均匀设计研究溶剂法腰果酚催化加氢工艺

王　钰，毛治博，张华森，雒廷亮，刘国际(郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001)

摘要：以正丁醇为溶剂，采用均匀设计实验，考察了反应温度、氢气压力、反应时间以及催化剂用量对腰果酚催化加氢工艺的影响。在高压釜中填料100m L 的腰果酚以及200m L 的正丁醇，加入雷尼镍催化剂410g ，反应温度设定为80℃，氢气压力为

316MPa ，反应5h ，重复进行3次实验，转化率均可达100%。将催化剂重复利用5次，其催化活性并没有降低。

关键词：腰果酚；催化；加氢；正丁醇；均匀设计中图分类号:T Q243112　

文献标识码:A

文章编号:0253-4320(2009)S1-0318-02

Study on catalysis hydrogenation of cardanol in solvent by even design method

夏花网WANG Yu ,MAO Zhi -bo ,ZH ANG Hua -sen ,LUO Ting -liang ,LIU Guo -ji

(School of Chemical and Energy Engineering ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450001,China )

Abstract :With n -butanol as a s olvent ,the reaction tem perature ,hydrogen pressure ,reaction time and am ount of catalyst in the process of catalysis hydrogenation of cardanol were studied by even design method.With 100m L of cardanol and 200m L of n -butanol filled into the high -pressure reactor ,410g Raney nickel catalyst added ,when the reaction tem perature is 80℃,hydrogen pressure is 316MPa and reaction time is 5h ,repeating as these for 3times ,the conversion rate can reach 100%every time.A fter the catalyst is reused for 5times the activity is not reduced.

头版头条K ey w ords :cardanol ;catalysis ;hydrogenation ;n -butanol ;even design

　收稿日期:2009-09-20

　基金项目：河南省教育厅科技攻关项目(2009A530004)

青蛙连连看　作者简介：王钰(1986-)，男，硕士生；刘国际(1964-)，男，教授，博士生导师，研究方向为绿化工与技术，通讯联系人,guojiliu @zzu.edu 。

腰果酚为淡黄液体,

是腰果壳液的主要组成

—C 15H 25～31，其不饱和度为0～3[1-2]。在蒸馏以及合成其他产品的过程中，其容易发生本身的自聚，影响收率[3-4]。因此，把侧链不饱和双键通过催化加氢工艺变为饱和键，即可解决这一问题。

1　实验部分

111　实验装置及原料

高压反应釜(大连通达反应釜厂);AB204-N 分析天平;Agilent 1100高效液相谱仪;NEZSCH ST A409PC 综合热分析仪;W QF -510傅里叶变换红

外光谱仪；烘箱；粗制腰果酚(红棕)，河南省天择

实业有限公司；正丁醇(分析纯)，天津市华东试剂厂；高纯氮，纯度不低于9919%(质量分数)；高纯氢，纯度不低于9919%(质量分数)；骨架镍催化剂。

实验装置如图1所示

。

1—氮气出口阀;2—氢气、氮气三通阀;3—管路阀门;4—反应釜、出料口三通阀;5—取样阀;6—排气阀;7—氮气瓶;

8—氢气瓶;9—反应釜;10—搅拌器;11—热电偶

图1　腰果酚催化加氢实验装置图

112　实验步骤

在1L 高压反应釜中，投入100m L 的腰果酚以

及200m L 的正丁醇，并投入少量的雷尼镍催化剂[5-6]，保证装置气密性。先用氮气置换釜内气体3次，然后再用氢气置换3次，升温，启动搅拌器，搅拌速度为300r/min 。当温度升至设定温度并稳定时，通入氢气至预定压力，开始反应，反应一定时间，卸釜取少量样品分析。

・

813・Sep.2009

现代化工

第29卷增刊(1)

M odern Chemical Industry 2009年9月

2　结果讨论

211　实验条件的设计

实验保持腰果酚与正丁醇加入量的体积比不变，搅拌速度也恒定为300r/min，考察反应时间、反应温度、催化剂用量以及氢气压力对反应结果的影响。采用U9(94)均匀设计表[7]来设计实验，并将腰果酚的转化率汇总于表1。

表1　腰果酚催化加氢均匀设计结果

实验号反应时间/

h应力应变

反应温度/

℃

催化剂

用量/g

氢气压力/

MPa

转化率/

N16109031541595186

N23106541061020118

N36155551551014146

N4410502153156145

N55156041521022191

N64157561041089123

N73158551021573126

N87107031031062171

N95108021051593154

212　实验结果与讨论

21211　产品表征

先对产品进行纯化，对其进行IR分析，发现在3338118cm-1有羟基特征峰,2919131cm-1为甲基特征峰,2850147cm-1为亚甲基特征峰，其后还为苯环骨架振动特征峰。采用综合热分析仪测定其熔点，得到其熔点为322135K，文献值[8]为32512K。21212　实验数据的拟合

由非标准回归系数可得此模型的回归方程为: y=-71069-01761×x1+01267×x2-01981×x3+ 01874×x4-0100164×x22-01121×x24+01183×x1×x3 式中:x1为反应时间,h;x2为反应温度,℃;x3为催化剂用量,g;x4为反应压力,MPa。

通过对上述方程求偏导可得，优化的工艺条件为：反应温度81140℃，反应时间5136h，催化剂用量4116g，氢气压力3161MPa，转化率可达100%。21213　实验结果的讨论

根据实际操作条件，在反应釜内填料100m L腰果酚以及200m L正丁醇，并加入410g催化剂，在反应温度80℃以及氢气压力316MPa下，反应5h后取样分析。重复进行3次实验，每次产品经高效液相谱分析，反应物特征峰均消失，可以确定其转化完全。

21214　催化剂的套用实验

在上述工艺条件下进行催化剂的套用实验。每次反应结束后静置30min，卸料，留下釜底产品，以保证催化剂留在釜内。重新加入配制好的原料，补加014g新鲜催化剂，重新进行反应5次，实验结果列于表2。

表2　催化剂套用实验结果

实验次数123456

转化率/%100100100100100100

注：第1次为全部新鲜的催化剂。

从表2中可以看出，反应6次后催化剂仍然具有较好的活性，反应物仍能转化完全，共进行6次反应，共加入610g催化剂，折合每次实验催化剂用量为110g。

3　结语

(1)实验以正丁醇作为溶剂，对腰果酚进行催化加氢，当搅拌速度为300r/min时，经过研究得到最佳的工艺条件是：温度为80℃，反应时间为5h，催化剂用量为410g，氢气压力为316MPa，转化率可达100%。

(2)对催化剂进行套用实验，进行6次实验，每次反应物都能转化完全，说明催化剂活性没有降低，可以重复利用，适合工业化生产。

参考文献

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产化学与工业,2003,23(4):71-74.

[3]林金火，胡炳环，陈文定.腰果壳液的蒸馏及其馏分的-质谱联

用分析[J].林产化学与工业,1991,11(1):33-39.

[4]胡家朋，熊联明，沈震.腰果壳油的蒸馏及馏分成分研究[J].应

用化工,2007,36(4):345-351.

[5]郑建勇，张振宇，高正兵，等.液相催化加氢制备对氨基苯乙醚

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理,2004,23(3):69-80.

[8]Love B,Daws on C R.Synthesis of the m one-and dihydric pentade2

唐山冶金矿山机械厂

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2009年9月王钰等：均匀设计研究溶剂法腰果酚催化加氢工艺

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