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甲苯液相空气氧化反应过程研究

唐盛伟  
【摘要】:苯甲酸和苯甲醛都是有机合成工业的重要中间体。甲苯液相空气氧化过程是环境友好的苯甲酸生产工艺,并副产一定量的苯甲醛。甲苯氧化反应是强放热自由基链式反应,容易产生爆炸,系统的安全性能是最重要的制约条件。已报道的研究很多,但要进行接近于实际操作条件的实验研究相当困难,已有的研究结果还不足以对反应过程进行准确的模拟和对工业现象进行合理的描述。因此,本文研究该反应过程的动力学规律和传质影响,研究催化剂的失活和流失规律,对该反应的工业实践和工程放大有着非常重要的意义。 与大多数文献以小型釜式反应器进行研究不同,本研究采用了模拟工业操作条件的鼓泡床反应器进行优化工艺条件研究。鼓泡反应器的直径为φ48mm,气体喷嘴为φ6mm的单孔鼓泡,以醋酸钴为催化剂。研究发现,现有工业反应过程的供氧量[0.37kg-Air/(kg-Toluene·h)]严重限制了工业反应器的生产能力,只有当供氧量达到0.62kg-Aid(kg-Toluene·h)时,这种限制才逐渐消除。催化剂初始加入量对反应活性影响不大,但对催化剂活性持续的时间呈正比例关系。实验结果表明,链式反应可以用0.1%(wt)的苯甲酸作为引发剂,但杂质苯或水浓度较高时(2%),对反应有抑制作用。适宜的操作条件为165℃、1.0 MPa和空气鼓气量0.62 kg-Air/(kg-Toluene·h)。 对苯甲醛的浓度和选择性的研究表明,供氧充足的情况下,反应20min后苯甲醛浓度接近其最大值。在20min~100min内,苯甲醛的浓度和收率几乎不随反应时间变化。甲苯氧化反应存在一个诱导期,中间产物苯甲醛的浓度在诱导期内逐渐积累。当反应进入稳定的链反应阶段时,中间产物苯甲醛的浓度将基本保持不变。而任何影响苯甲醛继续氧化成苯甲酸的因素,如Co催化剂流


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