12甲苯液相氧化制苯甲酸6

1、實驗12甲苯液相催化氧化制苯甲酸一實驗目的認識芳烴液相催化氧化的反應特色和影響因素，氣液反應器的特色；掌握氣液反應的一般規(guī)律和甲苯液相氧化的實驗技術；認識均相絡合催化在化學工業(yè)中的重要意義。二實驗原理苯甲酸又名安息香酸，白色鱗狀結晶或針狀結晶，擁有安息香或苯甲醛的氣味。苯甲酸除以苯甲酸鈉的形式作為食品、化妝品和飲料等防腐劑外，還是基本有機合成的重要原料。用它能夠合成醫(yī)藥、染料、增塑劑、農(nóng)藥和樹脂等，如苯甲酸與一縮二乙醇、芐醇等反應生成酯，作為PVC一類塑料的增塑劑。苯甲酸工業(yè)生產(chǎn)方法有三種：甲苯液相空氣氧化法、芐川三氯水解法和鄰苯二甲酸酐脫羧法。其中甲苯液相空氣氧化法由于技術成熟，原料易得，應

2、用最為廣泛。甲苯液相氧化反應過程是以自由基機理進行的，第一在催化劑的作用下進行惹起，爾后再進行鏈的增添生成過氧化物，最后停止反應。過氧化物不牢固會分解成醛，而苯甲醛在反應系統(tǒng)中極易進一步氧化成酸。甲苯液相空氣氧化化學反應式為：在工業(yè)上，采用的反應器為鼓泡式反應釜或反應塔，壓縮空氣作氧化劑，乙酸、環(huán)烷酸、硬脂酸和異辛酸等的鈷鹽或錳鹽為主催化劑，溴化物為促進劑，反應條件為溫度120-160，壓力左右，反應產(chǎn)物中除了有苯甲酸外，還有O.5-l%的苯甲醛和少量的苯甲酸芐酯。工業(yè)上甲苯轉變率約為80-90%，選擇性為90%以上，氧化液經(jīng)分別精餾獲取粗品，經(jīng)結晶精制可獲取成品。本實驗裝置模擬工業(yè)生產(chǎn)中的氧

3、化反應單元裝置，采用鼓泡塔為氣液反應器形式，經(jīng)過實驗操作，認識工業(yè)生產(chǎn)苯甲酸的工藝流程平和液反應器的特色。三實驗裝置流程和試劑本實驗采用空氣作為氧化劑，Co含量為11%的環(huán)烷酸鈷為催化劑，苯甲醛為惹起劑。實驗裝置實物圖見圖2-12-1。實驗流程見圖2-12-2，來自空壓機1的壓縮空氣由單向閥2進入緩沖罐3，爾后由鼓泡塔4下端進入鼓泡塔進行鼓泡反應，反應中生成的水和夾帶出的甲苯進入冷凝器5進行冷凝，氣體與冷凝液冷凝器5下部進行氣液分別，液相進入油水分別器6進行油水分別，油相甲苯由回流管7回流到反應器中部。氣相經(jīng)尾氣閥8減壓后進入氣體流量計9后放空。冷凝器為不銹鋼列管式，冷卻水走殼程，物料走管程。

4、反應器為不銹鋼材質(zhì)，外壁纏有電熱帶以給反應器供熱，反應器內(nèi)的溫度測定與控制由XMT-3000數(shù)字式智能溫度控制器進行控制。空壓機輸出壓力由表P1指示，P2為反應壓力。反應溫度由熱電偶K測量，并由溫度控制儀12顯示和控制。圖2-12-1實驗裝置實物圖P1P22放空35918V111E-66KV310V447XMT-3000加熱器12V21.空氣壓縮機2.單向閥閥9.流量計10.進料閥應鼓泡塔壓力圖2-12-2實驗裝置流程表示圖3.緩沖罐4.鼓泡塔5.冷凝器6.油水分別器7.回流管11.進料漏斗12.溫度控制儀P1.空氣壓縮機壓力表K.熱電偶V1.進氣閥V2.出料閥V3，V4.放水閥8.尾氣P2.

