苯甲醛液相氧气氧化制苯甲酸氧化与萃取集成过程的研究

论文题目: 苯甲醛液相氧气氧化制苯甲酸氧化与萃取集成过程的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 化学工艺

作者: 姜韶堃

导师: 马忠龙

关键词: 苯甲酸,苯甲醛,多级卧式反应萃取塔,集成过程,数学模型

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文研究了多级卧式反应萃取塔内苯甲醛液相氧气氧化制苯甲酸氧化与萃取的集成过程。集成过程将苯甲醛的液相氧化和苯甲酸的液液化学萃取集中在一个反应器中进行。在该过程中,氧气通过塔内喷射装置喷射出来,具有双重作用,即是苯甲醛液相氧化的反应原料,又是促进塔内液相湍动的扰动源。首先研究了苯甲酸在液液两相中的分配比,研究发现在恒定的温度和表观气速条件下,苯甲酸在液液两相中的相平衡关系是线性的。重点研究了多级卧式反应萃取塔内苯甲醛液相氧气氧化制苯甲酸氧化与萃取的集成过程。本文在不同条件下进行集成过程的实验,考察了水相苯甲酸浓度、出口液相苯甲酸浓度随反应条件的变化。结果表明,升高温度有利于集成过程的进行;氧气表观气速的增加,气泡逸出速度变大,减少了气液接触的时间,气泡的快速逸出也带出大量热量,使液相局部温度骤然降低,从而影响了反应速率;氧气表观气速增加,大大增加了塔内液相湍动程度,有利于萃取过程;有机相苯甲醛浓度的增大有利于提高氧化反应速率,但是增大到某一值后,对氧化速率的影响逐渐减小;随着水相体积表观流速的升高,水相在塔内停留时间减小,苯甲酸萃取效率降低。本文还重点在理论上研究了多级卧式反应萃取塔内的喷射反应萃取过程,建立了轴向浓度扩散数学模型,首次将氧气的有机相传质动力学引入到该模型中,使得模型包括了气液液三相传质因素,通过模型计算得到水相苯甲酸浓度分布方程,模拟结果与实验值比较,平均误差为5.5%,这说明在轴向扩散模型中引入氧气的有机相传质,使得模型计算得到的结果更加精确,与实际情况达到更好的吻合。本文成功的完成了苯甲醛的液相氧化和苯甲酸的液液化学萃取集成过程研究,这对工业上甲苯液相空气氧化法生产苯甲酸有一定的指导作用。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 文献综述

1.1 气体扰动萃取过程的概述

1.1.1 气体扰动萃取过程的优势

1.1.2 气体扰动萃取过程的研究进展

1.1.3 气体扰动反应与萃取过程集成的研究进展

1.2 苯甲酸的概述

1.2.1 苯甲酸的简介

1.2.2 苯甲酸的应用现状

1.2.2.1 生产苯酚

1.2.2.2 生产对苯二甲酸

1.2.2.3 生产己内酰胺

1.2.2.4 增塑剂

1.2.2.5 防腐剂

1.2.2.6 缓蚀剂

1.2.2.7 涂料

1.2.2.8 染料载体

1.2.2.9 药物

1.2.3 苯甲酸生产方法

1.2.3.1 甲苯液相空气氧化法

1.2.3.1.1 反应机理

1.2.3.1.2 工艺流程

1.2.3.1.3 产品精制

1.2.3.1.4 苯甲酸的回收

1.2.3.2 苯次甲基三氯水解法

1.2.3.3 邻苯二甲酸酐脱羧法

1.2.3.4 甲苯高锰酸钾氧化法

1.2.3.5 苯甲酰胺常压微波加热法

1.2.3.6 过氧化氢催化氧化法

1.2.3.7 甲苯气相部分氧化法

1.3 液液萃取过程的模拟研究

1.4 课题研究的内容及意义

第二章 实验部分

2.1 实验准备

2.1.1 主要试剂

2.1.2 主要仪器和设备

2.2 苯甲酸分配系数的测定

2.3 多级卧式反应萃取装置苯甲醛氧化与苯甲酸萃取的集成研究

2.4 有机相与水相中物质浓度测定方法

第三章 实验结果与讨论

3.1 苯甲酸分配系数的测定

3.1.1 温度对苯甲酸分配系数的影响

3.1.2 表观气速对苯甲酸分配系数的影响

3.2 多级卧式反应萃取装置中苯甲醛的氧化与苯甲酸液液萃取的集成研究

3.2.1 温度对塔内水相苯甲酸浓度分布的影响

3.2.2 表观气速对塔内水相苯甲酸浓度分布的影响

3.2.3 表观气速对出口有机相苯甲酸浓度的影响

3.2.4 有机相苯甲醛浓度对塔内水相苯甲酸浓度分布的影响

3.2.5 有机相苯甲醛浓度对出料水相苯甲酸浓度的影响

3.2.6 水相表观流速对塔内水相苯甲酸浓度分布的影响

第四章 多级卧式喷射反应萃取集成过程的数学模型及模拟

4.1 模型假设

4.2 模型建立

4.3 模型计算及模拟

4.3.1 模型参数计算

4.3.1.1 苯甲酸液相体积传质系数KL a 的计算

4.3.1.2 氧气有机相体积传质系数K2 a2 和涡流传质系数K t 的计算

4.3.1.3 分散相滞存率的计算

4.3.1.4 液液两相轴向扩散系数的计算

4.3.2 模型计算及模拟

符号说明

第五章 结论

参考文献

发表论文情况说明

附录

附录一 测定有机相和水相中物质浓度时所需标准溶液的配置方法及标定方法

附录二 多级卧式喷射反应萃取集成过程模拟塔内水相苯甲酸浓 度分布计算值与实验值比较

致谢

发布时间: 2007-04-17

参考文献

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