腰果酚催化加氢的工艺学研究

腰果酚催化加氢的工艺学研究项目负责人：于靓靓项目成员：徐卫平李国浩冯鹏娟岳明指导教师：孙晓波副教授所属院系：化工与能源学院目录1.前言2.探索腰果酚催化加氢工艺路线3.间十五烷基酚正丁醇溶液的密度黏度测定4.结论1.1绪论一直以来，煤炭、石油以及天然气是支撑人类社会生存发展的三大能源支柱，可如今按消费量推算，世界石油资源在今后不到100年的时间即将消耗殆尽。同时，过度的消耗这三大能源，环境污染问题也使人们面临着极大的压力。生物质能源是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，通过生物质能转换技术，我们可以有效并且高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油以及天然气等化石燃料。1.2腰果壳液与腰果酚腰果壳液是由天然腰果壳提取而得，从腰果壳液中可以得到大量合成间十五烷基酚的有效组分—腰果酚。腰果酚，浅黄色液体，英文名为cardanol，是一种非常难得的天然生物质酚，也是目前能够投入实用的最廉价、最易得、最现实的生物质高分子原材料。腰果酚是3-烃基苯酚，其基本结构为：1.3间十五烷基酚间十五烷基酚，CAS登录号：501-24-6，分子式为C21H36O，相对分子量304.52。其为白色蜡状固体，熔点为54.5℃，沸点为197℃(0.2kPa)，溶于乙醇、苯、丙酮和乙酸乙酯等有机溶剂，不溶于水，为1.4750。20Dn1.4.1间十五烷基酚的制备目前间十五烷基酚的制备方法主要分为两种，即合成法和用腰果壳液为原料的制造方法。合成法有两条不同的路线：(1)以间水杨醛及十四烷基格林亚尔试剂为原料制备间十五烷基酚；(2)以十五烷基甲基酮和甲酸乙酯为原料制备间十五烷基酚。但是这两条路线都是有其各自的目的而被提出的，而并不适用工业生产。表1.1腰果壳液制间十五烷基酚的方法比较优点缺点先脱羧蒸馏后氢化流程短、步骤少收率低，不易清洗水蒸气蒸馏法流程短，易清洗产生大量废水，消耗大量热能冷冻分离法设备要求严格，动力消耗大，工艺要求高液态丙烷抽提法设备工艺要求高成盐法流程长，收率低，化学原料消耗多先氢化后脱羧再蒸馏收率高，工序短，劳动条件好催化剂用量大1.4.2间十五烷基酚的应用间十五烷基酚结构与壬基酚相似，可以作为壬基酚的替代品，生产间十五烷基酚聚氧乙烯醚等工业产品，降低了生产成本，减缓了国内工业原料紧缺的现状，具有极强的经济性和良好的社会效益。同时由于生产间十五烷基酚的原料易得，是一种天然的可再生生物质能源，使原料绿色化，推动了此领域绿色化生产的进程。(1)探索腰果酚通过催化加氢制备间十五烷基酚的工艺路线。在1L高压反应釜内，考察反应温度、反应时间、氢气压力以及催化剂用量对腰果酚催化加氢生成间十五烷基酚的影响，探索该反应的较优工艺条件。(2)研究了间十五烷基酚相关溶液的热力学性质，主要是其密度黏度数据，并用不同的模型回归实验数据。为反应器的设计选择提供依据。研究内容：2.1实验所用试剂及设备粗制腰果酚，四种主要成分含量大于90%；正丁醇，分析纯；高纯氢、高纯氮，纯度不低于99.9%(质量分数)；骨架镍催化剂，镍含量为93.76%。高压反应釜，电子分析天平，旋转蒸发仪，真空泵，加热套，超级恒温水浴，高效液相色谱仪，核磁共振仪，变换红外光谱仪等。图3.1腰果酚催化加氢实验装置图1.氮气出口阀；2.氢气、氮气三通阀；3.管路阀门；4.反应釜、进气、出料三通阀；5.取样阀；6.排气阀；7.氮气钢瓶；8.氢气钢瓶；9.反应釜；10.搅拌器；11.压力表2.2实验步骤检查装置气密性加料升温，启动搅拌装置通氢气，开始反应反应结束，排氢气，降温，卸釜3.间十五烷基酚在乙醇溶液及正己烷溶液中的密度黏度的测定2.1实验部分2.2实验结果与讨论3.1间十五烷基酚密度粘度的测定2.1.1密度的测定某种物质单位体积的质量称为这种物质的密度，符号为ρ。鉴于实验室条件，选择比重瓶法作为间十五烷基酚乙醇及正己烷体系的测定方法。2.1.2黏度的测定液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，黏性的大小用黏度来表示，符号为η。本实验选用毛细管法中目前应用最广的的乌氏黏度计法来测定间十五烷基酚正丁醇溶液的黏度数据。3.2实验结果与讨论利用比重瓶和乌氏黏度计，测定了283.15K~308.15K条件下，间十五烷基酚的乙醇溶液及间十五烷基酚的正己烷溶液在不同组成下的密度与黏度。结果表明，在测定范围内，密度与黏度均随着温度的升高而降低，随着间十五烷基酚质量摩尔浓度的增大而增大。表3.1间十五烷基酚正丁醇溶液在不同温度及组成下的密度(g·cm-3)测定值T/K间十五烷基酚的质量摩尔浓度m/mol·kg-10.00000.00990.02980.05380.07300.08300.0988283.150.81960.82010.82100.82320.82560.82890.8314288.150.81520.81660.81710.81840.81980.82170.8274293.150.81080.81190.81250.81410.81520.81700.8183298.150.80690.80780.80820.80870.80980.81180.8135303.150.80340.80400.80460.80530.80560.80620.8067308.150.79980.80020.80100.80130.80170.80230.8024表3.2间十五烷基酚正丁醇溶液在不同温度及组成下的黏度(mPa·s)测定值T/K间十五烷基酚的质量摩尔浓度m/mol·kg-10.00000.00990.02980.05380.07300.08300.0988283.153.85473.88003.94533.98854.02064.10184.1318288.153.36333.37523.42093.47693.51163.53883.5840293.152.91072.93652.97703.01803.05023.07623.1054298.152.56522.57682.62632.66502.69282.71472.7238303.152.25252.27952.30462.33422.34812.35972.3816308.151.98621.99452.01992.03612.06472.09362.1197本实验体系为间十五烷基酚正丁醇溶液，采用TableCurve软件、VTF方程对密度与黏度数据进行关联，可以提供密度黏度同时与温度以及溶质质量摩尔浓度的关系，其方程形式如下：expBCmFATD各体系VTF方程拟合参数值以及标准偏差2.腰果酚催化加氢工艺路线2.1实验所用试剂及设备2.2实验步骤谢谢！