微通道反应器内叔丁醇溴化反应工艺研究

无论 是在 间 歇 反应 器 还 是 微 通 道 反应 器 内 ， 叔 丁醇转 化率 都 出现 了 先 明显 上 升 ，到达 最 大值 后再 逐渐 降 低 的 过程 。这 是 因 为 ，此 反 应 为 可 逆 反 应 ，48 的氢溴 酸 中含有 大量 的水 ，而在 酸性 环 境 下 水 的大量 存 在 会使 得 溴代 叔 丁 烷 发 生 水解 ， 使 反 应 平衡 向左 移 动 ；起 初 ，增 加 氢溴 酸 的 量 ，系 统 内的 HBr浓 度 增 大 ，反应 平 衡 向 右移 动 ，叔 丁 醇 的转化 率得 以提 高 。但是 体 系 内水 量 的大 幅增 加 ，使 得 反 应 平衡 向左 移 动 ，又 生成 了叔 丁 醇 ，所 以叔 丁醇 的转 化率 下 降 。 相 比于传 统 间 歇 反 应 器 ，微 通 道 反 应 器 反应模块具有优 良的传质效果，串联 的心形结 构 单元 可 以使 得反 应 流体在 流动 中获 得充 分 的扰 动 和 混 合 ，比 表 面 积 可 以 达 到 10000～ 50000 m ／m。，相 比之 下 ，传 统 的 反 应 器 比表 面 积 只 有6O 精 细 石 油 化 工 2013年 1月 1O0～ 1000m ／m。E463。 因此 ，叔 丁醇 与氢 溴酸之 间接触 表面 积 的大 幅 增 大 ，使得 彼 此 接 触 更 加充 分 ，大 大减小 了混合 不 均 导 致 的配 比误 差 和 氢溴 酸浪 费 。 2．2 反应 温度 对反应 的 影响 选取 上一 步间歇 试验 中效果 最好 的原 料摩 尔 配 比 ，在 (叔 丁醇 )：”(氢 溴 酸 )： (浓 硫 酸 )=== 1：2：1的条 件下 ，停 留时 间为 30min，分别 考 察 了反 应温 度对 反应 的影 响 ；根 据 上一 步 微 通 道 反 应器 中 的实验 结果 ，选取 反 应 效 果 最佳 的原 料 摩 尔配 比 ，通 过 三 组 计量 泵 分 别 控 制 流速 ，在 ”(叔 丁醇 )： (氢 溴 酸 )：Yt(浓 硫酸 )一1：1．5：1的 条件 下 ，分别 考 察 了 反应 温 度 对 反应 的影 响 。实 验结 果 如 图 5所示 。 温 度／℃ 图 5 反 应 温 度 对 反 应 的 影 响 从 图 5可 以看 出 ：间歇 反应 中 ，随着温 度 的升 高 ，叔 丁 醇 的转 化率 逐步 增大 ；但 是 在 30～6O℃ ， 反应 温度 对于选 择性 的影 响不 是很 大 。在 微通 道 反应 器 中 ，随着 温度 的升 高 ，叔 丁醇 的转 化率 逐渐 增 大 ，而 溴代 叔 丁 烷 的选 择 性 却 随 之 降 低 ，在 5o ℃ 时 ，既 保证 了溴代 叔 丁烷较 高 的选择性 ，还 可 以 使叔 丁醇 达到 较高 的转化 率 ，反应 效果最 好 。 温度 的上 升 可 以使 叔 丁 醇 的 转 化 率 明 显 提 升 ，叔 丁醇溴 化取代 是个 放热 反应 ，可是 低温 利 于 取代 ，而 高温 容易 发生 消除 反应 ，使 得 叔丁醇 发生 分 子 内脱水 生成 异 丁 烯 ；但 是 升 温可 以加 快 反应 速 率 ，因此反 应温 度 的精 确 控 制 不但 能 够 保 证 一 定 的反 应速 率 ，还 可 以保持 较高 的选 择性 。 每 块反 应 模 块 反 应 液 持 留体 积 为 8 mL，换 热 层 的体 积为 14mL，单 位 反 应 液 所 对应 的换热 表 面积 达 到 了 2500m ／m。，是 传 统 夹 套 搅 拌反 应 器 的 1000倍 ]。正 是 由 于 高 达 25 kW／(m。·K)的换 热 系数 ，可 以对 温 度 分 布 的变 化作 出瞬 时相应 ，最 大 限度 均 匀 的移 除化 学 反 应 热 ，是 反应 过程 处于 可控 条件下 ，并 且避免 了反 应 热点 现象 ，从而 拓 宽 了适 用 于反 应 过程 的温 度 范 围 ，通 过 强化反 应 条 件 可 以达 到 加 速 反 应速 率 的 目的 ；而传 统 夹套 反 应 器 ，体 系 的温 度分 布不 均 ， 局部 温度 有差 异 ，只能通 过平 均温 度来进 行 监控 ， 较 高 的溴代叔 丁烷 选择 性则难 以保 证 。