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催化氫化反應(yīng)結(jié)果慢的因素有哪些

 更新時間:2022-11-23 點(diǎn)擊量:1631
  催化氫化適用于大規(guī)模和連續(xù)化生產(chǎn),在工業(yè)上有重要用途。例如,石油裂解氣中的乙炔和丙炔等通過鈀催化部分氫化,可生產(chǎn)高純度的乙烯和丙烯。在油脂工業(yè)中將液態(tài)油氫化為固態(tài)或半固態(tài)的脂肪,生產(chǎn)人造奶油或肥皂工業(yè)用的硬化油。
  催化氫化中最常出現(xiàn)的問題就是反應(yīng)慢,甚至反應(yīng)停止,必須過濾出催化劑,濾液補(bǔ)加新催化劑才能繼續(xù)反應(yīng)。總結(jié)經(jīng)驗(yàn),催化反應(yīng)慢的原因主要有三個方面:
  底部結(jié)構(gòu)
  底物結(jié)構(gòu)氫化的難易程度是影響反應(yīng)速度的內(nèi)在因素。底物結(jié)構(gòu)中,氫化難易主要受官能團(tuán)的影響。常見官能力中,酰氯還原為醛和硝基還原為氨基最容易發(fā)生,次之為炔還原為烯、酮還原為醇和腈還原為甲胺等,而苯環(huán)還原為環(huán)己烷和酸還原為醇最難。
  相同官能團(tuán)時,底物結(jié)構(gòu)的其它部分也影響反應(yīng)難易。比如酮還原為醇時,酮附近的碳支鏈少的底物更容易還原。在工藝研究時,底物的結(jié)構(gòu)取決于反應(yīng)路線,一般不作為工藝優(yōu)化的重點(diǎn)。
  催化劑的活性
  不同的催化劑在反應(yīng)中表現(xiàn)出不同的活性。催化氫化中常用的催化劑是鈀碳和雷尼鎳,兩者都有比較好的活性,適用于大多數(shù)底物。醋酸鈀和鉑碳這些在實(shí)驗(yàn)室使用比較多,活性很高。
  大宗工業(yè)化中常用的銅鉻等催化劑一般活性比較差,需要更高的反應(yīng)條件。常用且應(yīng)用的價值的催化劑有限,選擇范圍不大,一般也不作為工藝優(yōu)化重點(diǎn),但也例外。比如舉例所給出的苯乙酮類化合物氫化時,同為10%鈀碳,不同型號之間區(qū)別很大,反應(yīng)速度經(jīng)常差別在2-20倍之間變化。
  至于每種鈀碳型號之間的區(qū)別,應(yīng)該和生產(chǎn)鈀碳時的工藝有關(guān),同含量的不同型號對一部分化合物有較好的催化效果,對一部分效果較差。選擇的依據(jù)除了咨詢供應(yīng)商外,主要是實(shí)驗(yàn)篩選,篩選出適合的催化劑。
  反應(yīng)條件
  反應(yīng)條件對反應(yīng)速度的影響比較簡單,高溫高壓和高速攪拌可以加快反應(yīng)進(jìn)程。由于設(shè)備和安全性限制,反應(yīng)條件不可能無限提高。
  溫度一般不能超過溶劑沸點(diǎn),合適的范圍在25-80度之間;壓力一般越低越好,保持在1-30atm比較合適;攪拌不宜太快,越慢越平穩(wěn),一般在150-300轉(zhuǎn)/分鐘比較合適;溶劑多用甲醇、乙醇、四氫呋喃、乙酸、乙酸乙酯和水,主要是保證產(chǎn)物和原料在溶劑中盡可能全溶。
  溶劑對反應(yīng)速度的影響次于溫度、壓力和攪拌速度,主要考慮溶劑的可操作性、安全性和回收率;催化劑是催化氫化反應(yīng)中成本控制的重點(diǎn),要求催化劑便宜且用量小。雷尼鎳因價格便宜,一般用量在10-30%之間,可回收套用;鈀碳因價格貴,一般用量在3-10%之間,必須回收套用,每次套用前可能需要對回收的催化劑進(jìn)行活化,使用時需補(bǔ)加部分新催化劑。
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