重氮化和偶合反应动力学及应用基础研究
偶氮染料由于具有良好的色牢度、鲜艳的色彩、易于印染和安全无毒的特性，逐渐成为纤维用染料的主流。目前工业生产中通常使用搅拌釜式反应器(Stirred tank reactor,STR)通过间歇操作的方式来进行偶氮染料的合成，由于反应器体积较大导致反应器中物料混合不均匀，传质和传热效果差，导致局部温度高，极易导致副反应的发生，进而导致偶氮染料收率降低，批次之间差异较大，造成物质资源和空间资源的浪费。由于市场对产品质量和纯度的要求越来越高，因此急需开发新型反应器以及合理的偶氮染料合成工艺。本文将对偶氮染料合成过程的重氮化反应和偶合反应的动力学过程进行研究，从而为新型反应器和合成工艺的开发提供基础数据。 本文采用停流光谱仪（SX-20Stopped-Flow Spetrometer）、二极管阵列(SX/PDA)对重氮化和偶合反应的动力学进行了研究，并采用旋转填充床为反应器，进行了活性黑KN-B染料合成工艺研究。并采用紫外-可见光谱仪(Ultraviolet-visible spectrometer,UV)、红外吸收光谱仪(Infrared absorption spectrometer,IR)和液相色谱-质谱联用仪(Liquid chromatograph-mass spectrometer,LC-MS)等仪器设备对活性黑KN-B进行了分析表征。主要结论如下: (1)确定了重氮化反应主反应的反应过程以及不同温度、不同时间下的反应速率常数，并由此求得重氮化反应的反应速率表达式以及Arrhenius方程。 反应速率表达式:-dcA/dt=k1cAcB=4.71×109e-4358.34/TcAcB Arrhenius方程:k1=k10e-E1/RT=4.71×109e-4358.34/T (2)确定了酸性偶合反应主反应的反应过程以及不同温度、不同时间、不同pH下的反应速率常数，并由此求得重氮化反应的反应速率表达式以及Arrhenius方程。 反应速率表达式:-dcC/dt=k2cCcD=6.33×1013e-5722.5/T cCcD Arrhenius方程:k2=k20e-E2/RT=6.33×1013e-5722.5/T (3)确定了碱性偶合反应主反应的反应过程以及不同温度、不同时间、不同pH下的反应速率常数，并由此求得重氮化反应的反应速率表达式以及Arrhenius方程。 反应速率表达式:-dcE/dt=k3cEcC=2.45×1022e11236.75/TcEcC Arrhenius方程:k3=k30e-E3/RT=2.45×1022e-11236.75/T (4)采用单因素实验确定了旋转填充床中活性黑KN-B的较优合成工艺条件。重氮化反应的较优合成工艺条件:反应时间为2min，物料循环量为180ml/min，旋转填充床转速为2000r/min;酸性偶合反应的较优合成工艺条件:反应时间为30min，物料循环量为200ml/min，旋转填充床转速为2000r/min;碱性偶合反应的较优合成工艺条件:反应时间为15min，物料循环量为200ml/min，旋转填充床转速为1400r/min。
偶氮染料;重氮化反应;偶合反应;动力学分析
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
陈建峰
2020
中文
TQ613.1
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）