《二氯丙醇環化反應過程強化的基礎研究》是依託清華大學，由呂陽成擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：二氯丙醇環化反應過程強化的基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：呂陽成
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
二氯丙醇環化是環氧氯丙烷生產的核心反應之一。該反應伴隨連串副反應，工業上採用的均相混合接反應精餾的過程水耗和能耗大，選擇性仍偏低，是制約清潔生產的瓶頸。本項目擬圍繞構建非均相反應體系實現反應-萃取分離耦合的目標，開展二氯丙醇環化反應過程強化的基礎研究：採用微反應器研究主副反應動力學的基本規律，建立更接近本徵的模型，闡明保證反應選擇性的微觀反應環境；研究二氯丙醇-環氧氯丙烷-水體系的相平衡和微分散條件下相間傳質的基本規律，探究水相中電解質濃度對平衡和傳質的影響，完善相關熱力學方法和模型；發展基於非均相體系和微尺度分散的二氯丙醇環化反應新過程，建立微反應器內反應-萃取耦合的二氯丙醇環化反應模型化方法，深入認識耦合機制及分散尺度的影響。上述工作不僅將涉及環化、環氧化反應的共性問題並推動環氧氯丙烷生產技術的創新，還將為快速複雜反應過程的研究和強化提供理論和方法上的支持，有重要的學術意義和套用價值。
結題摘要
發展高效的二氯丙醇環化反應技術是一項充滿挑戰性的任務，對實現環氧氯丙烷的清潔生產具有重要意義。本項目選擇微反應器技術作為研究平台，考慮在動力學可控條件下或非均相環境中豐富過程調控的手段，圍繞該任務開展二氯丙醇環化反應過程強化的基礎研究。 本項目的主要成果和發現包括：（1）利用微反應系統實現了對1,2-二氯丙醇、1,3-二氯丙醇與NaOH發生環化反應的動力學特性的準確揭示，指出該反應對1,2-二氯丙醇為二級，建立相應的數學模型和量化處理方法與實驗結果符合良好，可以預測不同組成混合二氯丙醇的主反應動力規律；（2）發現二氯丙醇環化反應體系存在多種副反應途徑，NaOH參與的副反應速度快但明顯慢於主反應，嚴格控制反應溫度和時間可以得到較寬的反應最佳化視窗,氯離子存在下中性水溶液中的副反應在高溫和分鐘級的時間尺度上較為顯著，產液精餾分離需要在短時間內完成以保證產率；（3）利用微反應系統實現了水-1,3-DCP-ECH三元體系在高溫下（50oC-90oC）的液-液相平衡和二氯丙醇-環氧氯丙烷-水-電解質四元體系的相平衡的準確測定，採用NRTL模型的模擬和預測結果與實驗結果符合良好，二氯丙醇在水中的分配優於環氧氯丙烷、電解質加入可以抑制兩者在水中的溶解等特性為控制非均相反應提供了有利條件；（4）利用飽和水的1,3-DCP作為連續相，高濃度（20 wt%）的NaOH作為分散相，在微反應器內50oC下可在10s內得到70%+的DCP轉化率和98%+的ECH選擇性，根據反應-萃取耦合機制進行了該過程的模型化，明確了體積傳質係數和分配係數對耦合過程的關鍵性影響及適宜過程強化的取值視窗；（5）使用固體氫氧化鈉參與環化反應，有機溶劑中的低水含量及溶解度限制使該過程非常可控，在DCP的初始濃度達到50%以上時也可獲得95%+的高產率，同時能有效降低水的循環量；（6）強鹼性樹脂可以很好的參與DCP環氧化反應，反應速度快，有很好的反應收率，同時沒有發現副反應產物，選擇性接近100%。 本項目的工作不僅對環氧氯丙烷的清潔生產和甘油的有效利用有直接的指導作用，還為快速複雜反應過程的研究和強化提供理論和方法上的支持，兼具重要的學術意義和套用價值。
