微管內(nèi)環(huán)己烷氧化反應(yīng)研究.pdf

1、環(huán)己酮與環(huán)己醇（俗稱KA油）是重要的化工原料，每年有百萬(wàn)噸級(jí)的環(huán)己酮與環(huán)己醇通過(guò)環(huán)己烷無(wú)催化氧化獲得，除主要用于合成己內(nèi)酰胺、己二酸，進(jìn)而合成尼龍-6和尼龍-66之外，還可直接用作溶劑。
　　傳統(tǒng)的環(huán)己烷氧化工藝轉(zhuǎn)化率低、選擇性差，且存在氧化爆炸的安全隱患。因微管比表面積大，傳質(zhì)傳熱良好，在改善氣液傳質(zhì)、提高安全性以及強(qiáng)化反應(yīng)等方面有很好的應(yīng)用前景，因此本文展開(kāi)了微管內(nèi)環(huán)己烷氧化反應(yīng)研究，主要內(nèi)容如下所示:
　　采用Flue

2、nt軟件對(duì)幾種氣液混合器進(jìn)行了模擬以及選型，發(fā)現(xiàn)T型對(duì)撞流混合器相比于Y型對(duì)撞流混合器以及T型剪切流混合器具有更佳的氣液混合效果，模擬發(fā)現(xiàn)在氣液相流速分別為0.02m/s時(shí)，T型對(duì)撞流混合器的氣柱與液柱直徑分別為1.74mm與1.81mm。采用可視化研究，發(fā)現(xiàn)微管反應(yīng)器的纏繞直徑對(duì)氣液混合有影響，得出微管的最佳的纏繞直徑為10cm。
　　采用氧氣作為氧化劑考察了反應(yīng)條件包括溫度、壓力、氣液摩爾比、停留時(shí)間、管徑等對(duì)微管內(nèi)環(huán)己烷無(wú)催

3、化氧化反應(yīng)的影響。當(dāng)反應(yīng)條件在180℃、1.5MPa、氧氣與環(huán)己烷摩爾比為0.3∶1、停留時(shí)間1.9min時(shí)，內(nèi)徑為0.508mm微管內(nèi)環(huán)己烷氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到6.07％，環(huán)己酮與環(huán)己醇的選擇性為56.35％。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高的反應(yīng)溫度、較短的停留時(shí)間對(duì)環(huán)己烷氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率以及酮醇選擇性是有利的，如在200℃、8.0MPa、氧氣與環(huán)己烷摩爾比為0.15∶1、停留時(shí)間為1.4min條件下，內(nèi)徑為0.508mm微管內(nèi)環(huán)己烷氧化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到10

4、.10％，環(huán)己醇與環(huán)己酮的選擇性達(dá)到75.71％。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)不同內(nèi)徑的不銹鋼微管管壁均對(duì)環(huán)己烷氧化反應(yīng)的副反應(yīng)具有催化作用。
　　在微管管壁涂覆了1％Au/Al2O3催化劑，形成附著的結(jié)構(gòu)化催化劑微管反應(yīng)器，Au的負(fù)載效率較高，分散程度較好，納米金顆粒的粒徑在3～5nm之間。反應(yīng)條件在180℃、1.5MPa、氧氣與環(huán)己烷摩爾比為0.3∶1、停留時(shí)間為1.5min時(shí)，內(nèi)徑為1mm的內(nèi)壁涂覆納米金催化劑的的結(jié)構(gòu)化微管反應(yīng)器內(nèi)環(huán)己烷氧化

5、反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為3.10％，環(huán)己醇與環(huán)己酮的選擇性達(dá)到72.16％，相比于微管內(nèi)環(huán)己烷無(wú)催化氧化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為3.54％，環(huán)己醇與環(huán)己酮的選擇性為38.91％而言，其轉(zhuǎn)化率略有降低，但選擇性明顯增大，顯示所涂覆的催化劑具有改善選擇性的效果。
　　最后，本文采用Spielman模型結(jié)合質(zhì)量衡算方程的方法建立了微管內(nèi)環(huán)己烷無(wú)催化氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，與實(shí)驗(yàn)值較為吻合，偏差較小。用建立的模型預(yù)測(cè)了比表面積以及氧氣濃度對(duì)環(huán)己烷氧化反應(yīng)的影響