高粘体系中易挥发组分扩散系数与亨利系数的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:xsxiaomo
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聚合生产工艺中,最终产品残余的挥发性组分(简称挥发分)量的多少是评价产品优劣的一个重要指标。实际生产过程中,通常采用脱挥器来实现挥发分的脱除(简称脱挥),当脱挥器中的压力大于物料的起泡脱挥压力时,脱挥过程主要以扩散脱挥为主,此时的脱挥速率受动力学因素(扩散系数)和热力学因素(亨利系数)的共同影响,因此二者是扩散脱挥过程的重要参数。本论文以正烷烃/聚二甲基硅油(PDMS)溶液作为研究体系,采用实验方法对不同条件下挥发分的扩散系数和亨利系数进行测定,并讨论了操作条件对二者的影响。通过将重量分析法得到的液膜中挥发分的脱附曲线与以费克第二定理为基础的数学模型相结合,可得到挥发分的扩散系数,结果表明:正庚烷扩散系数随着体系黏度的增大或其质量分数的减小而减小,PDMS黏度增加14.7%时,扩散系数减小16.0%,而质量分数由5%增加到20%时,扩散系数增加19.4%;此外,挥发分的分子量增加,扩散系数减小,正戊烷的扩散系数是正辛烷的1.9倍。Vrentas-Duda模型可较好描述扩散系数与挥发分质量分数和分子量的关系。通过测定溶液的质量分数与其平衡分压的关系可得到亨利系数,结果表明:温度由303.15K增加到343.15K时,正庚烷的亨利系数增加到4.8倍;挥发分的分子量增加,亨利系数减小,正戊烷的亨利系数是正辛烷的16.7倍;体系黏度对亨利系数影响较不显著,PDMS黏度增加到95.8倍时,正庚烷的亨利系数仅增加13.7%。最后,利用分子模拟的方法对不可凝/可凝性气体在PDMS中的扩散行为进行了研究,发现采用pcff力场、Ewald非键作用计算方法得到的正烷烃在PDMS中的扩散系数与实验或文献值较为吻合,PDMS结构对扩散系数的大小有明显的影响,且随着模拟体系的增大,计算稳定性及准确性均有所提升。
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