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动态管式反应器在苯甲醇制备上的应用

时间:2019-03-27 10:39来源:未知 作者:admin 点击:
引言 苯甲醇是最简单也是最重要的芳香醇,目前合成苯甲醇主要是通过氯化苄直接碱性水解,此方法反应时间长,选择性差。为提高反应选择性和转化率,可以选择合适的相转移催化剂和溶剂。本文采用动态管式反应器,在溶剂环境下水解制备苯甲醇,通过对几种溶剂的
引言

苯甲醇是最简单也是最重要的芳香醇,目前合成苯甲醇主要是通过氯化苄直接碱性水解,此方法反应时间长,选择性差。为提高反应选择性和转化率,可以选择合适的相转移催化剂和溶剂。本文采用动态管式反应器,在溶剂环境下水解制备苯甲醇,通过对几种溶剂的比较,选择二甲苯为溶剂,反应时间缩短,选择性高。在此基础上,对溶剂用量、反应温度等参数进行研究,得到了较佳的工艺条件。

1 传统苯甲醇的制备方法

苯甲醇的生产工艺路线有很多种:

(1) 氯化苄间接水解法,间接法是在装有回流冷凝器及带有夹套的钢制反应器中加入水、纯碱和氯化苄,搅拌并加热,回流至不再有二氧化碳逸出。

(2) 氯化苄连续水解法[1-2],氯化苄与碱溶液在高温(180-275℃)及高压(1-6.8MPa)下充分混合后,导入水解区。

(3) 甲苯氧化法[3],在催化剂作用下,将甲苯氧化制备成苯甲醇。

(4) 苯甲醛还原制备苯甲醇。

(5) 由苯甲酸及其酯还原制备苯甲醇。

(6) 苯与甲醛合成苯甲醇。

(7) 苄酯水解反应制备苯甲醇。

甲苯氧化虽然是一种清洁绿色的工艺技术,但是氧化深度难控制,氧化产物组分复杂,氧化采用的催化剂腐蚀性较强,设备要求高。采用还原法制备苯甲醇的工艺中,苯甲醛、苯甲酸酯为原料时,原料价格高于产品价格,且产率不高。本文利用动态管式反应器,在溶剂环境下水解制备苯甲醇。

2 动态管式反应器中苯甲醇的制备

2.1 反应通式

2.2 实验过程

(1) 实验原料

氯化苄,甲苯,二甲苯,乙醇,丙酮,碳酸钠。

(2) 实验装置

图1 动态管式反应器

(3) 实验过程

利用柱塞泵输送物料,冷热一体机进行控温,切向流反应器出口与气液分离罐、背压阀相连接,通过背压保持反应体系为液态。通过对甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮等溶剂的比较,选择合适的溶剂。在此基础上,对溶剂用量、反应温度等参数进行研究,得到了较佳的工艺条件。

2.3 实验结果

首先探讨不同溶剂对反应的影响,设定温度为150℃,背压0.7MPa。动态管式反应器持液量1.7L,氯化苄溶液约为12ml/min,15%的碳酸钠溶液45ml/min,停留时间为30min左右,实验结果如下:

表1 溶剂对水解反应的影响

乙醇和丙酮在水相及氯化苄中的溶解度都很大,在水相和有机相之间能起到桥梁作用,但是乙醇或丙酮的加入使反应物变得复杂,副产物多,目标产物很大一部分留在有机相,形成水-乙醇/丙酮-苯甲醇三元共沸物,不易分离。二甲苯的选择性相对更高,选用二甲苯。

    溶剂的加入量对反应也存在影响,若溶剂加入量较大,则有机相中的氯化苄浓度较低,氯化苄在水相中的浓度也相应降低,导致反应速度减慢;相反,若减少溶剂的量,虽能加快反应,但会降低选择性,溶剂的加入量在10%~20%之间(相对于氯化苄的质量百分比)。结果如下表:

表2 溶剂的量对水解反应的影响

根据上述数据可以看出,选用二甲苯为溶剂,加入量为氯化苄的10%比较合适。除了溶剂的种类和加入量对反应有影响以外,影响因素还包括温度、停留时间、碱溶液质量分数等,采用单一变量法,分别探讨反应温度、停留时间、碱溶液质量分数等对水解反应的影响。反应温度对水解反应的影响见表3所示,反应时间对水解反应的影响见表4,碱溶液质量分数对水解反应的影响见表5。

表3 反应温度对水解反应的影响

实验温度内,温度对选择性影响不大,随着温度的升高,转化率增加。

表4 反应时间对水解反应的影响

反应的停留时间随着进料流量的减小很增大。随着反应时间的延长,转化率增加,选择性变化不大,当时间到达一定程度后,选择性随着时间的延长而降低。综合考虑,反应时间30-40min为宜。

表5 碱的浓度对水解反应的影响

在一定范围内,碱溶液越稀,越有利于碱的离解,促进氯化苄水解反应的进行,但是过多的水量会使溶解在水相的苯甲醇量增大,后处理有一定的麻烦,因此选择碱溶液质量分数在10%左右较为理想。

3 结论

实验结果表明,在温度为150℃,停留时间为30-40min左右,氯化苄水解转化率为可达90%左右。碱的质量分数最好在10%。

参考文献:

[1]Radon Horst, Maurive Bernd, Reimann Christa. Continuous production of benzyl alcohol. 1984. DD 161067

[2]Scgreiber, Jiri; Pscheidt, Jiri; Janda, Frantisek. Continuous preparation of benzyl alcohol. 1984.CS 216044.

[3]Ji, Hongbing; Ebitani, Kohki. Oxidation of benzylaicohol aiming at a greener reaction. Reaction Kinetics and Catalysis Letters, 2003, 78(1): 73-80.


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