2H NMR 분광기를 이용한 MAN 합성 반응의 반응속도 상수 추정에 관한 연구 : 반응증류 공정모사에서의 응용
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이광순
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047748
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 공정모사를 통해 반응물 MAA와 AA를 통해 MAN을 생산해내는 연속식 합성공정을 설계하였다. 합리적인 공정모사를 위해 MAN 합성 반응의 반응속도 파라미터를 추정 및 활용하였으며 MAA-MAN 상평형 데이터를 취득 및 활용하였다. MAN 합성 반응의 속도는 2H NMR 분광기를 이용하여 관찰하였고 nonlinear least square method를 사용하여 반응 속도 상수를 추정하였다. NMR 분광기를 이용한 실험을 수행할 때의 어려움 중 하나는 시료가 비등온 상태(non-isothermal condition)에 있게 된다는 점과 시료가 담긴 NMR 튜브를 설비에 삽입하고 NMR 측정을 시작할 때에 이미 반응이 상당히 진행된다는 점이다. 이런 어려움을 극복하기 위해 열전달 모델을 속도론 모델에 도입하였다. 또 다른 어려움은 몇 성분의 NMR 피크가 특정한 온도에서 겹친다는 점이고 이와 같은 어려움을 극복하기 위해 원소 수지를 이용하여 이 물질의 농도를 복구할 수 있는 방법을 제안 및 활용하였다. 제안된 방법을 활용하여 실험치와 높은 일치도를 보이는 속도 파라미터를 추정할 수 있었다. 일반적인 반응기-증류탑 공정과 반응증류 공정, 두 가지의 공정에 대해 공정 모사를 수행하였고 두 경우 모두에 대해 원하는 순도의 MAN을 생산해내면서도 부반응을 억제할 수 있는 공정을 설계하였으며 설계된 공정모사의 공정흐름도과 운전조건, 모사 결과를 제시하였다.
more초록/요약
In this study, continuous process for the synthesis of methacrylic anhydride (MAN) from methacrylic acid (MAA) and acetic anhydride (AA) was designed using process simulation. Kinetic parameters of MAN synthesis reaction were estimated and used for reasonable of process simulaton. MAA-MAN VLE data were also obtained and used. The kinetics of the synthesis of MAN were monitored by 2HNMR spectroscopy, and the rate constants for the reaction were estimated using the nonlinear least squares method. One of the difficulties with the experiment is that the sample is under a non-isothermal condition, and the reaction proceeds to an appreciable degree before the sample tube is placed in the instrument and the NMR measurement begins. To cope with this difficulty, a heat transfer model was introduced and incorporated with the kinetic model. Another difficulty is tha the NMR peaks for some components overlapped at some temperatures. To overcome this problem, a data reconciliation method was devised to estimate the contributions of the overlapped components using an element mass balance. With the aid of the proposed techniques, kinetic parameters that show good agreement with the experimental data could be obtained. Process simulation was conducted with respect to general reactor-distillation columns process and reactive distillation process. In the both cases, the process which produce desired purity MAN and suppress undesired side-reaction could be designed. process flow diagram, operating conditions, results of simulation of designed process were shown in this paper.
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