5、反四實驗步驟及解析方法1用燒杯量取250ml左右甲苯并用天平稱重(W0)，用針筒將0.5ml左右催化劑加入反應液中并同時加入苯甲醛3-5mL，爾后混雜平均。2完好打開尾氣閥8和進料閥10，將物料由進入漏斗11加入到鼓泡塔4中，爾后將進料閥10關閉，關小尾氣閥8。3開啟溫控加熱裝置將溫度設定到90，開啟空壓機向塔內(nèi)鼓泡，壓力到達0.4MPa左右。并記下開始時間。4當反應塔內(nèi)溫度到達90時將溫度設定到110-125，后，同時調(diào)治尾氣閥9，使反應系統(tǒng)的壓力在0.40.6MPa之間平和體流量控制在100-150L/h之間。記錄實驗過程中的各種參數(shù)值。5到必然的反應時間(約3-5小時)后，停止對反應器加

6、熱，連續(xù)通氣對反應器進行降溫。6反應器溫度到達80時打開閥門V2進行出料，將反應液放到三角瓶中稱重獲取反應液重量(W1)。苯甲酸含量的測定（酸堿滴定方法）1）從熱的反應液中迅速移取2ml液體到早先精確稱量過重量的三角燒瓶中。2）精確稱量三角燒瓶和樣品的重量，獲取樣品量G。3）在三角瓶中加入約50ml乙醇，震蕩平均。4）滴加3-4滴1%酚酞溶液，用已知濃度的標準NaOH溶液進行滴定至終點，記下所用的堿液體積V。用無水酒精沖刷反應裝置。進行數(shù)據(jù)辦理，計算粗酸得率。五數(shù)據(jù)記錄表2-12-1實驗數(shù)據(jù)實驗日期：氣溫：大氣壓：MPa甲苯w0(g)NaOH濃度樣品量滴定體積酸含量x，出料量w1(g)G(g)

7、V(mL)mol/L0.26752.1358.212.52802.5789.712.3253表2-12-2實驗操作記錄時間壓力1，MPa壓力2，MPa反應溫度，氣體流量,L/H備注min00020.1100設定120200.410.40118.090400.410.41122.0100700.410.41121.01001000.410.41119.41001300.410.41120.01001600.410.41119.91001900.410.41120.51002200.410.41120.91002400.410.41119.6100設定202600.150.1170.00出料六數(shù)據(jù)

8、辦理酸含量的計算xacid0.122NV/G2-12-1）式中：G：稱量反應液樣品量g，N：KOH溶液濃度mol/LV：所用堿液的體積ml粗酸得率yacid0.7541xacidW1/W0（2-12-2）式中：W0：甲苯進料量gW1：反應結束后物料的量g3.計算示例酸含量X1=0.122*0.2675*8.2/2.135=0.125=12.5%X2=0.122*0.2675*9.7/2.578=0.123=12.4%平均酸含量X=(x1+x2)/2=12.4%粗酸得率Y=0.7541*0.124*253/280=8.4%七實驗結果與談論1解析實驗中出現(xiàn)的實驗誤差？2氣液反應器有哪些種類?各有什

9、么特色?3增大通襟懷對反應有何影響?改用富氧作氧化劑如何?4反應中為何要加入苯甲醛？反應時為何要加壓進行？5如何提高甲苯氧化的反應速度?如何增強氣液間的傳質(zhì)?6工業(yè)上生產(chǎn)苯甲酸的工藝有幾種?各有什么優(yōu)缺點?7經(jīng)過實驗，你認為實驗中有哪些地方能夠進一步改進的?八實驗注意事項1實驗中襟懷不宜太大，防備出現(xiàn)大量的氣液夾帶。2反應中不得使反應壓力低于0.2MPa，使得反應物料迅速氣化。3出料時，注意反應器的溫度在70-80較宜，并帶0.1MPa的壓力。4滴定的樣品稱量時要迅速，滴定過程中要注意不能夠出現(xiàn)油水分別狀態(tài)九參照文件1EG漢考克.甲苯二甲苯及其工業(yè)衍生物.北京：化學工業(yè)初版社，19872呂德偉.石油化工氧化反應技術與工藝.北京：烴加工初版社，1990附錄有關物料的物性數(shù)據(jù)甲苯108-88-3C6H5CH3無色澄清易燃液體，有芳香味，極微溶于水，能溶于醇、氯仿、丙酮、冰醋酸等有機溶劑。分子量9214，沸點1106，熔點-95