對環己烷非催化氣相硝化反應的探究

衣爽

（營口職業技術學院，遼寧 營口 115000）

對環己烷非催化氣相硝化反應的探究

衣爽

（營口職業技術學院，遼寧 營口 115000）

文章主要闡述的內容是對環己烷非催化氣相硝化反應的探究，從硝基環己烷的工藝制造出發，針對性地對其工藝制造過程中化學反應的反應溫度、停留時間、物料配比因素進行試驗分析，詳細分析了這些影響因素對環己烷轉化率以及硝基環己烷選擇性的影響。

環己烷；非催化氣相；硝化反應

環己烷是一種結構復雜的化學物質，在我國化工行業的發展中有著不可替代的作用。在化工工業的生產過程中，環己烷是一種用途非常廣泛的化工原料，比如環己酮的生產、環己醇的生產、己二酸的生產以及硝基環己烷的生產和己內酰胺等的生產都需要利用到環己烷。

1 對試驗物質的初步分析

硝基環己烷可以看作一種良好的有機溶劑或者化工中間體，在化學反應過程中可以部分氫化還原成為環己酮肟，也可以完全氫化還原為環己胺，對化工生產有著重要的作用。試驗過程中應用的硝化劑是從眾多新型的硝化劑中選擇，可以說它是當今時期化工行業中液體酸硝化劑中應用最廣泛的。本次對環己烷非催化氣相硝化反應的探究是以硝化劑對環己烷進行氣相硝化劑制備硝基環己烷，然后再進行加氫、還原、重排得到己內酰胺的新型生產工藝。

本實驗的試驗過程是采取氣相硝化環己烷制取硝基環己烷，過程中也有少量的環己醇、環己酮和己二酸的產出。對于己內酰胺和己二酸來說，對化工生產同樣具有很大的用途，所以本課題的研究也相應地對硝基環己烷和己二酸聯合生產進行了分析探討，使得硝基環己烷和己二酸也能夠得到高效率、高質量的生產。這樣統一地生產硝基環己烷和己二酸，能夠達到工藝流程短、生產設備簡單、原子利用經濟、環境污染小的效果，可以基本達到經濟、綠色、經濟的生產效果，具有良好的經濟效益、環境效益以及社會效益。

2 試驗內容

2.1 試驗過程中的反應操作

2.1 .1 試驗設備的選擇以及試驗條件的設定

試驗過程中選擇石英玻璃管或者不銹鋼直觀作為反應設備，設備的系數選擇為內徑1厘米，長度57厘米，容積44.745毫升。試驗過程中選擇的反應溫度為423k到573k之間，并且選擇在常壓條件下對其進行非催化硝化反應。

2.1 .2 試驗的具體內容

（1）對試驗設備進行整體的系統掃吹，在此可以選擇惰性氣體氮氣進行系統的掃吹。

（2）對試驗設備進行加溫。在此可以選擇加熱爐設備對其進行加溫，直至設備管心的溫度達到423k到573k之間。

（3）待溫度達到要求后，利用平流泵調節環己烷的流速，直至排空后再鏈接反應器。

（4）對反應器通入硝化劑氣體，并且利用平流泵對其進行調速。

（5）待反應穩定2小時后開始進行計量，并且將化學反應后的產物經過低溫冷凝后通入收集瓶。

2.2 化學產物的處理

通入收集瓶中的產物有一定量沒有反應，如果反應過程中溫度較低那么其質量就會更多，而不經過處理或者處理不當就會直接影響到產物的物料平衡計算，對環己烷轉換率的計算和硝基環己烷選擇性的計算造成一定的負面影響，無法得到正確的數值，所以必須對進行處理。在處理的過程中，首先需要對產物中添加堿性物質，并同時對溶液的PH值進行及時的測量，直至產物溶液的酸堿性達到中性再將產物進行分液，合理地分為油相和水相，而分液得到的水相中會有少量的有機物溶解，所以在此需要再對其進行反萃取，最后綜合利用氣相色譜儀對油相和反萃取后的水相進行分析，計算環己烷的轉換率和硝基環己烷的選擇性。

2.3 化學產物的提純

在進行化學產物的提純過程中，首先需要將化學產物放入油浴鍋中，然后對油浴鍋進行加熱，直至油浴鍋的溫度達到85攝氏度與90攝氏度之間，得到含有環己烷的蒸餾，并且也要邊加熱邊攪拌，最終收集到蒸餾后的樣品，具體過程如下：

