2,4-二硝基甲苯无外加溶剂的加氢表观动力学.pdf

第25卷第3期 化学反应工程与工艺 VoI25．NO3 ChemicalReaction and 2009 2009年6月 EngineeringTechnology June 文章编号：1001--7631(2009)03--0244--06 2，4一二硝基甲苯无外加溶剂的加氢表观动力学 孔令启 李玉刚 韩方煜 郑世清 (青岛科技大学计算机与化工研究所，山东青岛 266042) 摘要：在自行设计的反应装置中以骨架镍为催化剂，在无外加溶剂的环境下催化2，4-二硝基甲苯(DNT) 加氢合成2，4一甲苯二胺(TDA)。考察了温度(100～140℃)、氢气压力(1．0～3．0MPa)、催化剂质量浓度 (o．03％～2．0％)、TDA质量浓度(30％～70％)对反应的影响。该反应的表观动力学研究表明，反应速 率跟氢气压力成正比；DNT加氢反应在高浓度区(DNT浓度大于7．14mol／m3)为吸附脱附控制，催化 剂浓度与反应速率成正比，DNT浓度对反应速率无影响；而在低浓度区(DNT浓度小于7．14mol／ms) 该反应为界面反应控制；催化剂浓度在一定范围内对反应速率影响不大，DNT浓度对反应速率影响为一 级。DNT低浓度区和高浓度区的活化能分别为17．62kJ／tool和15．67kJ／mol，表明无外加溶剂条件下催 化荆可大幅降低反应活化能而使反应更易进行，在实验条件范围内TDA含量对反应速率基本无影响。并 由1二程数据验证了得到的该反应表观反应动力学模型的正确性 关键词：2，4-二硝基甲苯，2，4-甲苯二胺；溶剂l催化加氢；农观动力学 中图分类号：TQ03 文献标识码；A 2，4一甲苯二胺(TDA)，又名二氨基甲苯，在工业上有广泛的用途，其最主要的用途是作为生产甲 为负载镍或钯)存在下加氢合成TDA[6’7]。 DNT+6H2一TDA+4H20 (1) 对这类反应剧烈且强放热的化学反应，外加溶剂作用主要有两个方面凹]，一是稀释DNT以避免 浓度过高而使反应速率过快；二是溶剂的挥发带走部分反应热，以免反应器超温而使反应失控。随着 过程控制和传热强化技术的发展，近年来DNT加氢有向高温无外加溶剂工艺发展趋势。相对于外加 溶剂工艺，该工艺不仅减少了物料消耗和生产成本、设备投资和分离循环运行费用，且反应温度、反 应速率、系统产能也可大幅提高。而对该反应的研究却仅仅局限于有外加溶剂、低温条件下(均小于 90℃)[9~1朝；而对于无外加溶剂、高温条件下该反应特性和动力学方面还没有研究报道。因此研究无 外加溶剂条件下DNT加氢反应的特性和动力学具有十分重要的理论价值和实际意义。 本研究在无外加溶剂条件下，以骨架镍为催化剂对DNT液相催化加氢反应的表观动力学进行实 验研究，得到了温度、压力、催化剂浓度等因素对反应的影响规律，为DNT加氢反应器设计以及 TDA无溶剂生产工艺提供理论指导。 1 实验部分 1．1 实验装置和方法 实验在高压反应釜(1．0L)中进行，氢气由连接到氢气钢瓶的氢气计量瓶(1．0L)提供；反应 收稿日期l 2008·12—01，修订日期：2009·03—10 作者简介l孔令启(1973一)，男，高级工程师．E-mail；konglingqi@qust．edu．cn 万方数据 第25卷第3期 孔令启等．2，4一二硝基甲苯无外加溶剂的加氢表观动力学 245 压力由计量瓶后的减压阀调节，反应温度通过恒温自控系统实现，温控精度±0．1℃；搅拌采用自吸 500 式磁力搅拌，转速设定1 r／min以克服扩散控制‘钆“3；反应釜底部间断采样分析，氮气用于系统 吹扫和保护，实验装置如图1所示， 图1 DNT加氢反应实验装置