学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

微通道反应器内精细有机合成反应及混合规律研究

作　者: 余武斌
导　师: 高建荣
学　校: 浙江工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 微通道偶合氧化溴化硝化微观混合过程强化
分类号: TQ052
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 206次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

安全、清洁、高效、节能和可持续等清洁生产是21世纪化学工业发展的一个趋势。采用微米级反应器进行化工反应的技术,简称微化工技术(Microchemical Technology),它是一门通过过程强化来实现绿色合成的新技术。相对于传统的批次反应工艺,其具有快速混合、高效传热、窄的停留时间分布、重复性好、系统响应迅速、便于自动化控制、几乎无放大效应及高安全性能等优势,已成为科研院校和企业界共同的研究热点之一。论文以微化工技术在精细有机合成中应用为目标,设计聚四氟乙烯、玻璃、不锈钢等材质的微通道反应器,研究了偶合、氧化溴化、硝化等典型的精细有机合成反应及微尺度下的物料微混合规律。以C.I.酸性红54为模型化合物,研究聚四氟乙烯毛细管式微通道反应器内合成偶氮染料的偶合反应过程,考察反应物流速、停留时间、管道内径和反应温度等对反应的影响,得到较优工艺条件为：在室温下进行(20℃)下,n(重氮组份)：n(偶合组份)=1：1,流速v=0.18m/s,停留时间τ=11.1ls,管道内径D=1.0mm,产率达96.80%。同时,参考C.I.酸性红54较优工艺条件,固定流速v=0.18m/s,管道内径D=1.0mm,研究微通道反应器中C.I.酸性黄23、C.I.酸性紫1、C.I.活性红35、C.I.活性黄16等不同色系的酸性偶氮染料和活性偶氮染料的合成,其中酸性系列染料产率达95%以上,活性染料产率达80%以上。以甲苯为模型化合物,H202-HBr为溴化体系,研究聚四氟乙烯毛细管和玻璃管式微通道反应器中氧化溴化反应,考察物料配比、停留时间、光照强度等对反应的影响,在聚四氟乙烯毛细管微通道反应系统内,较优工艺条件为n甲苯：nH202:nHBr=2：1.5：1,100W白炽灯光照,停留时间5min,溴原子利用率达66.5%,苄溴的选择性达93.1%；在玻璃微通道反应器中,较优工艺条件为n甲苯：nH202；nHBr=2：1.5：1,150W白炽灯光照,停留时间5min,溴原子利用率达93.6%,苄溴的选择性达94.0%。同时,参考甲苯氧化溴化较优工艺,对均三甲苯、间二甲苯、间氯甲苯、间硝基甲苯、3,4-二氯甲苯等其它取代甲苯的氧化溴化进行探索性研究,结果均取得较好溴原子利用率和选择性,表明HBr-H2O2体系的氧化溴化反应具潜在的应用价值。以氯苯为模型化合物,硝硫混酸为硝化体系,研究不锈钢模块式微通道反应器中硝化反应过程,考察氯苯与硝酸摩尔比、体积流速、反应温度等对反应的影响,得到较优工艺条件为：n氯苯：n硝酸=1：1.3,n硝酸：n硫酸=1：3,反应温度80℃,物料氯苯体积流速0.5mL/min,转化率达74.8%,n(邻硝基氯苯)：n(对硝基氯苯)=0.56：1。同时,参考氯苯硝化较优工艺,对其它芳烃的硝化反应进行了研究,结果表明与常规反应器相比,邻对比有明显提高,且副产物相对较少,同时微通道反应器的时空转化率比常规反应器约高4个数量级。以C.I.酸性红54为模型化合物,Reynolds数Re和离集指数Xs为数学模型,研究物料在聚四氟乙烯毛细管式微通道反应器的微混合规律,考察流速、内径等对微观混合的影响,结果表明流速对Reynolds数Re和离集指数Xs的影响存在一个临界值,超过这个值后,流速影响不再显著；同时,流速在最优条件下,以及内径在一定范围内,内径对离集指数Xs的影响较小,并趋于稳定值,而Reynolds数Re均大于临界数Rec。通过对微通道反应器内偶合、氧化溴化、硝化等典型精细有机合成反应及混合规律的研究,表明微反应技术不仅可以强化过程,大大提高生产效率,还可以提高工艺的稳定性、安全性、操作性及环境友好性等。由此,微反应技术是实现精细有机合成过程高效、节能、安全、清洁的有效手段,可为精细化工产业的绿色化可持续发展提供重要的技术基础。

