设计 反应系统进行甲醇与油酸的酯化反应,并控制反应温度以正弦规律变化,测量不同浓度和温度混合溶 液的等效介电系数.根据非线性高斯函数来拟合测量结果,获得以反应物浓度和温度为变量的等效介 电系数方程,该方程可以直接应用于微波加热化学反应溶液的多物理场计算. 1混合反应溶液的等效介电系数展开 对于多元混合溶液的化学反应来说,其等效介电系数取决于反应溶液的组分和温度.混合溶液的 组分可以用混合溶液中某一物质浓度表示.根据Debye公式,化学反应中混合溶液的等效介电系数与 温度成指数关系.因此,在微波加热化学反应中,由两种反应物构成的混合溶液的等效介电系数可展 开为以反应物溶度和温度的指数形式为变量的非线性高斯公式形式.公式可以写成: c2+口3eq吖-=尹)2】 Fo占:=占o【60+6lc+62 c2+63 其中,80与8为等效介电系数实部与虚部,c为某种反应物的浓度,7.为反应体系的温度,口;、6。为系数.在一定的温度变化范围内通过控制反应温度成周期性变化,一次测量得到不同浓度和不同 温度下反应混合溶液的等效介电系数,然后利用公式(1)和(2)计算未知的系数口。和6;,就可以确 定任意浓度和任意温度下的反应混合溶液的等效介电系数. 2实验与结果 实验采用三孔烧瓶作为反应容器,并使用85—2型磁力搅拌器(设置其转速为2000r/min)对反应 器内液体进行搅拌,使化学反应均匀.烧瓶内反应液体的温度采用水浴控制,烧瓶内液体的温度采用 uMI一8光纤温度计测量。实验过程中应用安捷伦E8362B矢量网络分析仪来测量溶液反射系数的变 化。其具体的测量方式是在2450MHz下使用特制的同轴探针由三孔烧瓶的一侧深人到反应液体中. 当进行(3)式的酯化反应时,并使甲醇和油酸的摩尔比为6:l,而且催化剂浓硫酸的质量分数为 整个反应溶液的l%. 258昆明理工大学学报(社会科学版) 第37卷 在一定温度范围内控制反应体系的温度以正弦规律变化,图l表示为反应过程中实测的温度变化 情况. 甲尊和油酸膏化反应过程中沮度变化曲线使用同轴探针来测量反应溶液的反射系数,然后通过人工神经网络反演混合溶液的等效介电系 数[11.12】.结合反应速率方程,获得不同浓度和温度下的等效介电系数,然后通过拟合方程(1)和(2)来获得其中的系数口。和6;.图2为随反应时间变化等效介电系数的测量值和计算值. 鼍是营卜O10 20 30 40 50 60 Reac矗on tj6me(朋岫 甲尊和油酸膏化反应麓反应时间变化等效介电系数的舅值和计算值由图2可以看出,在控制反应温度成正弦规律变化情况下,随着反应时间的变化等效介电系数实 部和虚部的变化情况.图3为结合反应速率方程获得不同浓度下等效介电系数的测量值与计算值. O.6O.I ljC0c曲嘶帆0f H200竹D阮) 259由图3可以看出,随着甲醇和油酸酯化反应的进行,生成物水的浓度不断变大,等效介电系数的 实部和虚部的测量值与计算值变化情况.图4为的等效介电系数测量值和计算值的相对误差,其中等 效介电系数实部测量值与计算值相对误差最大值为3.58%,虚部测量值与计算值相对误差最大值为 5.91%,说明应用方程(1)和(2)进行等效介电系数计算精确度较好. 甲醇和油酸醋化反应等效介电系数的测量值与计算值之问的相对误差由于控制反应温度成正弦规律变化,当取整个反应进行的平均温度44时可以测量出等效介电系 数的实部和虚部.应用公式(1)和(2)就可以得出等效介电系数随浓度的变化关系,如图5所示. 3结论 OjOJ lD connhti饥of神。泥)Io茸 甲醇和油酸醇化反应在固定沮度“时等效介电系数随浓度变化曲线等效介电系数的测量是分析微波加热化学反应最重要的基本工作之一.本文将混合溶液的等效介 电系数展开为反应溶液的浓度和温度的二元函数,提出了一次测量来获得反应两种混合溶液的等效介 电系数.本文为微波辅助生物柴油制备过程的多物理场计算做了准备工作,同时可为工程用反应设备 的设计提供指导. 参考文献: [1]Gedye R,smith F。westaway K,et a1.ne use micmwaveovenB mpidorganic 8ynthesis[J].Tetrahedmn ktte玛. 1986.27(3):279—283. [2]金饮汉,或树珊.黄卡玛等.微波化学[M].北京:科学出版社。1999:30—50. [3]华伟.包建军,杨晓庆等.2.45GHz微波频率下有机二元体系溶液等效介电系数新特性的实验研宛[J].电子学报. 2006.34(5):828—832. 昆明理工大学学报(社会科学版)第37卷 扬晓庆。黄卡玛.(2):356—360. 黄卡玛。凌小平, (5):833—835. 一种新的微波频率下混合电解质水溶液复等效介电常数的计算方法[J】.电子学报,26,34 杨晓庆等.微波频率下乙酸乙酯皂化反应等效介电系数的实验研究[J】.电子学报,2004,32 [6]Hu锄g K,cx,uu C。et of卸ktive删t【ivityofdilu把80Iu6in明p伽ificali艘ti硼[J】.1EEE n蛐眦ti蚰Mic瑚忸ve 11lr)r蛐d 1klIIliqIl铭,2003。5l(10):2106—2111. LyashcheIIlAK.C叫圮entmtionn蛐sitif确w8l烈’一eIec叫yte el烈=n舢ly协一waterBolwm协蚰d i0Ilic clust啪iIl solu吐on8 [J].Jo阴_lal MoJuL盯“quids,2l,9l:21—31.【8]r.M.斯卡那维.电介质物理[M】.北京:高等教育出版社,1958,22一105. [9]金家骏.液相化学反应动力学原理[M].上海:科学技术出版社.1984,1—2. [10]Hu肌g calcu“ngtlIe dE&tive pem“ttilrit,r mixtlI他的IutidIIril唱acI他Inical re6佣by ex- peri眦ntal瑚ults[J].Pr咿8s In Electm咖印鲥ReBe眦h kne髓,2008,5:99一lcr7. [11]陈倩,黄卡玛.化学反应溶液介电特性同轴式在线洲量装置[J].强激光与离子柬。201l,23(3):79r7—8. [12]Chen x,eta1.An础cal nenre ne椭诎陀aIi捌匝on Prl咽鹌8In Elec咖脚印枷cs Res眦h ktt哪,20ll,116:347—361.