1. <rt id="oi98l"></rt>

            【Heriot-Watt案例】三相液體連續流技術實現對2,4-二氯苯酚的高效催化氫化脫氯反應

            2019年01月26日 反應釜技術 471 views

            連續多級攪拌反應器實現三相連續流催化加氫反應

            0/1

            2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)是生產除草劑、藥物和染料的常用原料。其每年釋放到環境中的量是相當大的(約9噸/年),又因為其高生物毒性極低的自然降解速率。因此,探討對其的清除治理方法,是尤為重要的。其中,催化脫氯(HDC)是一種有效的清除方法,利用H?在催化劑的作用下斷裂C-Cl鍵進從而達到降解的目的,該反應中一般使用碳或者氧化鋁負載的鈀催化劑,效果較好。

            用實用的視角去看2,4-二氯苯酚的處理問題,連續流模式的脫氯反應工藝無疑是優選的,因為其可以在產生更少廢物的同時達到更好的經濟收益。前人對于氯酚的脫氯反應的研究更多的是基于氣相連續流法,然而這種方法往往需要較高的溫度(T≥473K)、壓力(高達250atm)與大大過量的H?(400-1200倍)。因此氣相方法肯定是不夠節能高效的。而開發新的能夠在液相中進行的連續流2,4-二氯苯酚脫氯方法,可以有效的解決上述問題。

            0/2

            連續流方案

            Heriot-Watt University的Mark A. Keane等人2011年在Chemical Engineering Journal(doi:10.1016/j.cej.2010.07.032)雜志上發表了他們利用連續流反應大量處理2,4-DCP的技術,并與釜式反應進行了性能比較。

            圖1. 2,4-二氯苯酚脫氯反應的釜式反應裝置(a)與連續流(COFLORE ACR?)反應器(b)。 圖片來源:Chem. Eng. J.

            釜式反應裝置與連續流反應器如圖1所示,作者首先考察了兩種方法對于氫氣的利用率,在這種三相體系反應中,氫氣在各相中的擴散效果決定了反應的效率。作者首先通過改變氫氣的鼓入速率,反應16分鐘后,觀察反應的脫氯效果(如圖2所示)??梢园l現,在連續流反應中,達到飽和脫氯分數0.13時的氫氣鼓入速率為30 cm3min-1,這個速率僅僅為釜式反應中達到飽和脫氯分數的氫氣速率(150 cm3min-1)的五分之一。同時可以發現,當兩種方法不攪拌的狀態下,釜式反應基本不會進行,而連續流反應中仍然具有一定的脫氯能力(脫氯分數為0.05)。這說明了連續流反應極大的增加了脫氯反應中氫氣的擴散效果。同時,作者從結果確定了兩種反應的最優攪拌速度,釜式反應為每分鐘1100轉,連續流反應的震速為每分鐘29轉。

            圖2. 兩種方法下脫氯效果與H2流速和轉速的關系。圖片來源:Chem. Eng. J.

            其次,作者在最優條件下比較了兩種反應方法的反應速率以及產物選擇性。圖3中可知,隨著反應時間的增長,兩種反應的轉化率均進一步升高。在pH控制在12的情況下,明顯看出連續流反應的脫氯速率快于釜式反應的反應速率。

            圖3. 兩種方法下脫氯的脫氯速率比較 圖片來源:Chem. Eng. J.

            由于2,4-二氯苯酚結構中兩個氯的位阻不同,因此對于兩個氯原子的脫除速率就不相同。同時,脫氯終產物苯酚可以進一步催化加氫得到環己酮(如圖4所示)。因此,脫氯的選擇性決定了反應最終的效果??梢钥闯?,當轉化相同量的原料時,釜式反應的2-CP的剩余量要比連續流反應2-CP剩余量多,而苯酚的含量則比連續流反應下的苯酚含量要少,這說明了連續流反應對原料的脫氯反應進行的更加徹底,反應效果更加理想。

            圖4? 脫氯反應的機理以及在兩種方法中脫氯反應的產物選擇效果。圖片來源:Chem. Eng. J.

            最后,作者比較了兩種方法下催化劑的使用壽命。由于脫氯反應產生的HCl副產物容易導致催化劑的分解、中毒、燒結或是炭化。因此,長時間多次反應會降低催化劑的使用活性。 作者比較了10次重復脫氯反應中兩種方法的催化劑保留活性(如圖5所示)??梢钥吹?,在進行了多次反應后,連續流反應的脫氯率保持在釜式反應的5倍。這說明了連續流技術有助于保持催化劑活性,這與連續流反應可以更好的移除HCl有關。

            圖5. 兩種方法下催化劑的保留活性比較。圖片來源:Chem. Eng. J.

            0/3

            實驗結論

            1.作者利用連續流技術,高效的實現了三相體系(1 atm H?, pH=12 的2,4-二氯苯酚水溶液以及Pd/Al2O3固相催化)下的高效催化氫化脫氯反應。

            2.在該反應中,連續流技術利用H?的效率是釜式反應的5倍。

            3.連續流技術的脫氯速度快于釜式反應速率,并且對于2,4-二氯苯酚,連續流脫氯反應進行得更徹底。

            4.HCl的存在容易導致催化劑中毒,連續流技術的應用有利于HCl的移除,進而有助于保持催化劑活性。

            5.該工作體現了連續流動Coflore ACR?連續多級攪拌反應器中氯代芳烴催化氫化脫氯反應的可行性,有充分的工藝放大與工業生產的應用前景。

            參考文獻:Chemical Engineering Journal 166 (2011) 1044–1051

            深圳市一正科技有限公司,作為荷蘭Chemtrix公司(微通道反應器)、英國AM公司(連續攪拌多級反應器、催化加氫系統)、英國NiTech公司(連續結晶儀、連續合成儀)在中國區的獨家代理商和技術服務商,為廣大高校和企業提供連續合成、在線萃取、連續結晶、在線過濾干燥、在線分析等整套連續工藝解決方案。

            公司與復旦大學、南京大學、中山大學、華東理工大學、南京工業大學、浙江工業大學、河北工業大學等高校研究機構合作成立微通道連續流化學聯合實驗室,致力于推動連續流工藝在有機合成、精細化工、制藥行業、能源材料、食品飲料等領域的應用,合作實驗室可以為客戶的傳統間歇釜式工藝在連續流工藝上的轉變提供工藝驗證、連續流工藝開發工作,促進制藥及精細化工企業由傳統間歇工藝向綠色、安全、快速、經濟的連續工藝轉變。

            公司與荷蘭Chemtrix B.V.在浙江臺州、江蘇南京合作組建了連續流微通道工業化應用技術中心(以下簡稱“工業化技術中心”),旨在打造集連續流微通道工藝開發、中試試驗、工業化驗證、技術交流于一體的綜合性連續流微通道應用技術服務中心,以為廣大生物醫藥企業、化工類企業提供專業、完善的智能化連續流工藝整套系統解決方案及一流的技術服務方案。

            標簽:

            發表評論

            發表評論:

            PHONE
            龙八国际_官网

                1. <rt id="oi98l"></rt>

                      |2021利润很吓人的冷门生意|小白赚钱|小白赚钱

                          1. <rt id="oi98l"></rt>

                                龙8国际_官网 龙八国际官网 龙8国际_官网 龙8国际appa 龙8国际appa 龙八国际app下载 龙8国际_官网