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固定床反应器连续催化加氢(湖北)

反应体系中各物质的热力学参数见表 1。

项目

数值

单位

备注

硝基原料浓度(初始)

100g/500mL

-

-

硝基原料浓度(换算后)

0.6191

mol/L

摩尔质量323g/mol

固定床体积

5

mL

-

液相流速(初始)

0.45

mL/min

-

液相流速(换算后)

7.5×10⁻⁶

L/s

换算过程:0.45×1L÷1000mL×1min÷60s

摩尔流量

4.644×10⁻⁶

mol/s

物质的量/时间

硝基苯反应焓变

≈550

kJ/mol

根据文献,∆fGθm = ∆fHθm - T∆fSθm = - 54.815×10³ J/mol

转化率

100%

-

-

放热速率

2.554

J/s

计算过程:550000J/mol×4.644×10⁻⁶ mol/s

单位体积放热速率

510

W/L

计算过程:2.55 J/s÷0.005L

液相295nm,流动相甲醇,1mL/min

产物出峰位置,3.907 min 原料出峰位置,3.292min 5.324%; 5.033min 92.496%

注:浓度0.5M代表摩尔浓度;5V代表底物与溶剂体积比

EA作溶剂

项目

液相mL/min

气相mL/min

温度/℃

压力/MPa

溶剂/浓度

3.062min

3.907min

4.870min

5.033min

转化率

杂质

产物

杂质

原料

1

1

30

60

1

EA/0.1M

3.05%

96.44%

/

0%

100%

2

1

30

60

1.5

EA/0.1M

5.26%

93.63%

/

0%

100%

3

1

30

60

2

EA/0.1M

2.33%

96.79%

/

0%

100%

4

1.2

30

60

1

EA/0.1M

5.83%

92.81%

/

0%

100%

5

1.5

40

60

1

EA/0.1M

5.61%

93.19%

/

0%

100%

6

1.8

50

60

1

EA/0.1M

5.08%

90.74%

/

3%

97%

7

1.5

40

60

1

EA/0.2M

9.51%

88.88%

/

0%

100%

8

1.8

50

60

1

EA/0.2M

9.12%

85.40%

/

1.46%

98%

9

0.5

30

60

1.5

EA/5V

8.46%

91.33%

/

0%

100%

10

0.7

30

60

1.5

EA/5V

8.37%

91.22%

/

0%

100%

11

1

30

60

1.5

EA/5V

8.01%

88.98%

/

2.40%

98%

液相295nm,流动相甲醇,1mL/min


产物出峰位置,3.907 min 原料出峰位置,3.292min 5.324%; 5.033min 92.496%


注:浓度0.5M代表摩尔浓度;5V代表底物与溶剂体积比


EA作溶剂


项目

液相mL/min

气相mL/min

温度/℃

压力/MPa

溶剂/浓度

3.062min

3.907min

4.870min

5.033min

转化率

时间

杂质

产物

杂质

原料


1

0.7

30

60

1.5

EA/5V

2.33%

93.78%

/

0.00%


1

2

0.7

30

60

1.5

EA/5V

3.80%

93.92%

/

0%


2

3

0.7

30

60

1.5

EA/5V

7.85%

91.06%

/

0%


3

4

0.7

30

60

1.5

EA/5V

6.12%

79.79%

/

12.24%

87%

4h,原料反应不完全

5

0.7

30

60

2.5

EA/5V

8.29%

82.75%

/

7.94%

92.00%

5h

6

0.7

30

80

3

EA/5V

7.63%

91.16%

/

0.36%

99.00%

6h

7

0.7

30

80

3

EA/5V

7.67%

91.02%

/

0.37%

99.00%

6.5h

8

0.7

30

80

2.5

EA/5V

8.41%

90.49%

/

0.00%

100.00%

8h

9

0.7

30

80

2.5

EA/5V




0.00%

100.00%

9h

液相295nm,流动相甲醇,1mL/min


产物出峰位置,3.907 min 原料出峰位置,3.292min 5.324%; 5.033min 92.496%


注:浓度0.5M代表摩尔浓度;5V代表底物与溶剂体积比




二甲苯作溶剂


项目

液相mL/min

气相mL/min

温度/℃

压力/MPa

溶剂/浓度

3.062min

3.907min

4.870min

5.033min

转化率


杂质

产物

杂质

原料


1

1

30

60

1

0.2M

0%

96.87%

1.48%

0%

100%


2

1.2

30

60

1

0.2M

2.25%

88.40%

7.64%

0%

100%


3

1.4

40

60

1

0.2M

0%

95.54%

3.74%

0%

100%


4

1.4

50

80

1

0.2M

1.33%

88.74%

9.60%

0%

100%


5

0.5

30

60

1

5V

2.04%

91.84%

4.50%

0%

100%


6

0.5

30

60

2

5V

5.20%

88.05%

6.23%

0%

100%


7

0.5

50

60

2

5V

4.75%

89.73%

5.52%

0%

100%


液相295nm,流动相甲醇,1mL/min


产物出峰位置,3.907 min 原料出峰位置,3.292min 5.324%; 5.033min 92.496%


注:浓度0.5M代表摩尔浓度;5V代表底物与溶剂体积比


EA 作溶剂


项目

液相mL/min

气相mL/min

温度/℃

压力/MPa

溶剂/浓度

3.062min

3.907min

6.72min

5.033min

转化率

时间

杂质

产物

杂质

原料


1

0.45

21

60

1.5

EA/5V

14.23%

84.09%

/

0%

100.00%

1h

2

0.45

21

60

1.5

EA/5V

11.48%

87.32%

/

0%

100.00%

2h

3

0.45

21

60

1.5

EA/5V

8.05%

91.32%

/

0%

100.00%

3h

4

0.45

21

60

1.5

EA/5V

11.02%

88.70%

/

0%

100.00%

4h

5

0.45

21

60

1.5

EA/5V

10.79%

86.87%

/

0%

100.00%

5h

6

0.45

21

80

1.5

EA/5V

6.14%

92.98%

/

0%

100.00%

6h

7

0.45

21

80

1.5

EA/5V

10.45%

89.24%

/

0%

100.00%

7h

8

0.45

21

80

1.5

EA/5V

9.56%

90.33%

/

0%

100.00%

9h

9

0.45

21

80

1.5

EA/5V

11.70%

88.76%


3.95%

97.00%

11h

总结:经实验对比分析可知,相较于 0.7 mL/min 的流速,0.45 mL/min 流速下反应系统压力更为稳定,后续无需依据反应实际状况提升反应系统压力。然而,在长时间运行过程中,催化剂会在底部被压实成粉末,从而阻塞氢气流通通道。运行 6 小时后,每两小时需对底部进行一次处理。因此,在工业化生产中,需添加惰性瓷球以避免此类情况的发生。 


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