（1）用蒸餾水對產物洗滌三次，將產物中的一些雜質（高溫氧化物等無機物）洗滌干凈。

（2）添加百分之三十的氫氧化鈉溶液對產物進行堿洗，在除去產物中無用的酸堿物質的同時也能夠使酯類副產物得到皂化。

（3）添加百分之三十七的甲醛水溶液。在此要注意，添加甲醛水時必須保證產物的溫度在25到30攝氏度之間，并且也要對其進行不斷的攪拌，使得甲醛與樣品溶液充分混合反應。

（4）添加百分之十的硫酸溶液，對樣品進行酸化。

（5）將最終得到的樣品溶液進行水蒸氣蒸餾，直至蒸餾徹底，溜出物蒸發完全。

（6）對溜出物進行分離。

（7）將75攝氏度的油相分離液在88mmHg的壓力條件下再次蒸餾，直至得到92.4%以上的硝基環己烷停止蒸餾。

3 試驗結果數據的分析

本實驗首先探索了利用硝化劑制備硝基環己烷的可行性，其次對溫度因素、停留時間等因素對該反應的影響進行探究分析，第三對反應產物進行鑒別，包括大量的硝基環己烷和少量的環己醇、環己酮和己二酸。

3.1 溫度因素對試驗反應的影響

反應條件：流速為10毫升每分鐘，環己烷和硝化劑的摩爾比設定為3:2。

在試驗反應過程中，可以發現環己烷的轉化率隨著溫度的逐漸升高而升高，硝基環己烷的選擇性隨著溫度的升高而逐漸增加，增加到最高點又逐漸減小，數據信息主要如下：

從試驗數據中可知，在250攝氏度左右，硝基環己烷的選擇性是最高的，能夠達到78.20%，并且隨時對產物溶液進行氣象色譜分析可得，在溫度為150攝氏度到200攝氏度之間，環己醇和環己酮的含量也是最高。

綜上所述，溫度選擇在250攝氏度左右為環己烷的最佳反應溫度。

3.2 停留時間對試驗反應的影響

反應條件：試驗溫度選擇為250攝氏度，環己烷與硝化劑的摩爾比選擇為3∶2，流速設定為10毫升每分鐘，取樣的時間設定為6小時。

序號停留時間（S）環己烷轉化率（%）硝基環己烷選擇性（%）1 80.1221.4872.13 2 72.3412.8794.32 3 53.2412.4784.83 4 46.0512.1476.35 5 38.533.9667.21 6 26.463.0224.32

從數據采集信息中的發展趨勢可以看出，隨著停留時間的不斷減小，環己烷的轉化率也在不斷減小，硝基環己烷的選擇性先上升再減小。

停留時間直接決定著反應物的反應是否充分，如果停留時間太短，那么環己烷和就不會得到充分的反應，并且根據氣相分析色譜可知停留時間越短副產物的產生也就越少，所以說環己烷的轉化率和硝基環己烷的選擇性就會比較低。例如：停留時間為26.46秒，環己烷的轉化率為3.02%，硝基環己烷的選擇性為24.32%，而停留時間為46.05秒，環己烷的轉化率為12.14%，硝基環己烷的選擇性為76.35%，中間數據穩步提高，直到停留時間為72.34秒時，環己烷的轉化率為12.87%，硝基環己烷的選擇性達到最高為94.32%。而隨著停留時間的提高，由于具有很強的氧化性，反應越充分環己烷就會被氧化破壞得越嚴重，副產物就會更多，所以當停留時間大于72.34秒時，硝基環己烷的選擇性卻降低，當停留時間80.12秒時，硝基環己烷的選擇性降低為72.13%。

綜上所述，反應管中的停留時間要選擇在46秒到72秒之間。

4 結束語

以上所述，在進行環己烷非催化氣相硝化反應的探究過程中，最佳的反應溫度為250攝氏度，最佳的物料比，也就是環己烷：硝化劑選擇2∶1，最佳的停留時間段選擇為46秒與72秒之間，這樣才能夠使得硝基環己烷的生產效率最佳，原料的利用效率最大化，做到經濟化、生態化生產。

[1]趙靜,楊洋洋,朱明喬.環己烷分子氧氧化多相催化劑研究進展[J].合成纖維工業，2011(01).

TQ226

A

1003-5168(2014)03-0070-02