DCPD聚合反應(yīng)的初步優(yōu)化

夏君 （天津渤海職業(yè)技術(shù)學院 天津300402）

DCPD聚合反應(yīng)的初步優(yōu)化

夏君 （天津渤海職業(yè)技術(shù)學院 天津300402）

通過Diels-Alder加成反應(yīng)，以雙環(huán)戊二烯（DCPD）為原料，合成高密度燃料TCPD。并主要研究不同反應(yīng)條件對TCPD合成的影響，考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)停留時間、溶液中DCPD濃度對反應(yīng)的影響，找到較優(yōu)的反應(yīng)條件。

高密度液體燃料 三環(huán)戊二烯 Diels-Alder加成

高密度燃料一般多指密度大于0.8 g/cm3的燃料，其形態(tài)可以是液體或固體，組成可以是純組分也可以是多種烴類的混合物。由于它的物理和化學性質(zhì)，使得多環(huán)高密度燃料具有較大的密度和較高的體積燃燒熱值，并能通過改變?nèi)〈N類、空間結(jié)構(gòu)形式來調(diào)變其物理性能。因此高密度烴燃料是發(fā)展現(xiàn)代高性能戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略值的可儲型液體烴燃料，并可作新型燃料來替代傳統(tǒng)燃料。

本實驗的工作基礎(chǔ)是DCPD低聚在熱聚合的基礎(chǔ)上進行，并獲得了成功，從而進行工藝條件的最優(yōu)化，考察溫度、壓力、空速對反應(yīng)的影響。

1 各種因素對Diels-Alder反應(yīng)的影響

1.1 溫度對Diels-Alder反應(yīng)的影響

一般來說，溫度對化學反應(yīng)的影響作用很明顯，并且主、副反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率和選擇性等并不是簡單地隨溫度的升高而增加，因而有必要考察反應(yīng)溫度對本反應(yīng)的影響。在本組試驗中，固定其他反應(yīng)條件，改變反應(yīng)溫度（100～200℃），考察反應(yīng)溫度對DCPD環(huán)加成聚合合成TCPD的影響，以DCPD轉(zhuǎn)化率、TCPD選擇性作為考察對象，將其對反應(yīng)溫度的變化趨勢作圖。

圖1 反應(yīng)溫度對DCPD轉(zhuǎn)化率的影響

圖1為反應(yīng)溫度對DCPD轉(zhuǎn)化率的影響，由圖我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，DCPD的轉(zhuǎn)化率逐漸增加，最后趨向于平穩(wěn)。在100～160℃之間，DCPD的轉(zhuǎn)化率增加很快，而在160～200℃時，則趨向與平穩(wěn)。

圖2 反應(yīng)溫度對TCPD產(chǎn)率及其選擇性的影響

圖2為反應(yīng)溫度對TCPD產(chǎn)率及其選擇性的影響。同樣，隨著反應(yīng)溫度的升高，TCPD的產(chǎn)率及其選擇性也呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在140～160℃時達到最大值。

1.2 壓力對Diels-Alder反應(yīng)的影響

壓力對化學反應(yīng)的影響作用很明顯，因為反應(yīng)中CPD的的沸點很低，因而有必要考察反應(yīng)壓力對本反應(yīng)的影響。

圖3 反應(yīng)壓力對DCPD轉(zhuǎn)化率的影響

圖3為反應(yīng)壓力對DCPD轉(zhuǎn)化率的影響，由圖我們可以發(fā)現(xiàn)，在150～160℃的情況下，隨著反應(yīng)壓力的提高，DCPD的轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先上升、后平穩(wěn)的趨勢，在0～1.5 MPa時，轉(zhuǎn)化率升高得很快，在2 MPa以后基本保持不變。其中160℃時的轉(zhuǎn)化率要比150℃的轉(zhuǎn)化率高。

圖4 反應(yīng)壓力對TCPD產(chǎn)率及其選擇性的影響

圖4為反應(yīng)壓力對TCPD產(chǎn)率及其選擇性的影響。在0～1.5 MPa時TCPD的產(chǎn)率會有很大的提高，在1.5 MPa以后則基本保持不變，而TCPD的選擇性與壓力的變化基本無關(guān)，都保持在一個穩(wěn)定的水平。

1.3 停留時間對Diels-Alder反應(yīng)的影響

停留時間對化學反應(yīng)的影響作用也很明顯，它直接影響物質(zhì)接觸的時間，因而有必要考察反應(yīng)停留時間對本反應(yīng)的影響。結(jié)果見圖5、6。

圖5 停留時間對DCPD轉(zhuǎn)化率的影響

圖6 停留時間對TCPD產(chǎn)率及其選擇性的影響

1.4 溶液中DCPD濃度對Diels-Alder反應(yīng)的影響

溶液中DCPD濃度對化學反應(yīng)的影響作用很明顯，不同的濃度影響分子間碰撞的幾率，因而有必要考察不同溶液中DCPD濃度時間對本反應(yīng)的影響。結(jié)果見圖7、8。

圖7 溶液中DCPD濃度對DCPD轉(zhuǎn)化率影響

圖8 溶液中DCPD濃度對TCPD產(chǎn)率及其選擇性影響

2 結(jié)論

本試驗主要對TCPD的合成反應(yīng)進行研究，試驗中考察了溫度、壓力、流量、溶劑中DCPD濃度對Diels-Alder反應(yīng)的影響，得到了較優(yōu)的反應(yīng)條件，主要結(jié)論如下：①針對各個反應(yīng)條件，得到較優(yōu)反應(yīng)條件為溫度在140～160℃之間，壓力為1.2～2 MPa，溶劑中DCPD的濃度為50%，并采用甲苯為反應(yīng)溶劑。②由前人的研究可知，TCPD加氫產(chǎn)物作為燃料往往低溫性能不好，需要添加exo-THDCPD來調(diào)節(jié)燃料的性能。而在本試驗中，可以通過調(diào)節(jié)溫度、壓力、流量、濃度等來調(diào)節(jié)反應(yīng)產(chǎn)物中DCPD與TCPD的比例，使其達到比較好的配比，并為后續(xù)加氫直接合成出低溫性能良好的燃料作好準備。■

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2010-11-09