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Fe-ZSM-5分子筛上N_2O一步氧化苯制苯酚工艺条件及本征动力学研究

作　者: 范卓
导　师: 陈标华
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程
关键词: 苯 N2O 苯酚 Fe-ZSM-5分子筛 本征动力学
分类号: TQ243.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 49次
引　用: 2次
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内容摘要


基于等温固定床反应装置（Φ21×3 mm,L 450 mm）,以单因素实验法,系统考察了温度（350～500℃）、空速(2500～10000h-1)和苯/N2O摩尔比（2～12）对Fe-ZSM-5分子筛上N2O一步氧化苯制苯酚过程规律及产物分布的影响（包括转化率、产物选择性和产率等）,结果表明:（1）N2O转化率随反应温度的升高而增加,苯酚选择性随温度升高逐步降低,苯酚的时空产率和收率随着温度的升高呈现先增大后减小的趋势。（2）高空速操作有利于苯酚选择性的提高,但会导致N2O转化率的降低;适宜的空速将有利于提高苯酚的时空收率。（3）提高反应原料中苯/N2O摩尔比有利于N2O转化率和苯酚选择性的提高,但过高的苯/N2O摩尔比对提高苯酚的时空产率不利。采用L16（45）正交实验设计,综合考察了上述因素对反应过程的影响,最终确定的相对适宜氧化条件为:温度400℃,空速6000h-1,苯/N2O摩尔比5:1。利用GC-MS技术获得的产物分布信息和在热力学分析基础上,确定了该反应体系的主要反应和主要副反应,提出了能合理解释实验观察现象的动力学反应图式。采用等温微型积分反应器（Φ6×2 mm,L 300 mm）和在温度380℃～450℃、苯/N2O摩尔比8～12、气体空速大于12000h-1条件下,对Fe-ZSM-5分子筛上N2O一步氧化苯制苯酚的本征动力学特性进行了较为系统的实验研究。依据所判识的氧化反应图式和基于幂函数型动力学模型,以单纯形法对动力学实验数据进行搜索、选优,估计了相应的动力学模型参数,建立了能良好吻合实验数据的Fe-ZSM-5型分子筛催化剂的本征动力学模型。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
前言  15-17
第一章 文献综述  17-31
  1.1 苯酚用途及国内外对苯酚的需求状况  17
  1.2 苯酚现行的生产工艺  17-21
    1.2.1 间接法合成苯酚历史  17-18
    1.2.2 苯直接氧化制苯酚新工艺  18-19
    1.2.3 几种制备苯酚新工艺的对比  19-21
  1.3 N_2O一步氧化苯制苯酚反应的催化剂体系  21-26
    1.3.1 BEA构型的分子筛催化剂  21-22
    1.3.2 钛硅分子筛催化剂  22
    1.3.3 MFI构型的ZSM-5分子筛  22-26
  1.4 Fe-ZSM-5分子筛上N_2O一步氧化苯制苯酚工艺条件研究现状  26-27
    1.4.1 温度对一步法制备苯酚反应的影响  26-27
    1.4.2 空速对一步法制备苯酚反应的影响  27
    1.4.3 原料配比对一步法制备苯酚反应影响  27
  1.5 N_2O为氧化剂苯一步制备苯酚的反应机理  27-29
    1.5.1 Br(o|¨)nsted酸性位机理  28
    1.5.2 Lewis酸性位机理  28-29
    1.5.3 分子筛中形成特殊结构的金属机理  29
  1.6 本课题组对N_2O一步氧化苯制苯酚已取得的研究成果  29-31
第二章 实验部分  31-41
  2.1 实验原料和仪器  31-32
    2.1.1 催化剂制备及水热处理所用的实验原料和仪器  31
    2.1.2 工艺条件研究所用的实验原料和仪器  31-32
  2.2 催化剂的制备及水热处理  32-33
    2.2.1 离子交换法制备Fe-ZSM-5分子筛催化剂  32-33
    2.2.2 催化剂的水热处理  33
  2.3 催化剂性能评价基准  33-35
    2.3.1 水蒸气预处理实验  33-34
    2.3.2 N_2O一步氧化苯制苯酚工艺条件研究  34
    2.3.3 催化剂装填及活化  34-35
  2.4 分析方法的建立  35-38
    2.4.1 色谱柱  35
    2.4.2 色谱分析条件  35-36
    2.4.3 产物组成定量方法  36
    2.4.4 产物浓度及相关参数计算方法  36-38
  2.5 预备实验  38-41
    2.5.1 热电偶的标定  38
    2.5.2 SZB-2型微量双柱塞泵的标定  38-39
    2.5.3 D07-11/ZM型MFC气体流量计的标定  39
    2.5.4 反应系统气密性检验  39
    2.5.5 反应管恒温区长度及恒温效果的测定  39-40
    2.5.6 空白实验  40-41
第三章 Fe-ZSM-5分子筛上N_2O一步氧化苯制苯酚工艺条件的研究  41-47
  3.1 温度的影响  41-42
  3.2 空速的影响  42
  3.3 原料配比的影响  42-43
  3.4 适宜工艺条件探讨  43-47
第四章 N_2O一步氧化苯制苯酚热力学分析及反应图示判别  47-57
  4.1 主要化学反应的平衡常数估算  47-54
  4.2 N_2O一步氧化苯制苯酚反应网络结构判识  54-57
    4.2.1 N_2O一步氧化苯制苯酚反应网络结构的提出  54
    4.2.2 反应图示的实验验证  54-57
第五章 N_2O一步氧化苯制苯酚动力学实验研究  57-63
  5.1 本征动力学实验方法  57
    5.1.1 气—固非均相催化反应的宏观过程极其本征动力学实质  57
    5.1.2 本征动力学实验反应器的选择  57
  5.2 本征动力学实验  57-63
    5.2.1 活塞流判定  57-58
    5.2.2 外扩散影响的消除  58-59
    5.2.3 内扩散影响的消除  59-60
    5.2.4 本征动力学实验条件的确立  60
    5.2.5 本征动力学实验数据  60-63
第六章 本征动力学模型的建立与结果检验  63-71
  6.1 本征动力学模型的建立  63-67
    6.1.1 动力学模型的建立方法  63-64
    6.1.2 反应图示的选择及反应体系的物料衡算  64
    6.1.3 本征动力学速率模型的选取  64-67
  6.2 动力学模型参数估值结果与检验  67-71
    6.2.1 动力学模型参数估值结果  67-68
    6.2.2 本征动力学模型的结果检验  68-71
第七章 结论  71-73
符号说明  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
研究成果及发表的学术论文  81-83
作者和导师简介  83-84
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  84-85

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 芳香族化合物的生产 > 酚、芳香醇及其衍生物 > 酚及其衍生物 > 苯系酚
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