PDMS/PTFE复合膜用于渗透汽化膜反应器的研究

摘要

盐酸作为一种重要的医药中间体，在制药、化工、分析各个行业都有广泛的工业应用前景。传统的盐酸羟胺生产方法在工业应用的同时，不可避免存在许多不足，因此需要开发一条新的路线来满足市场需求。新型膜分离技术．渗透汽化近年来在我国得到广泛的发展和应用，渗透汽化与反应过程耦合是重要的集成应用过程。鉴于渗透汽化膜反应器的许多优势及丁酮肟水解生产盐酸羟胺反应的特点，我们考虑采用渗透汽化膜反应器生产盐酸羟胺的方法。本文主要研究内容及结果如下： 1．首先将自制的PDMS/PTFE渗透汽化膜，用于反应体系中主要渗透组分丁酮/丁酮肟的渗透汽化分离，结果表明丁酮渗透通量远远大于丁酮肟，而且丁酮/丁酮肟的分离因子高达40-50以上。PDMS/PTFE复合膜的耐酸性和稳定性良好。渗透汽化膜反应器生产盐酸羟胺转化率高于普通水解过程，能达到60％以上。 2．渗透汽化动力学主要分析了丁酮/水、丁酮肟/水两种体系，分别考察了温度和料液浓度的影响。普通丁酮肟水解过程主要考察了温度、酸肟摩尔比、反应物浓度的影响。渗透汽化耦合丁酮肟水解过程主要分析了反应．分离温度、酸肟摩尔比、反应物浓度、料液体积与膜面积的比值对盐酸羟胺浓度及丁酮肟转化率的影响。 普通丁酮肟水解生产盐酸羟胺过程中，升高温度对化学反应有利，转化率随温度升高得到提高。根据反应化学平衡常数与温度的关系，得到反应表观活化能为24 kJ·mol-1。60℃下，最优酸肟摩尔比为2。在60℃，酸肟摩尔比2下，最优盐酸浓度为2-3mol/L。渗透汽化耦合丁酮肟水解过程，升温一方面促进渗透汽化分离过程，一方面促进反应过程，60℃下耦合强化作用最明显。60℃下，酸肟摩尔比为2时，盐酸羟胺浓度及丁酮肟转化率最高。反应物浓度同时增大时，盐酸羟胺浓度增大，转化率反而减小。改变料液体积时，料液体积越小，化学平衡移动程度越大，盐酸羟胺浓度及丁酮肟转化率越高。 3．通过渗透汽化分离过程实验拟合了渗透通量、分离因子与温度及料液浓度的表达式，通过普通肟水解过程温度的影响，拟合了反应化学平衡常数与温度的关系表达式。为了从理论上分析渗透汽化分离过程对反应化学平衡的影响，建立渗透汽化-丁酮肟水解生产盐酸羟胺反应耦合膜反应器动力学模型，对实验值和模型拟合值进行对比，并通过模型拟合了不同膜厚度、料液体积、有效膜面积等条件下的转化率。结果表明减小膜活性层厚度、减小反应料液体积、增大膜面积对反应有利，大大提高了反应转化率。在60℃、膜厚度10μm、料液体积60ml、膜面积110c㎡下，仅需要1-2小时，转化率便达到90％以上。

目录

文摘

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第一章 文献综述

1.1渗透汽化

1.1.1渗透汽化技术介绍

1.1.2渗透汽化膜分类、选择、制备

1.1.3渗透汽化膜性能有关影响因素

1.1.4渗透汽化膜传递理论

1.1.5渗透汽化技术应用

1.2渗透汽化膜反应器

1.2.1渗透汽化膜反应器简介

1.2.2渗透汽化膜反应器工业应用

1.2.3渗透汽化膜反应器的发展

1.2.4.渗透汽化膜反应器的结构

1.2.5渗透汽化膜反应器存在的问题

1.2.6渗透汽化膜反应器动力学模型

1.2.7渗透汽化膜反应器影响因素

1.3羟胺及盐酸羟胺

1.3.1羟胺简介

1.3.2盐酸羟胺简介

1.3.3盐酸羟胺应用

1.3.4盐酸羟胺分析方法

1.3.5盐酸羟胺合成路线

1.4本课题的目的和意义

第二章 实验部分

2.1实验材料与仪器

2.2 PDMS/PTFE复合膜制备

2.3渗透汽化实验

2.4分析方法及过程

第三章 渗透汽化膜反应器生产盐酸羟胺可行性研究

3.1反应体系中主要渗透组分的分析

3.2渗透汽化膜的耐酸性及操作稳定性

3.2.1 PDMS/PTFE膜的耐酸性考察

3.2.2 PDMS/PTFE膜随时间的稳定性考察

3.3渗透汽化膜反应器与普通水解生产盐酸羟胺的比较

3.4本章小结

第四章 渗透汽化膜反应器生产盐酸羟胺反应动力学

4.1渗透汽化动力学

4.1.1丁酮/水的渗透汽化分离

4.1.2丁酮肟/水的渗透汽化分离

4.2普通丁酮肟水解反应动力学

4.2.1温度的影响及活化能的计算

4.2.2酸肟摩尔比R的影响

4.2.3反应物浓度的影响

4.3渗透汽化耦合丁酮肟水解反应动力学

4.3.1反应、分离温度对化学平衡移动的影响

4.3.2反应物酸肟摩尔比R对化学平衡移动的影响

4.3.3盐酸、丁酮肟浓度同时变化对化学平衡移动的影响

4.3.4料液体积与膜面积的比值V/A对化学平衡移动的影响

4.4本章小结

第五章 渗透汽化耦合肟水解反应动力学模型

5.1模型拟合

5.2模型计算与验证

5.3模型的应用

5.3.1膜厚度的影响

5.3.2料液体积的影响

5.3.3膜面积的影响

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

作者和导师简介