制备2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸及联产氯甲烷的反应特性研究

【摘要】：2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)是一种含磷量低、性能优良、很有发展前景的水处理剂。目前2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸的主要工业生产方法有自催化水解法和高温蒸汽水解法。但是这些方法都存在一些明显的缺点,比如能耗大、含醇废水多、反应时间长等问题。 本文以氯化氢气体,2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸五甲酯为原料,酸解制备了2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸,并对中间产物和最终产物进行了31P核磁分析。通过对比试验和单因素试验对反应中影响转化率和选择性的主要因素即氯化氢流量、搅拌速度、反应温度、反应时间进行了研究,得到酸解合成2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸的最佳工艺条件为：氯化氢流量：100L/h,搅拌速度：800r/m,反应温度373.15K,反应时间6h,在此条件下,PBTCA收率为98%以上,并对反应机理做了初步的探讨。 同时本文以小试实验数据为基础,通过合理假设,建立起了相对应的动力学模型。通过对反应特性和传质特性的分析确定了放大实验的反应器并做了该反应的放大实验,试验结果表明：填料塔反应器对该反应是可行的,且大大的提高了反应速率。而且进一步做了该装置的中试设计,对以后工业化生产提供了一定的理论依据。 【关键词】：2-膦酸基丁烷-1 2 4-三羧酸 工艺研究 动力学
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ222.21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-12
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 研究目的与意义11
• 1.3 研究内容11-12
• 第2章 文献综述12-22
• 2.1 缓蚀阻垢剂的分类及简介12-15
• 2.1.1 天然高分子缓蚀阻垢剂12
• 2.1.2 含磷缓蚀阻垢剂12-15
• 2.1.2.1 聚磷酸盐13
• 2.1.2.2 有机膦酸酯13-14
• 2.1.2.3 有机膦酸盐14
• 2.1.2.4 有机膦羧酸14-15
• 2.1.2.5 含磷聚合物15
• 2.2 2-膦酸基丁烷-1,2,4三羧酸简介15-16
• 2.3 2-膦酸基丁烷-1,2,4三羧酸的生产工艺16-19
• 2.4 合成2-膦酸基丁烷-1,2,4三羧酸的反应机理19-20
• 2.5 国内外缓蚀阻垢剂研究情况20-22
• 2.5.1 绿色缓蚀阻垢剂化合物的合成20-21
• 2.5.2 复配型绿色缓蚀阻垢剂21-22
• 第3章 搅拌釜小试实验22-30
• 3.1 实验药品22
• 3.2 实验流程22-23
• 3.3 实验设备及装置图23-25
• 3.4 实验过程25-26
• 3.4.1 反应实验步骤25
• 3.4.2 精制实验步骤25-26
• 3.5 实验内容26-28
• 3.5.1 反应过程实验内容26-27
• 3.5.1.1 氯化氢流量26
• 3.5.1.2 搅拌速度26-27
• 3.5.1.3 反应温度27
• 3.5.1.4 反应时间27
• 3.5.2 精制过程实验内容27-28
• 3.5.2.1 2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸五甲酯添加量27
• 3.5.2.2 抽真空解析法27-28
• 3.6 分析测试方法28-30
• 3.6.1 气相产物分析方法28
• 3.6.2 液相产物分析方法28-30
• 第4章 搅拌釜小试实验结果及其处理30-49
• 4.1 探索性实验30-31
• 4.1.1 反应可行性探索30
• 4.1.2 探索性试验结果30-31
• 4.2 工艺参数的优选31-36
• 4.2.1 氯化氢流量对酸解反应的影响31-32
• 4.2.2 搅拌速度对酸解反应的影响32-33
• 4.2.3 温度对酸解反应的影响33-35
• 4.2.4 温度对PHPE酸解反应的影响35-36
• 4.3 正交实验设计36-42
• 4.4 精制实验结果及分析42-44
• 4.4.1 添加原料2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸五甲酯法42-43
• 4.4.2 抽真空解析法43-44
• 4.5 反应动力学拟合44-49
• 4.5.1 反应特性和动力学方程的分析44-45
• 4.5.2 反应级数及反应速率常数的确定45-47
• 4.5.3 活化能和频率因子的确定47-49
• 第5章 填料塔放大连续实验及结果与处理49-55
• 5.1 实验设备49-50
• 5.2 实验流程及装置图50-51
• 5.3 实验过程51
• 5.4 实验内容51-52
• 5.4.1 气液相的进料温度51-52
• 5.4.2 液体的喷淋密度52
• 5.5 实验结果及其处理52-55
• 5.5.1 气液相的进料温度对反应的影响52-53
• 5.5.2 液体喷淋密度对反应的影响53-55
• 第6章 年产1000吨PBTCA装置中试概念设计55-60
• 6.1 设计初步准备55-56
• 6.1.1 设计目的55
• 6.1.2 设计依据55
• 6.1.3 设计范围55
• 6.1.4 原料来源及规格55
• 6.1.5 生产工艺55-56
• 6.1.6 流程描述56
• 6.1.7 主要操作方式及参数56
• 6.1.8 主要设备选型及材质56
• 6.1.9 安全措施56
• 6.2 主要设备尺寸56-58
• 6.2.1 填料塔部分56-57
• 6.2.2 解析塔部分57-58
• 附表58-60
• 第7章 总结60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

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