CuCl2/FeCl3催化2,3,6-三甲基苯酚氧化反应过程研究

摘要

2，3，5-三甲基-1，4-对苯醌(TMQ)是合成维生素E的重要中间体，2，3，6-三甲基苯酚(TMP)催化氧化是制备TMQ的重要方法。绿色氧化剂氧气正逐渐替代传统氧化剂参与TMP氧化反应。本文以CuCl2/FeCl3混合金属盐水溶液为催化剂、氧气为氧化剂、正己醇为溶剂进行TMP多相氧化反应过程研究，以期为反应器放大及TMQ生产工艺优化提供理论指导。
　　本文运用气质联用分析方法确定产物结构后采用气相色谱内标法跟踪分析反应体系组成。研究结果表明TMP氧化反应过程中存在TMP-TMQ、TMP-2，2'，3，3'，5，5'-六甲基-4，4-联苯二酚(IP)两个平行反应和TMP-4-氯-2，3，6-三甲基苯酚(ClTMP)-TMQ串连反应。CI-通过促进中间产物ClTMP的生成而抑制副反应。反应温度为358.15K，CuCl2使用量7.57mol％，FeCl3使用量3.78mol％，反应进行8小时，目的产物TMQ收率可达80.66％。
　　本文研究了催化剂水溶液饱和溶解于反应物正己醇溶液中进行TMP气-液两相氧化反应过程，分析了反应网络，提出了反应机理模型。混合气氧化条件下，反应初始阶段为气膜传质控制。纯氧氧化条件下，反应受液膜传质影响，搅拌转速超过400rpm/min后，液膜传质阻力消失，反应为动力学控制。
　　催化剂水溶液与反应物正己醇溶液分别独立成相进行TMP气，液-液三相氧化反应时，氧气吸收速率与搅拌转速及氧气浓度呈正相关，通气量对氧气吸收速率影响有限。水相体积分率达到0.42后产生相变，体系由W/O型体系转变为O/W型体系。相交时，体系表观粘度达到最大值，搅拌效率最低，氧气总体积吸收速率随水相体积分率变化趋势改变。
　　综合考虑搅拌转速、搅拌桨直径、表观气速、水相体积分率对液相体积传质系数kO2,La的影响，得到三相体系下正己醇相的液相体积传质系数关联式。根据关联式计算kO2,La理论值与实验值进行比较，最大相对偏差为10.15％，最小相对偏差为1.18％，平均相对偏差为4.53％，表明关联式拟合效果较好。

目录

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致谢

摘要

1 文献综述

1．1 概述

1．2 TMQ合成方法

1．2．1 偏三甲基苯法

1．2．2 2，3，5-三甲基苯酚法

1．2．3 2，3，6-三甲基苯酚法

1．3 CuCl2催化氧化TMP研究进展

1．3．1 CuCl2催化剂体系

1．3．2 CuCl2催化剂体系催化反应机理

1．4 反应动力学区域判定

1．5 气液传质理论研究进展

1．5．1 经典理论

1．5．2 传质理论发展

1．5．3 液相体积传质系数

1．6 气-液-液三相反应中的传质过程研究进展

1．6．1 气体传质路径

1．6．2 第二液相对传质系数的影响

1．6．3 第二液相促进机制

1．7 本文研究内容

2 实验部分

2．1 实验试剂与实验仪器

2．2 实验装置

2．3 实验步骤

2．4 物性测定

2．4．1 表面及界面张力测定

2．4．2 粘度测定

2．5 分析方法

2．5．1 定性分析

2．5．2 定量分析

2．6 产物分析

3 TMP气-液两相氧化反应过程研究

3．1 搅拌转速对反应的影响

3．2 氧气浓度对反应的影响

3．3 温度对反应的影响

3．4 TMP氧化反应网络分析

3．5 TMP氧化反应机理

3．6 本章小结

4 TMP气-液-液三相氧化反应过程研究

4．1 各因素对三相氧化反应的影响

4．1．1 搅拌转速对反应的影响

4．1．2 氧气浓度对反应的影响

4．1．3 搅拌桨直径对反应的影响

4．1．4 温度对反应的影响

4．1．6 水相体积分率对反应的影响

4．2 氧气传质路径研究

4．2．1 相变影响

4．2．2 扩展系数S

4．2．3 体系表观粘度

4．3 液相体积传质系数研究

4．3．1 液相体积传质系数计算

4．3．2 液相体积传质系数关联式

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

附录

作者简历及在学期间所取得的科研成果

参考文献