论文题目: 苯氯化三相催化精馏过程研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 崔咪芬
导师: 时钧,乔旭
关键词: 苯氯化,氯苯,催化精馏,宏观动力学,汽相分流,床层压降
文献来源: 南京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 氯苯是氯化芳烃中最主要的产品之一，是重要的有机合成中间体，也可以直接用作溶剂。 目前国内外均采用塔式沸腾连续氯化法生产氯苯，该工艺虽然已有几十年的历史，相当成熟，被普遍采用，但还存在以下缺陷： (1) 苯的单程转化率低，物料处理量大，操作费用高。为避免氯苯的深度氯化，控制苯的转化率在25～35％，相当于3／4的原料苯需经分离循环使用，增加了后续工段水洗、中和、蒸馏以及循环苯冷却干燥的物料处理量，从而增加了设备投资和操作费用以及能量消耗。 (2) 工艺过程冗长，废水量大，污染环境。为避免氯化液中的三氯化铁和氯化氢对后续设备造成腐蚀和堵塞，必须进行水洗、中和，导致工艺流程冗长，设备投资大，操作费用高，同时产生大量酸、碱废水，污染环境。 (3) 反应热没有得到利用。苯氯化反应为强放热反应(ΔH=—131.5 kJ／mol)，在反应过程中，反应热由苯汽化带出反应器，没有得到利用，白白浪费。 针对氯苯生产工艺存在的上述缺陷，本文首先提出了将反应精馏技术应用于苯氯化反应的设想，在铁催化剂存在下进行了苯氯化气液连续反应精馏实验，得到苯的转化率达99％左右，氯苯选择性达97％左右，初步证实将反应精馏技术应用于苯氯化连串反应是可行的。 但由于铁催化剂存在下苯氯化气液反应精馏存在氯化液含三氯化铁问题，本文提出开发一种高效固体催化剂以取代三氯化铁催化剂。通过对几种固体颗粒催化剂的预筛选及固体催化剂的制备成型与性能研究，开发出了催化活性较好、选择性高、强度好，催化剂原料成本又较低廉的QC-1型固体催化剂。在此催化剂作用下，苯的转化率达99.2％，氯苯选择性达98％，催化剂的平均活性达1.10g氯苯／(g催化剂．h)。 通过对QC-1型苯氯化催化剂1020小时的寿命考察，催化剂的活性基本不变，氯苯的选择性随操作时间几乎呈一条直线，均维持在97～99％水平，说明催化剂的选择性是稳定的且很高的，催化剂的平均活性为1.08g氯苯／(g催化
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
参考文献
第二章 文献综述
2.1 苯、氯苯、二氯苯的物理性质
2.2 氯苯的用途
2.3 苯氯化反应的特点
2.3.1 取代、连串、放热反应
2.3.2 其它副反应—加成反应
2.3.3 其它副反应—结炭反应
2.4 对原料纯度的要求
2.5 氯苯的生产工艺及评述
2.5.1 氯苯的生产工艺
2.5.2 氯苯的生产工艺评述
2.6 苯氯化反应动力学研究状况
2.6.1 苯氯化反应机理
2.6.2 苯氯化反应动力学研究状况
2.7 苯催化氯化固体催化剂研究状况
2.8 分子筛、载体等一些重要性质或研究结果
2.9 催化剂颗粒形状与成型
2.10 催化精馏塔的结构及催化剂的装填方式
2.10.1 填料塔
2.10.2 板式塔
2.10.3 塔板—催化填料复合塔型
2.10.4 流化催化精馏塔结构
2.10.5 “背包式”催化精馏塔
2.10.6 关于催化精馏塔结构的评述
2.11 催化精馏过程的数学模型和模拟方法
2.11.1 平衡级模型
2.11.2 非平衡级模型
2.11.3 微分模型
2.11.4 催化精馏过程的模拟计算与多稳态现象
2.11.5 关于催化精馏模型和模拟方法的评述
2.11 本文的研究思路及内容
参考文献
第三章 苯氯化气液反应精馏实验研究
3.1 实验装置与流程说明
3.2 分析方法
3.2.1 分析操作条件
3.2.2 定量计算方法
3.2.3 各组份相对校正因子的测定结果
3.3 实验所用主要原料和流量计的标定
3.3.1 主要原料
3.3.2 转子流量计的标定
3.3.3 毛细管流量计的标定
3.4 实验结果与讨论
3.4.1 苯的进料流量对反应精馏结果的影响
3.4.2 不同回流量对反应精馏过程的影响
3.4.3 苯与氯气进料摩尔配比对反应结果的影响
3.4.4 苯的进料位置的影响
