气液分隔流微反应技术连续合成硫化促进剂CBS的研究
N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（促进剂CBS）作为一种环保型促进剂广泛应用于硫化工艺中。它不仅可以提高硫化速度还可以延长焦烧期和平坦期，提高了操作过程的安全性，改善了橡胶性能。目前普遍利用次氯酸钠氧化制备促进剂CBS，但后续处理含盐废水的费用较高，污染较重。本课题采用催化氧化法制备促进剂CBS，解决了工艺污染问题。同时针对间歇反应器中进行氧气氧化工艺存在的反应效率低，危险性高等问题，提出利用微通道反应器来优化工艺过程，实现了促进剂CBS的连续化生产。 本课题以2-巯基苯并噻唑（促进剂MBT）和环己胺为原料，采用一水合醋酸铜为催化剂，氨水为添加剂，在高压条件下利用氧气氧化进行促进剂CBS的制备。气液两相流体经T形微混合器后形成了均匀稳定的分隔流流型，在被分割的微小单元中实现了气液两相的高速混合，提高了促进剂CBS的合成效率。我们首先通过考察催化剂浓度、氨水的质量分数、温度、压力、反应物配比以及反应器材质等对反应速率和收率的影响，确定了最佳工艺条件。然后通过探究管路内径、气液两相混合流量以及流量比等条件对混合和传质的影响，确定了消除传质限制的操作区域。在动力学控制范围内对该氧化反应的动力学进行了系统研究，建立了相关动力学模型。实验结果表明，以内径为0.6mm的不锈钢管为反应管路，在温度为50℃，压力为0.4MPa，环己胺与促进剂MBT的摩尔比为10：1，一水合醋酸铜的浓度为31.1mM，氨水含量为8.3wt%的最佳工艺条件下，仅需200s时就可达到反应终点，CBS的最终收率为87.8%。当混合流量为9-18mL/min，气液流量比为8-12时反应基本不受传质限制。经动力学数据拟合，反应速率与促进剂MBT的浓度基本无关，只与氧气压力有关，反应级数为0.56，反应活化能为28.3±1.8kJ/mol。 在微通道反应器中利用催化氧化法制备的促进剂CBS各项指标均达到了橡胶促进剂的化工行业标准，且过程中不产生含盐废水，是一种兼具经济与环保的工艺路线。
促进剂CBS;促进剂MBT;催化氧化;微反应器;动力学
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
杜乐
2022
中文
TQ330.385
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）