔法制醋酸乙烯仍具有较大发展前途。其中，醋酸-丁烯醛体系的汽液相平衡数据是该工艺设计的基础数据之一，然而该体系在丁烯醛低浓度范围内的相平衡数据非常匮乏。随着计算机模拟理论和硬件水平的快速发展，分子模拟成为继实验测定、状态方程及活度系数方法外相平衡数据获取的又一有效途径。力场作为分子模拟的基础，成为制约相平衡数据准确性的关键因素。由于醋酸体系的特殊性，力场需要对醋酸气相和液相缔合特性进行准确描述。本文通过分子动力学方法研究醋酸缔合特性，采用吉布斯系综蒙特卡罗方法对醋酸-丁烯醛体系进行了相平衡计算，旨在获得高准确度的醋酸-丁烯醛体系汽液相平衡数据。
　　本文采用分子动力学方法研究了醋酸在气相、液相及醋酸-丁烯醛体系中不同浓度下的缔合行为。通过径向分布函数考察了温度、压力及浓度对醋酸缔合比例的影响。研究结果表明，醋酸在气相中主要以二聚体的形式存在，液相中主要以链状片段的形式存在。以TraPPE-UA力场为基础，采用量子化学方法对醋酸的力场参数进行修正，并通过力场和输入文件来构建醋酸双分子模型。
　　对于丁烯醛力场参数缺失问题，基于量子化学方法计算了体系中缺失的键参数和二面角扭转项参数，构建了适用于丁烯醛的专用力场参数。通过计算丁烯醛纯组分及丁烯醛-乙醛二元体系的相平衡数据，验证了补充后力场参数的适用性。
　　采用原始TraPPE-UA力场及修正后力场参数模拟醋酸纯组分及醋酸-丁烯醛混合体系汽液相平衡数据，并与实验数据进行比较。结果显示，醋酸纯组分的气相密度误差范围由1.1~13.5％降低到1.3~6.2%，液相密度误差范围由0.3~8.3%降低到0.1~5.9%；对于醋酸-丁烯醛混合体系，气相醋酸摩尔分数误差范围由0.9~10.0%降低为0.6~6.7%，液相醋酸摩尔分数误差范围由0.2~13.3%降低为0.4~8.3%，显示了修正后力场的准确性。

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作者
杨华明;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科化学工艺
授予学位硕士
导师姓名张敏华;
年度 2015
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TQ222.42;
关键词
醋酸乙烯; 乙炔法; 醋酸; 缔合特性; 醋酸-丁烯醛体系; 汽液相平衡; 分子动力学; 力场参数;

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