微反應器在還原硝基苯中的應用

引言：

苯胺俗稱阿尼林油，外觀為無色或淺黃色透明油狀液體。苯胺微溶於水，能與乙醇、乙醚、丙酮、四氯化碳以及苯混溶，也可溶於溶劑汽油[1]。苯胺廣泛應用於聚氨酯原料二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)[2]、燃料、醫藥、橡膠助劑、農藥及精細化工中間體的生產。

苯胺的工業生產方法主要有硝基苯鐵粉還原法、氯化苯胺化法、硝基苯催化加氫還原法和苯酚氨解法。其中催化加氫法具有產品質量好、三廢少、後處理容易以及反應選擇性可控制等優點使其在工業生產上具有較好的應用前景，是目前實驗研究和技術開發的重要領域[3]。

微反應器因其具有結構簡單、無放大效應、操作條件易控制和安全可靠等優點，已引起眾多學者的研究興趣。微反應器通常是指其內部流體通道或分散空間尺度在微米量級的微結構化學反應器。在這種反應器中，由於反應體系的傳質和傳熱過程獲得極大改進，因而可使化學反應過程獲得更高的轉化率和收率。微反應器的特性決定了其很適合需要高傳熱傳質效率、易產生副反應、化學反應速率快的液相反應。本文介紹兩篇利用微反應器實現硝基苯還原的方法[4-5]。

1 微通道內硝基苯氣-液-固三相催化加氫反應

1.1 實驗設備

實驗所用微反應器如圖1-1所示：分為單通道微反應器尺寸和多通道微反應器其中通道深0.38mm，寬0.6mm，單通道微反應器長640mm，多通道微反應器長30mm，通道數23。

圖1-1 微反應器內部結構

1.2 實驗流程

(1) 進行催化劑的壁載，使用浸漬法和溶膠凝膠法將催化劑Pd負載到微通道反應器的表面。

(2) 將硝基苯-乙醇溶液和氫氣分別經由高壓恆流泵、氣體質量流量計進入微混合器，完成氣-液兩相混合，氣-液兩相混合物經由壁載有催化劑的微通道反應器中完成氣-液-固三相加氫反應過程，最後經氣液分離器以收集液相產物，氣體排空。（圖1-2）

(3) 液相產物採用氣相色譜進行定量分析，根據硝基苯入口和出口的物質的量以及產物中苯胺的物質的量來計算硝基苯轉化率和苯胺選擇性。

圖1-2 硝基苯加氫反應流程

1.3 實驗結果

通過單通道和多通道兩種微反應器來考察並行放大效應對氣-液-固三相催化加氫反應過程的影響，結果如圖1-3所示。

圖1-3

1.4 結論

單通道微反應器內的加氫反應在選擇性和轉化率上都大大超過多通道微反應器，通道越多，通道內就存在越多的氣液混合不均，這會導致氣液兩相混合效果變差，使得反應體系內的傳熱和傳質都差了好多。可見微通道內氣液混合不均勻是導致反應效果變差的主要原因。

2 蛇形微通道內加氫反應特性研究

微通道內兩相流動的可視化實驗系統如下圖所示：

圖2-1 可視化實驗系統

2.1 實驗步驟

(1)氣相反應物（高純氫氣，流量範圍為10μl·min-1-50μl·min-1）通過連接氫氣瓶的管路，經減壓閥、氣體流量控制器進入通道；

(2)液相反應物（硝基苯/乙醇溶液，濃度為90mmol/L，流量範圍為3μl·min-1-13μl·min-1）由注射泵注入通道；

(3)不同氣液流量下氣彈及液柱的分布情況、氣彈及液柱長度、氣彈運動速度等參數由i-SPEED Suite圖像處理軟體測定；

(4)微通道內硝基苯催化加氫反應的液相產物採用日本島津公司生產的 GC2010PLUS 氣相色譜進行分析。

2.2 實驗結果

圖2-2 出口苯胺濃度及轉化率隨氣相流量和液相流量的變化

可見，隨著氣相流量的增大，出口苯胺濃度與物質轉化率均呈現先增大後下降的變化趨勢，而隨著液相流量的增大，出口苯胺濃度與物質轉化率均呈現逐漸下降的變化趨勢。

3 結論

微反應器在氣液反應和氣固液三相反應中均取得了良好的成效。而微反應器的幾何特性、傳遞特性和宏觀流動特性決定了它在特定化學和化工領域有著常規反應器無法比擬的精確控溫、反應時間短、安全性高和易於放大等優勢。隨著微反應器技術的發展，微反應器必將更多的應用於兩相甚至是三相反應。

參考文獻

[1]劉君麗,王愛華,秦九紅.硝基苯液相催化加氫製備苯胺的研究進展[J].河南化工,2010,16:19-22.

[2]張超林.硝基苯液相催化加氫制苯胺催化劑研究進展[J].工業催化,2008,01:5-9.

[3]徐善利,陳宏博,李樹德.催化加氫還原芳香硝基化合物製備芳胺的技術進展[J].精細石油化工,2006,04:58-61.

[4]胡婧婧,趙玉潮,李淑蓮,楊梅,陳光文. 微反應器內硝基苯氣-液-固三相催化加氫反應[J]. 化學反應工程與工藝,2011,02:103-108.

[5]閻冀豐. 蛇形微通道內帶催化反應邊界的彈狀流動及加氫反應特性研究[D].重慶大學,2015.

馬後炮化工

讓天下沒有難學的化工技術！！

讓天下沒有難做的化工項目！！

您若對該文章內容有任何疑問或質疑，請留言，謝謝

馬後炮化工

展會 培訓 合作 廣告 化工技術難題求助

TAG:馬後炮化工 |

※心理「微反應」：揭露內心真正意圖
※九一八微反思，佛家對惡人為何比好人寬容？
※美元/加元位於1.2660水平徘徊 目前自該點略微反彈