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酯类化合物广泛存在于自然界中,与我们的生活息息相关。例如,低碳原子酯类是一种无色的、具有水果风味的液体,一般存在于鲜花或水果中;许多支链醇形成的酯都是优良的润滑剂;酯类化合物还被广泛用于香水、香精、化妆品、肥皂及医药物等产品中。目前,酯类化合物的传统制备方法常采用硫酸作为催化剂,但其存在副反应多、设备易腐蚀、催化剂难以从生产流程中分离等诸多缺点。与均相催化剂相比,阳离子交换树脂可以提供更好的选择性和重复使用性。本文选择了己酸和异戊醇、十四酸和甲醇作为原料,采用阳离子交换树脂Amberlyst39WET作为固体酸催化酯化反应,分别制备己酸异戊酯和十四酸甲酯。考虑到反应溶液为非理想体系,需要引入活度系数对溶液组分的浓度进行修正,采用UNIFAC基团贡献法计算反应温度范围内溶液组分的活度系数,进而求算平衡常数。按照焓变ΔrH0是否随温度变化分别用两种方法计算得出反应的热力学参数。利用PH模型、E-R模型及LHHW模型分别对酯化反应的动力学过程进行了拟合,得到了相应的动力学参数,为工业模拟设计、工厂生产放大提供了实验参照和理论依据。本课题取得的研究进展如下:1.阳离子交换树脂催化合成己酸异戊酯采用阳离子交换树脂Amberlyst39 WET作为催化剂,以己酸与异戊醇为原料,催化合成己酸异戊酯,优化工艺条件为:催化剂类型为Amberlyst39 WET;催化剂用量为15wt%;反应搅拌速率为400rpm;反应原料的初始摩尔比为己酸:异戊醇=1:1.8;反应温度为343.15K。经UNIFAC基团贡献法校正反应体系的非理想性后,在实验温度范围内平衡常数K与温度T的关系表达式为:（?）按照焓变ΔrH0是否随温度变化采用两种不同的方法计算己酸与异戊醇酯化反应的焓变ΔrH0、熵变ΔrS0、吉布斯自由能ΔrG0:（1）在实验温度范围内,焓变ΔrH0不随温度变化,得出焓变ΔrH0为-7.45 kJ·mol-1,熵变ΔrS0为 14.30 J·mol-1·K-1,吉布斯自由能 ΔrG0 为-11.72 kJ·mol-1;（2）在实验温度范围内,焓变ΔrH0随温度变化,得出焓变ΔrH0为-7.10 kJ·mol-1,熵变ΔrS0为 15.43 J·mol-1·K-1,吉布斯自由能 ΔrG0为-11.70 kJ·mol-1;两种计算方法得到焓变、熵变和吉布斯自由能值的结果差异较小,说明焓变随温度变化的基本可以忽略,反应体系接近一个理想的状态。在消除内外扩散对反应传质的影响后,分别用PH模型、E-R模型对己酸与异戊醇反应动力学过程进行了模拟计算,E-R模型更能准确地描述反应的动力学过程,基于E-R模型的动力学方程为:（?）其中:（?）（?）（?）（?）2.阳离子交换树脂催化合成十四酸甲酯以阳离子交换树脂为催化剂催化十四酸与甲醇反应,实验最佳条件为:催化剂类型为Amberlyst39WET;催化剂的用量为反应液总质量的20%;反应搅拌速率设定为400rpm;反应原料的初始摩尔比为十四酸:甲醇=1:3;反应最佳温度为333.15K。采用UNIFAC基团贡献法对溶液进行校正,得到该反应平衡常数与温度的关系表达式:（?）按照焓变ΔrH0是否随温度变化采用两种不同的方法计算十四酸与甲醇酯化反应的焓变ΔrH0、熵变ΔrS0、吉布斯自由能ΔrG0:（1）在实验温度范围内,焓变ΔrH0不随温度变化,得出焓变ΔrH0为-7.61 kJ·mol-1,熵变ΔrS0为 12.46 J·mol-1·K-1,吉布斯自由能 ΔrG0为-11.33 kJ·mol-1;（2）在实验温度范围内,焓变ΔrH0随温度变化,得出焓变ΔrH0为-8.04 kJ·mol-1,熵变 ΔrS0为 11.09 J·mol-1·K-1,吉布斯自由能 ΔrG0 为-11.35 kJ·mol-1;两种计算方法得到焓变、熵变和吉布斯自由能值的结果差异较小。在消除内外扩散对反应传质的影响后,分别用PH模型、LHHW模型对十四酸与甲醇反应动力学过程进行了模拟计算,LHHW模型更能准确地描述反应的动力学过程,基于LHHW模型的动力学方程为:（?）其中:（?）