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3-氯-4-甲基硝基苯催化加氢反应是2B酸生产中的关键步骤。反应以3-氯-4-甲基硝基苯、氢气为原料,Raney-Ni为催化剂,反应体系中存在气-液-固三相。
现代企业中生产2B油主要是用硫化碱还原法,该工艺存在产品质量不稳定,偶氮物含量偏高,产品纯度较低,反应产生的三废较多等诸多问题。利用3-氯-4-甲基硝基苯的催化加氢工艺可以有效的解决以上问题。催化加氢还原由于具有污染小,产物纯度高等特点。
3-氯-4-甲基硝基苯催化加氢的还原研究不多,对于动力学的研究尚未报道,本研究选择Raney-Ni为催化剂,从以下三个方面对3-氯-4-甲基硝基苯的加氢还原进行了研究:
1、在1L的高压反应釜中,对企业提供的四种不同的催化剂进行了加氢性能的考查,并对最佳操作工艺条件进行了测试。选定催化加氢最佳工艺条件:在反应温度70℃,压力1.2MPa,Raney-Ni百分含量为5％时,收率可以达到96.9%。
2、在1L的高压反应釜中,对已选定的Raney-Ni催化剂进行动力学研究。考察了反应温度、反应压力、催化剂用量等因素对反应的影响。依据相关机理的研究,建立加氢的本征动力学模型:rA=kKACAKH2PH2Ct2/(1+KACA+KH2PH2+KpCp)2其模型参数为:k=6.4871×1010exp(-2.827×104/RT)min-1·Mpa-1KA=4.5684×106exp(-2.5695×104/RT)L·mol-1KH=7.6489×106exp(-4.9824×104/RT)Mpa-1KP=2.4157×106exp(-8.3311×104/RT)L·mol-1结果表明,建立的动力学的模型与实验情况相符。3、对3-氯-4-甲基硝基苯的催化加氢的脱氯反应进行了动力学研究。在Raney-Ni作催化剂,提出脱氯的机理,表面反应为控制步骤,建立脱氯的动力学模型。利用数值计算方法对已有的实验采集的数据进行非线性拟合,对脱氯模型中的参数予以求解。模型及参数值如下:rP=k1K3CPK2PH20.5C12/(1+K2PH20.5+K3CP)2其中k1=3.475×108exp(-6.835×104/RT)mol·g-2·h-1·Mpa-0.5K2=8.547×106exp(-5.441×104/RT)Mpa-0.5K3=2.269×106exp(-4.783×104/RT)mol-1·L
依据3-氯-4-甲基硝基苯的催化加氢动力学的研究,对生产提出了重要的参考依据,并对上述工作了做了总结和建议。