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:占≥=占os:=占o‘ 口o+口l · c+口2· c2+口3· eq吖-=尹)2】( 1)占≥2 Fo占:=占o【60+6l · c+62· c2+63· e“ ’ ‘ —皆)2】( 2)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/mi n) 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 %.七,尺cDD日+吼D日;予尺cD℃忆+吼D( 3) · 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.O 册 帕 绷Ra蜘。虹佃me<加l ,1)圈l 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O 10 20 30 40 50 60Reac矗on tj 6me(朋岫圈2 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■ O】 O.. O.6 O.I I■ l jC0∞c曲嘶帆0fH200竹D阮)圈3 甲醇和油■ 膏化反应不同浓度下等效介电系数的舅■ 值与计算值舒∞"蛐竹柏格如牡∞培(1p￥量蓥p一∞∞∞o捌98765●3扫I^鼋一基鳘Q>—_皇础幽OS6●套一≯墨一__cnldu》譬口^西Q-o萎—_—。窿 增 刊刘兴鹏,朱铧丞,张文聪等:甲醇和油酸醣化反应过程中等效介电系数随反应物浓度和温度的二元展开 · 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.霎趸趸亳基等蔓星Reacti ∞ti me(朋f哟圈4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结论田O且 O工 O』 Oj OJ l D l 】con∞nhti饥of神。泥)Io茸》.丑邑l&图5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,smi th F。westaway K,eta1.ne use of mi cmwave ovenB formpi d organi c 8ynthesi s[ 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.Q≯口9u曩oJop墨A奇罟一管昌_●扫节疆一量譬o≯鼍国粥oJ op=墨—母蛊 昆明理工大学学报( 社会科学版)第37卷[4]【5]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,2∞6,34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,c∞x,uu C。et a1.M哪u托m咖t/㈣putalion of卸ktive删t【ivity ofdilu把80Iu6∞in明p伽ificali∞艘ti硼[J 】.1EEE n蛐眦ti ∞蚰Mi c瑚忸ve 11l ∞r)r蛐d 1kl IIl i qIl 铭,2003。5l ( 10) :2106—2111.[7] LyashcheIIl ∞AK.C叫圮entmti on n蛐siti∞f确w8l烈’ 一eIec叫yteto el 烈=n舢l y协一water Bol wm协蚰d i 0Il i c cl ust啪i Ilsol u吐on8[J ].J o阴_l alofMoJ ∞uL盯“ qui ds,2∞l ,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 K,YⅢ唔x.A metl l odfor cal cu“ ng tl Ie dE&ti ve pem“ tti l ri t,r ofmi xtl I他的Iuti ∞dIIri l 唱a cI他Ini cal re∞6佣by ex-peri眦ntal瑚ults[J].Pr咿8sIn El ectm咖印鲥∞ReBe眦h kne髓,2008,5:99一l cr7.[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 Q。H啪g K,Y蚰g x,et a1.An础calnenre ne椭诎陀aIi 捌匝on i n the me硼丑u℃II帕m of materi alp啪ittil,i哆[J].Prl 咽鹌8InEl ec咖脚印枷cs Res眦h ktt哪,20l l ,116:347—361.