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超重力反应器强化缩合反应新工艺的研究

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摘要

符号说明

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 羟醛缩合反应研究进展

1.2.1 反应概述

1.2.2 反应机理

1.2.3 反应催化剂

1.2.4 羟醛缩合反应工艺研究概况

1.2.5 羟醛缩合反应动力学研究概况

1.2.6 缩合反应器

1.3 超重力技术

1.3.1 超重力技术简介

1.3.2 超重力技术工业应用概况

1.3.3 超重力反应器合成实验研究概况

1.4 研究意义与主要研究内容

第二章 搅拌釜式反应器缩合工艺研究

2.1 前言

2.2 反应机理及副产物分析

2.2.1 反应机理

2.2.2 副产物分析

2.2.3 拟解决方案

2.3 实验部分

2.3.1 实验试剂与实验设备

2.3.2 实验装置与实验步骤

2.3.3 实验分析方法

2.3.4 实验产品提纯

2.3.5 实验反应焓的模拟

2.4 实验结果与讨论

2.4.1 反应时间对原料转化率和目标产物收率影响

2.4.2 醛酮比(摩尔比)对原料转化率和目标产物收率影响

2.4.3 反应温度对原料转化率和目标产物收率影响

2.4.4 醛碱比(摩尔比)对原料转化率和目标产物收率影响

2.4.5 醛醇比(摩尔比)对原料转化率和目标产物收率影响

2.4.6 搅拌釜转速对原料转化率和目标产物收率影响

2.5 目标产品的表征

2.5.1 目标产品质谱图

2.5.2 目标产品核磁共振谱图

2.5.3 目标产品红外光谱图

2.6 本章小结

第三章 超重力反应器强化缩合反应工艺研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与实验设备

3.2.2 实验装置与实验步骤

3.2.3 实验分析方法与表征

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 反应时间对原料转化率和目标产物收率影响

3.3.2 醛酮比(摩尔比)对原料转化率和目标产物收率影响

3.3.3 醛碱比(摩尔比)对原料转化率和目标产物收率影响

3.3.4 反应温度对原料转化率和目标产物收率影响

3.3.5 醛醇比(摩尔比)对原料转化率和目标产物收率影响

3.3.6 超重力反应器转子转速对原料转化率和目标产物收率影响

3.3.7 停留时间对原料转化率和目标产物收率影响

3.4 搅拌釜式反应器与超重力组合反应器实验结果对比

3.5 本章小结

第四章 搅拌釜式反应器内宏观动力学研究

4.1 前言

4.2 动力学方程模型及简化

4.3 实验结果

4.4 本章小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

致谢

作者和导师简介

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摘要

羟醛缩合反应在工业上具有十分广泛的应用。然而,缩合反应过程复杂,副反应产物多,从文献报道来看,物料间的混合程度对产品质量的影响比较显著。作为化工过程强化技术的代表之一,超重力技术能极大地强化混合和传递过程,减少停留时间,抑制副反应的发生,大幅提高产品质量。为此,本文以某羟基酮化合物(H)的合成为例,分别在搅拌釜(STR)反应器以及超重力组合反应器(RPB+STR)中系统研究了各种工艺参数对原料转化率、目标产品选择性和收率的影响,并采用气质联用仪(GC-MS)、红外光谱仪(IR)、核磁共振仪(NMR)等检测仪器对产品结构进行了表征。同时,采用Gauss View软件,模拟了该主反应的反应焓。
  本研究主要内容包括:⑴采用搅拌反应釜为缩合反应器,考察了反应时间(t)、温度(T)、醛醇比(θ)、醛酮比(e)、醛碱比(β)、搅拌釜转速(n)等对原料转化率及反应产物H收率的影响。当醛酮比为1∶4时,最佳反应条件为:温度40℃、醛碱比1∶0.15、醛醇比1∶10、搅拌桨转速1000rpm、反应时间25 min。⑵使用超重力组合反应器对缩合过程进行强化。当醛酮比为1∶4时,最佳反应条件为:温度40℃、醛碱比1∶0.10、醛醇比1∶7.40、转子转速2840rpm、反应时间12 min。⑶超重力组合反应器能加快反应速率,缩短反应时间,减少催化剂(减少33%)和溶剂(减少26%)使用量,将目标产物收率提高5%~10%。⑷在搅拌釜反应器内研究了该缩合反应的宏观动力学。在本文的操作条件下,该反应符合拟一级动力学反应规律。指前因子为3.47×1010L·mol-1·min-1,表观活化能为60.99 kJ·mol-1,进一步推导出了该主反应的宏观反应动力学方程,表示如下:d[H]/ dt=k'[A]=3.47×1010 exp[-6.099×104/(RT)][C][OH-][A]/[H2O]。

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