论文部分内容阅读
甲酸钠是一种重要的化工原料,目前工业生产甲酸钠的方法主要是一氧化碳合成法,该法反应条件比较苛刻,能耗很高。本文提出一种新的甲酸钠合成工艺,即在乙醇溶剂中羰基化法合成甲酸钠,旨在降低甲酸钠生产的成本和能耗,提高产品收率。首先对该工艺过程的可行性进行了探究,考察了搅拌速率、乙醇体积浓度、原料NaOH/CO摩尔比、一氧化碳初始分压以及反应温度等因素对反应速率和产品收率的影响,并通过XRD对反应产物进行表征。结果表明,与传统工艺相比,在乙醇溶剂中羰基合成甲酸钠,具有反应速率快,工艺条件温和,产品回收能耗低的特点,反应产物无需蒸发浓缩,乙醇溶剂可循环使用,具有工业化的可行性。适宜的工艺条件为：搅拌速度300 r/min、乙醇浓度95%、原料NaOH/CO摩尔比0.88、一氧化碳初始分压1.5 MPa、反应温度80℃。在此条件下,甲酸钠的收率可达到91.71%,纯度接近100%。采用平衡法测定了NaOH在乙醇水溶液中的溶解度。实验发现：在乙醇水溶液中溶入NaOH会导致溶液分相,分相点与乙醇水溶液的浓度及温度有关。为了解溶液分相可能导致的影响,测定了溶液分相点与NaOH浓度、乙醇浓度和温度的关系,以及分相后溶质NaOH在两相中的分配系数。结果表明,乙醇浓度低于95%时,溶液会分相,分相后NaOH主要溶解在水相,且NaOH在醇相中的分配系数随着温度的升高迅速减小,导致乙醇溶剂的作用大大削弱,因此浓度低于95%的乙醇溶液不宜作为本工艺的溶剂。采用合成法测定了产物甲酸钠在乙醇水溶液中的溶解度。结果表明：在实验涉及的温度范围内(10～50℃),甲酸钠在乙醇水溶液中的溶解度随着乙醇浓度的提高而显著降低,若采用95%的乙醇溶液作为溶剂,则甲酸钠的溶解度可降至0.4515(g/100g溶剂),意味着产物可直接从溶剂中析出,而无需浓缩分离。为了提供反应器设计的依据,在设法排除气液相传质阻力的前提下,在高压釜中,选用95%乙醇水溶液作为溶剂,在温度318.15～333.15 K,一氧化碳分压1.2～2.4 MPa,搅拌速率500 r/min,原料NaOH/CO摩尔比0.88的条件下进行了反应动力学研究,得到如下动力学方程：