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催化氢化反应结果慢的因素有哪些

 发布时间:2022-11-23 点击量:325
  催化氢化适用于大规模和连续化生产,在工业上有重要用途。例如,石油裂解气中的乙炔和丙炔等通过钯催化部分氢化,可生产高纯度的乙烯和丙烯。在油脂工业中将液态油氢化为固态或半固态的脂肪,生产人造奶油或肥皂工业用的硬化油。
  催化氢化中最常出现的问题就是反应慢,甚至反应停止,必须过滤出催化剂,滤液补加新催化剂才能继续反应。总结经验,催化反应慢的原因主要有三个方面:
  底部结构
  底物结构氢化的难易程度是影响反应速度的内在因素。底物结构中,氢化难易主要受官能团的影响。常见官能力中,酰氯还原为醛和硝基还原为氨基最容易发生,次之为炔还原为烯、酮还原为醇和腈还原为甲胺等,而苯环还原为环己烷和酸还原为醇最难。
  相同官能团时,底物结构的其它部分也影响反应难易。比如酮还原为醇时,酮附近的碳支链少的底物更容易还原。在工艺研究时,底物的结构取决于反应路线,一般不作为工艺优化的重点。
  催化剂的活性
  不同的催化剂在反应中表现出不同的活性。催化氢化中常用的催化剂是钯碳和雷尼镍,两者都有比较好的活性,适用于大多数底物。醋酸钯和铂碳这些在实验室使用比较多,活性很高。
  大宗工业化中常用的铜铬等催化剂一般活性比较差,需要更高的反应条件。常用且应用的价值的催化剂有限,选择范围不大,一般也不作为工艺优化重点,但也例外。比如举例所给出的苯乙酮类化合物氢化时,同为10%钯碳,不同型号之间区别很大,反应速度经常差别在2-20倍之间变化。
  至于每种钯碳型号之间的区别,应该和生产钯碳时的工艺有关,同含量的不同型号对一部分化合物有较好的催化效果,对一部分效果较差。选择的依据除了咨询供应商外,主要是实验筛选,筛选出适合的催化剂。
  反应条件
  反应条件对反应速度的影响比较简单,高温高压和高速搅拌可以加快反应进程。由于设备和安全性限制,反应条件不可能无限提高。
  温度一般不能超过溶剂沸点,合适的范围在25-80度之间;压力一般越低越好,保持在1-30atm比较合适;搅拌不宜太快,越慢越平稳,一般在150-300转/分钟比较合适;溶剂多用甲醇、乙醇、四氢呋喃、乙酸、乙酸乙酯和水,主要是保证产物和原料在溶剂中尽可能全溶。
  溶剂对反应速度的影响次于温度、压力和搅拌速度,主要考虑溶剂的可操作性、安全性和回收率;催化剂是催化氢化反应中成本控制的重点,要求催化剂便宜且用量小。雷尼镍因价格便宜,一般用量在10-30%之间,可回收套用;钯碳因价格贵,一般用量在3-10%之间,必须回收套用,每次套用前可能需要对回收的催化剂进行活化,使用时需补加部分新催化剂。