3.4.5 氯气通入位置与流量分配对反应精馏的影响
3.5 小结
参考文献
第四章 苯氯化制备氯化苯固体颗粒催化剂的开发研究
4.1 固体颗粒催化剂的制备与筛选
4.1.1 固体颗粒催化剂的筛选原则
4.1.2 固体颗粒催化剂的预筛选
4.2 催化剂制备与性能比较
4.2.1 实验所用的主要原料
4.2.2 实验所用的主要仪器
4.2.3 实验装置流程说明
4.2.4 实验结果与讨论
4.3 小结
参考文献
第五章 QC-1型苯氯化催化剂的寿命研究
5.1 实验
5.1.1 实验流程与实验方法
5.2 实验结果与讨论
5.2.1 塔釜中氯化液的温度随操作时间的变化关系
5.2.2 催化剂的活性随操作时间的变化关系
5.2.3 氯苯的选择性随操作时间的变化关系
5.2.4 寿命试验结束后催化剂的状况
5.3 小结
参考文献
第六章 浆态反应器中苯氯化反应宏观动力学研究
6.1 理论部分
6.2 实验装置、流程与实验方法
6.2.1 实验浆态反应器
6.2.2 实验流程
6.2.3 实验方法
6.3 实验结果与讨论
6.3.1 催化剂粒度对宏观反应的影响
6.3.2 催化剂浓度对宏观反应的影响
6.3.3 氯气分压对宏观反应的影响
6.3.4 总气量对宏观反应的影响
6.4 宏观动力学模型的参数估计
6.5 本章小结
参考文献
第七章 苯氯化催化精馏过程的模型建立及计算方法
7.1 实验
7.1.1 实验装置与实验方法
7.1.2 实验方案
7.1.3 实验数据的预处理
7.2 数学模型的建立
7.2.1 微元中各组份的物料衡算式
7.2.2 微元热量衡算式
7.2.3 反应动力学模型
7.2.4 相平衡方程
7.2.5 参数的计算
7.3 苯氯化催化精馏的模拟计算方法
7.3.1 模型变量与方程的分析
7.3.2 计算方法的确定
7.3.3 计算框图
7.4 传质和动力学模型参数估计
7.4.1 传质和动力学模型参数的估计
7.4.2 目标函数的确定
7.4.3 计算步骤和框图
7.4.4 参数估计的结果
7.5 模型计算值与实验值的比较
7.5.1 对拟合结果的讨论
7.6 浆态反应器与催化精馏塔中宏观反应动力学的比较
7.6.1 综合有效因子η_0
7.7 本章小结
参考文献
第八章 苯氯化三相催化精馏工艺技术研究
8.1 实验装置和实验方法
8.2 实验结果与讨论
8.2.1 不同苯的回流量对催化精馏结果的影响
8.2.2 氯气通入速率的影响
8.3 本章小结
参考文献
第九章 汽相分流催化精馏塔中床层压降和苯氯化工艺研究
9.1 实验装置的设计思路
9.2 实验装置的结构
9.3 催化剂的两种装填方式
9.4 床层压降和上行汽(气)体流量分配计算
9.4.1 压降计算公式
9.4.2 压降计算所需的基本数据
9.4.3 上行苯蒸汽全部通过催化剂床层时的压降计算
9.4.4 装填方案Ⅰ时的床层压降及侧线分流比例的计算
9.5 装填方案Ⅱ时床层压降和侧线分流比例的计算
9.5.1 装填方案Ⅱ时上行汽体通过各段压降与流量分配计算
9.6 床层压降测定
9.7 工业催化精馏塔内床层压降的计算
9.8 苯氯化工艺研究
9.8.1 实验流程
9.8.2 实验方案
9.9 实验结果与讨论
9.9.1 催化剂装填方式Ⅰ时的实验结果与讨论
9.9.2 催化剂装填方式Ⅱ时的实验结果与讨论
9.9.3 不同催化剂装填方式对反应结果的影响比较
9.10 对苯氯化工业催化精馏塔结构的设想
9.11 本章小结
参考文献
第十章 结论
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2007-03-23
参考文献
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- [6].“背包式”反应精馏优化理论和应用研究[D]. 徐骏.南京工业大学2005
- [7].催化精馏技术在醋酸甲酯水解过程中的应用研究[D]. 王成习.浙江大学1997
- [8].乙酸氯化反应动力学及反应分离耦合工艺研究[D]. 张媛.南京工业大学2005
- [9].复合萃取精馏分离乙酸乙酯—乙醇—水混合液的研究[D]. 顾正桂.南京工业大学2005
- [10].SiO2载负废全氟磺酸离子交换膜的制备、表征及其在催化精馏中的应用[D]. 罗士平.南京理工大学2007