苯酚—吡啶—茚满烷基化反应与精馏模拟研究

发布时间：2020-06-20 00:57

【摘要】：煤焦油是焦化生产中产生量最大的副产物,而在中低温煤焦油中,酚类化合物大约占30%,含酚焦油经初步分离之后可得到苯酚-吡啶-茚满的三元混合物系。此三元混合物系中苯酚与吡啶共沸,共沸温度为183.2℃,茚满的沸点为177.9℃,沸点相差很近,采用普通的精馏方法很难实现组分的分离,但苯酚能够进行烷基化反应,如果通过烷基化反应生成了苯酚烷基化产物,就可以打破苯酚和吡啶共沸组成,增大与茚满的相对挥发度,再用精馏的方法实现烷基化产物与吡啶、茚满的分离,此分离路径同时也可得到苯酚烷基化产物。在各类苯酚烷基化产物中,以叔丁基苯酚最为普遍,相关研究也很多。叔丁基苯酚是精细化工中重要的中间体,主要包括2-叔丁基苯酚、4-叔丁基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚、2,4,6-三叔丁基苯酚,其主要应用于表面活性剂、抗氧剂、涂料和油漆的生产。本文主要研究苯酚-吡啶-茚满三元物系的烷基化反应以及烷基化后物系的分离模拟,以三元混合物系苯酚-吡啶-茚满为原料,叔丁醇为烷基化剂,LXC-101、LXC-102磺酸基酸性树脂为催化剂,在固定床反应器中进行液相烷基化反应生成叔丁基苯酚。实验使用了两种催化剂研究反应温度、反应空速以及原料与叔丁醇的摩尔比对苯酚转化率和叔丁基苯酚的选择性的影响。优化后的反应条件为:以低温LXC-101磺酸基酸性树脂作为催化剂,反应压力1.0MPa、反应温度85℃、反应空速0.5h~(-1)、三元混合物系与叔丁醇摩尔比1:3,苯酚的转化率最大可达到81.9%,2,4-二叔丁基苯酚的选择性为48.4%;以高温LXC-102磺酸基酸性树脂作为催化剂,反应压力1.0MPa、反应温度105℃、反应空速1.0h~(-1)、三元混合物系与叔丁醇摩尔比1:3,苯酚的转化率最大为91.5%,2,4,6-三叔丁基苯酚的选择性为62.1%。本文又以烷基化反应后的混合物系为原料,进行精馏分离,对精馏过程进行模拟研究。研究了理论板数、进料板位置、回流比等参数对分离效果的影响,优化后的操作条件为:预处理塔理论板数30、进料板位置在第14块、回流比2,脱2,4,6-三叔丁基苯酚塔理论板数95、进料板位置在第44块、回流比12,脱2,4-二叔丁基苯酚塔理论板数42、进料板位置在第16块、回流比4,4-叔丁基苯酚塔理论板数44、进料板位置在第10块、回流比7。精馏分离结果如下:预分离塔可得到99.9%的混合叔丁基苯酚,脱2,4,6-三叔丁基苯酚塔可得到纯度为99.8%的2,4,6-三叔丁基苯酚,脱2,4-二叔丁基苯酚塔可得到纯度为99.7%的2,4-二叔丁基苯酚,4-叔丁基苯酚塔可得到纯度为99.9%的4-叔丁基苯酚。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ522.6
【图文】：

路径图,叔丁醇,苯酚,路径

图 1.2 苯酚和甲醇反应的主要路径Fig.1.2 Main reaction pathway for phenol and methanol（2）苯酚和叔丁醇苯酚与叔丁醇烷基化反应可能路径如图 1.3[35]所示：OHOCH3+ CH3OHCatOHCH3CH3OHOHH3CanisoleO-alkyationortho-cresolC-alkylation2,6-xyle

示意图,固定床,实验装置,示意图

2-三元混合物系罐，3-微量进料泵，4-混合器，5-固定床反应器，6-取样阀图 2.1 固定床实验装置示意图Fig Schematic diagram of fixed-bed reactor固定床反应装置如图 2.1。固定床反应器为长 700mm，内径 18mm 的不锈管，控温区由管式电阻炉加热，由控温仪控制程序升温加热，用热电偶测量催剂床层温度，测量误差不超过 1°C。催化剂装入反应器中部，实验开始前要对个装置的气密性进行检测，用蘸有肥皂水的毛刷在体系的各个接口处涂抹，确体系无泄漏处后方可进行实验。2.3 反应机理苯酚与叔丁醇的反应方程式如下图 2.2OH+ OHCatOH+OH+OH+OH

【参考文献】