超重力反应器内催化加氢制备对氨基苯甲醚的研究

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对氨基苯甲醚(PA)作为一种染料、医药的重要中间体,在精细化工行业有着广泛的需求。对氨基苯甲醚的常用制备方法有硫化钠或铁屑还原法、催化加氢等,其中催化加氢是较为清洁的生产工艺。目前,对硝基苯甲醚(PNA)催化加氢生产对氨基苯甲醚的工艺存在着气液传质效率低、安全风险大等不足,同时催化加氢制备对氨基苯甲醚的动力学尚不清晰,阻碍了加氢反应器的科学设计及反应性能的提升。针对上述问题,本论文首先开展了PNA催化加氢制备PA的本征动力学实验,根据动力学数据获取了幂函数反应级数,分析并提出了反应机理模型;基于动力学结果,利用超重力技术强化气液传质的优势,实现了超重力反应器内PNA催化加氢性能的明显提升。本论文主要研究工作如下:(1)在高压搅拌釜中测定了PNA催化加氢制备PA的本征动力学。研究表明,本征动力学实验在搅拌转速大于等于1000 r·min-1时可消除外扩散影响,通过Weisz-Prater准则判定了实验条件下可忽略内扩散影响。基于实验数据,获取了动力学幂函数模型。由模型可知,当温度在70℃~80℃时,氢气的反应级数为0.34~0.53,而PNA的级数为0.31~0.34;当PNA浓度大于90 g·L-1时,PNA的级数为0级。在机理模型中假设了Eley-Rideal(ER)模型和Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson(LHHW)模型,实验结果拟合显示,PNA催化加氢制备PA符合ER模型,其中氢气解离吸附为速率控制步骤。根据幂函数模型和ER模型计算出反应的活化能分别为55.47k J·mol-1和53.89 k J·mol-1,说明了这两种模型的合理性。(2)采用工业浓度的PNA在超重力反应器中进行催化加氢制备PA。实验探究了在超重力反应器中不同转速、温度、压力和PNA初始用量对PNA转化率的影响。结果表明,在PNA质量分数20%,转速1500 r·min-1,温度75℃,压力1.2 MPa和雷尼镍催化剂1.2%质量分数条件下,超重力反应器30分钟后PNA的转化率达到100%。进一步研究了催化剂套用次数与PNA转化率的影响,结果证明雷尼镍催化剂套用后仍具有较高活性。与现有工业搅拌数据进行对比,超重力反应器显著提升了PNA催化加氢制备PA的宏观反应速率,有较好的应用前景。
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