苯乙烯氧化制苯甲醛的催化反应研究

论文摘要

苯甲醛是最简单的芳香醛,它在工业上的用途非常广泛。目前我国生产的苯甲醛大部分由二氯化苄水解工艺生产,其产品中都含有氯化物,因此限制了苯甲醛在香料和医药工业中的大量应用。本论文探讨了一种从苯乙烯氧化制备无氯苯甲醛的新工艺。在TiO2/SiO2催化的苯乙烯小试氧化反应中,采用空气作为氧化剂,苯乙烯被氧化,生成的苯甲醛和甲醛为主要产物。反应可以在低于100℃的温和条件下进行。在较低的苯乙烯转化率(18.0%)下,可以得到较高的苯甲醛选择性(95.0%)。对于此反应,苯乙烯的转化率随催化剂中TiO2含量的增加而增加,但是苯甲醛的选择性随催化剂中TiO2含量增加而下降。在一定的反应条件下,实验发现加入甲苯的体积含量在20%时存在一个最佳值;空气的流量对反应的影响存在极限值,当空气的流量大于一定值(100ml/min)时,不再影响反应的转化率和选择性;一般在液体(苯乙烯和甲苯)的流量增加时,苯乙烯的转化率下降,同时苯甲醛的选择性增加;在具有不同TiO2含量的催化剂TiO2/SiO2上,苯乙烯的转化率随TiO2含量增加而增加,此时比表面是影响苯乙烯转化率的次要因素;但是在催化剂的组成相同时,比表面是影响苯乙烯转化率的主要因素,比表面减小导致催化活性降低。在中试放大试验的初步的探索中,主要考察了温度、压力、空气流量、液体流量等因素对反应的影响。实验表明其中影响最显著的是温度,发现苯乙烯转化率随温度升高而增加,但当温度达到90℃时,苯乙烯容易发生自聚,所以在保证安全生产的基础上尽量选用转化率高的温度为最适宜温度。优选的工艺条件是:在钛硅催化剂(TiO2/SiO2=8/2)上,当反应温度88℃,反应压力3.0MPa,液体流量3.246ml/min,空气流量4.28L/min,原料配比为含10%甲苯的苯乙烯时,苯乙烯的转化率可以达到20%左右,而苯甲醛的选择性基本上可以达到100%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 苯甲醛的主要性质及用途
• 1.2 苯甲醛的生产现状
• 1.3 苯甲醛的合成方法
• 1.3.1 甲苯氯化水解法
• 1.3.2 甲苯氧化法
• 1.3.3 苯甲酸或其酯还原法
• 1.3.4 苯甲醇氧化法
• 1.3.5 电合成法
• 1.4 苯甲醛产品的质量指标
• 1.5 本文的研究背景和研究内容
• 1.5.1 本文的研究背景
• 1.5.2 本文的研究内容
• 第2章 小试反应制备苯甲醛
• 2.1 引言
• 2.2 主要的实验仪器和试剂
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂
• 2.3 苯乙烯在管式反应器中的氧化反应
• 2.3.1 催化剂的制备
• 2.3.2 催化剂的表征
• 2.3.3 实验方法
• 2.3.4 产物分析系统
• 2.3.5 苯乙烯氧化数据处理
• 2.4 反应的结果与讨论
• 2.4.1 不同钛硅摩尔比的催化剂对反应的影响
• 2.4.2 溶剂甲苯的体积含量对反应的影响
• 2.4.3 液体流量和空气流量对反应的影响
• 2.4.4 焙烧温度对催化剂性能的影响
• 2.4.5 氯离子的存在对反应的影响
• 2.5 小结
• 第3章 中试放大反应的初步探索
• 3.1 引言
• 3.2 主要的实验仪器和试剂
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验试剂
• 3.3 苯乙烯氧化反应中试放大试验
• 2/SiO₂（8/2）催化剂制备'>3.3.1 批量 TiO₂/SiO₂（8/2）催化剂制备
• 3.3.2 产物分析系统
• 3.3.3 中试苯乙烯氧化数据处理
• 3.3.4 中试装置及实验流程
• 3.4 中试反应的结果和讨论
• 3.4.1 工艺条件中压强的选择
• 3.4.2 液体流量和空气流量的影响
• 3.4.3 温度的优化选择
• 3.5 存在问题与后续研究建议
• 3.5.1 存在问题
• 3.5.2 后续研究的建议
• 3.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录