甲酸甲酯水解制备甲酸动力学研究及连续化工艺研究

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本文对甲酸的性质、应用及生产方法作了较详尽综合的介绍,尤其对目前国内外常用的甲酸甲酯水解制备甲酸工艺作了详细描述。研究中,在“黄磷尾气净化制甲酸中试”的研究基础上,以甲酸甲酯水解制甲酸为重点,考察其水解反应的动力学。最终在动力学数据的基础上进一步优化水解反应工艺。 在研究中,对水解反应液的气相色谱分析定量方面,建立了一种新的校正方法,使得对反应液组分的分析上比原来更为快捷、准确。通过不同物料配比、不同反应温度下的动力学实验,得到在考察范围内,反应温度对水解平衡常数影响微弱,但对反应速率及水解诱导时间影响较大。随着反应温度的上升,水解反应速率急速增大及水解诱导时间缩短。温度为120℃时反应速率最高,诱导时间最短。当起始反应物中含有较多的甲醇时,会降低水解平衡常数。 作者拟定甲酸甲酯水解反应机理,并推断其控制步骤为阳离子活化中间体与水的亲核加成反应。在稀甲酸甲酯的水溶液动力学方程中引入水浓度因子项,推导出水解反应动力学方程形式。最后通过实验数据拟合,得到其动力学方程为:γ=k·XW2·XC0.5·XA·(1-(XB·XC)/(Ke·XW·XA)。根据阿仑尼乌斯方程(Arrhenius Equation)并结合实验数据,计算出甲酸甲酯水解反应的反应活化能Ea=70.74KJ/mol,并确定反应速率常数与反应温度的关系式:lnA=-8476.6×1/T+22.334。 最后,得到当原料甲酸甲酯浓度为95%,水酯比为2∶1,反应温度为120℃时,甲酸甲酯水解的平衡时间为40分钟,反应压力为0.95MPa,甲酸甲酯的转化率可达38.51%,水解反应平衡常数为0.2343。并根据研究所得的结论及甲酸甲酯水解制甲酸中试生产情况,提出以完全混合流型反应器与活塞流反应器串联的连续化水解工艺流程,优化了现有中试装置的生产工艺。并可使改造后的装置生产能力提高到原来的3到4倍。
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