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-15
第一章绪论  15-17
第二章文献综述  17-62
  2.1 微化工技术研究概括  17-44
    2.1.1 微化工技术的过程强化原理  18-19
    2.1.2 微反应器定义  19-20
    2.1.3 微反应器分类及性能优势  20-21
    2.1.4 微反应技术的应用  21-24
    2.1.5 微反应技术在有机合成中的应用  24-44
  2.2 偶氮染料合成研究现状  44-49
    2.2.1 偶氮染料的定义及分类  44-47
    2.2.2 偶氮染料的合成  47-48
    2.2.3 微反应技术在偶氮染料合成中的应用  48-49
  2.3 溴化反应研究现状  49-54
    2.3.1 溴化方法  50-53
    2.3.2 H_2O_2-HBr体系氧化溴化反应研究进展  53-54
  2.4 芳烃硝化反应研究现状  54-59
    2.4.1 芳烃硝化方法  54-56
    2.4.2 微反应器中硝化反  56-59
  2.5 论文选题及研究  59-62
    2.5.1 论文选题及意义  59-60
    2.5.2 论文研究工作  60-62
第三章微反应器内偶合反应研究  62-83
  3.1 偶合反应分析  62-65
    3.1.1 偶合反应机理  62-63
    3.1.2 影响偶合反应的因素  63-64
    3.1.3 合成工艺  64-65
  3.2 结果与讨论  65-76
    3.2.1 单偶氮染料的合成  66-70
    3.2.2 双偶氮染料的合成  70-75
    3.2.3 微通道反应器中的系列偶氮染料合成  75-76
  3.3 实验部分  76-81
    3.3.1 实验仪器及药品  76-77
    3.3.3 常规批次反应器中的偶合反应  77-78
    3.3.4 微通道反应器中的偶合反应  78-79
    3.3.5 产物分析  79-81
  3.4 本章小结  81-83
第四章微反应器内取代甲苯氧化溴化反应研究  83-105
  4.1 氧化溴化反应分析  83-84
  4.2 结果与讨论  84-97
    4.2.1 PTFE微反应器内取代甲苯溴化反应研究  84-90
    4.2.2 玻璃微通道反应器内取代甲苯溴化反应研究  90-93
    4.2.3 常规釜式反应器内取代甲苯溴化反应研究  93-96
    4.2.4 微通道反应器与常规反应器溴化反应比较  96-97
  4.3 实验部分  97-103
    4.3.1 实验仪器及药品  97-98
    4.3.2 微反应系统的设计  98-100
    4.3.3 实验操作步骤  100-101
    4.3.4 产物含量分析与结构鉴定  101-103
  4.4 本章小结  103-105
第五章微反应器内芳烃硝化反应研究  105-116
  5.1 芳烃硝化反应分析  105-107
    5.1.1 取代基效应的定性分析  105-106
    5.1.2 取代基效应的定量分析  106-107
  5.2 结果与讨论  107-112
    5.2.1 常规反应器中氯苯硝化反应  107-108
    5.2.2 微通道反应器中氯苯硝化反应研究  108-111
    5.2.3 常规反应器与微通道反应器中氯苯硝化反应比较  111-112
    5.2.4 微通道反应器中其它芳烃硝化反应研究  112
  5.3 实验部分  112-114
    5.3.1 主要试剂和设备  112-113
    5.3.2 不锈钢微反应系统设计  113
    5.3.3 实验步骤  113-114
  5.4 本章小结  114-116
第六章微尺度下反应混合规律研究  116-125
  6.1 微观混合评价数学模型  117-119
    6.1.1 离集指数  117-118
    6.1.2 Reynolds数的计算  118-119
  6.2 结果与讨论  119-121
    6.2.1 流速对微观混合的影响  119-120
    6.2.2 微管内径对微观混合的影响  120-121
  6.3 实验部分  121-124
    6.3.1 实验仪器及药品  121-122
    6.3.2 微通道反应系统及微反应器  122-123
    6.3.3 微观混合实验  123
    6.3.4 分析方法  123-124
  6.4 本章小结  124-125
第七章结论与展望  125-128
  7.1 结论  125-126
  7.2 展望  126-128
参考文献  128-135
致谢  135-136
博士期间完成的学术论文与专利  136

微通道反应器内精细有机合成反应及混合规律研究

内容摘要

全文目录

相似论文