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催化氫化反應結果慢的因素有哪些

 更新時間:2022-11-23 點擊量:2265
  催化氫化適用于大規模和連續化生產,在工業上有重要用途。例如,石油裂解氣中的乙炔和丙炔等通過鈀催化部分氫化,可生產高純度的乙烯和丙烯。在油脂工業中將液態油氫化為固態或半固態的脂肪,生產人造奶油或肥皂工業用的硬化油。
  催化氫化中最常出現的問題就是反應慢,甚至反應停止,必須過濾出催化劑,濾液補加新催化劑才能繼續反應。總結經驗,催化反應慢的原因主要有三個方面:
  底部結構
  底物結構氫化的難易程度是影響反應速度的內在因素。底物結構中,氫化難易主要受官能團的影響。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,而苯環還原為環己烷和酸還原為醇最難。
  相同官能團時,底物結構的其它部分也影響反應難易。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,底物的結構取決于反應路線,一般不作為工藝優化的重點。
  催化劑的活性
  不同的催化劑在反應中表現出不同的活性。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,適用于大多數底物。醋酸鈀和鉑碳這些在實驗室使用比較多,活性很高。
  大宗工業化中常用的銅鉻等催化劑一般活性比較差,需要更高的反應條件。常用且應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化重點,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,不同型號之間區別很大,反應速度經常差別在2-20倍之間變化。
  至于每種鈀碳型號之間的區別,應該和生產鈀碳時的工藝有關,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。選擇的依據除了咨詢供應商外,主要是實驗篩選,篩選出適合的催化劑。
  反應條件
  反應條件對反應速度的影響比較簡單,高溫高壓和高速攪拌可以加快反應進程。由于設備和安全性限制,反應條件不可能無限提高。
  溫度一般不能超過溶劑沸點,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,一般在150-300轉/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,主要是保證產物和原料在溶劑中盡可能全溶。
  溶劑對反應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中成本控制的重點,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行活化,使用時需補加部分新催化劑。

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