氯化氫氧化制備氯氣反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、氯氣是一種重要的有機(jī)化工原料，尤其是在有機(jī)氯產(chǎn)品的合成或制備過程中，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、冶金、造紙、紡織、醫(yī)藥、石油等工業(yè)以及飲用水消毒、污水處理等方面。隨著氯堿工業(yè)不平衡問題的加劇，堿大大過量，而氯氣卻供不應(yīng)求，因此尋求更經(jīng)濟(jì)、有效的氯氣合成方法是各個(gè)國(guó)家相繼研究的熱點(diǎn)。與此同時(shí)，在有機(jī)氯化行業(yè)，大量的副產(chǎn)氯化氫用來吸收制備鹽酸，但因副產(chǎn)鹽酸常含有少量有機(jī)雜質(zhì)，限制了它的使用范圍。因此存在如何好好利用氯化氫的問題。
　　 本實(shí)驗(yàn)室

2、已開展了氯化氫催化氧化制氯氣的工藝及催化劑方面的研究。本文在已篩選出來的稀土Y分子篩催化劑基礎(chǔ)上，開展氯化氫催化氧化制氯氣反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究，為今后該工藝的工業(yè)放大設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　 為了保證反應(yīng)流體在流經(jīng)催化劑床層時(shí)不存在返混，呈活塞流，進(jìn)行了反應(yīng)器的理論計(jì)算和分析。采用玻璃材質(zhì)的固定床積分反應(yīng)器，反應(yīng)器溫度通過加熱爐三段控溫、調(diào)節(jié)，使軸向溫度差控制在2℃以內(nèi)，徑向溫度差不超過1.5℃，可以認(rèn)為達(dá)到等溫狀態(tài)。
　　 為

3、了測(cè)定氯化氫催化氧化本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，必須在消除催化劑內(nèi)、外擴(kuò)散阻力的條件下進(jìn)行。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)催化劑粒徑小于1.2mm，氯化氫流量達(dá)到240ml/min以上時(shí)，催化劑內(nèi)、外擴(kuò)散阻力已經(jīng)消除。
　　 在反應(yīng)溫度為360～390℃，氯化氫與氧氣進(jìn)料配比為1:1～6:1范圍內(nèi)，在不同的質(zhì)量空時(shí)條件下，進(jìn)行了本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)定。
　　 根據(jù)Langmuir吸附，假定了該反應(yīng)可能的反應(yīng)機(jī)理，根據(jù)速率控制步驟假設(shè)，分為催

4、化劑表面反應(yīng)控制、氧氣吸附控制和氯氣脫附控制三種情況，并分別推導(dǎo)出相應(yīng)的本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。通過非線性最小二乘法，對(duì)各動(dòng)力學(xué)模型方程中的參數(shù)進(jìn)行了估計(jì)，得到了各相應(yīng)的參數(shù)，并進(jìn)行了氯化氫轉(zhuǎn)化率計(jì)算值與模型計(jì)算值的比較。經(jīng)過模型適應(yīng)性鑒別，發(fā)現(xiàn)根據(jù)催化劑表面反應(yīng)速率控制步驟推導(dǎo)出的動(dòng)力學(xué)模型更符合稀土Y分子篩催化劑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；其他兩種機(jī)理假設(shè)下的模型方程都與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在較大的偏差。
　　 催化劑表面反應(yīng)為速率控制步驟的動(dòng)力學(xué)模型方

5、程為：
　　 r=dx/drdW/FA0=K(pA2pB0.5-pCpD/Kp/(1+KApA+√KBpB+√Kcpc+KDpD)3
　　 根據(jù)反應(yīng)速率常數(shù)與溫度及吸附平衡常數(shù)與溫度的Arrhenius關(guān)系，分別得到反應(yīng)活化能或吸附熱，它們?yōu)椋?br>　　 k=2.55×1020e-205.03/RT
　　 KA=5.87×x10-3e3.6/RT
　　 KB=2.51×10-3e46.57/RT