《苯乙烯催化氧化過程的界面強化與調控研究》是依託南京大學，由張志炳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：苯乙烯催化氧化過程的界面強化與調控研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張志炳
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題基於苯乙烯催化氧化製備環氧苯乙烷和苯甲醛過程反應時間長，過量氧氣排放和產物選擇性難控制等問題，開展液流噴射強化氣液混合和產物調控研究。考察催化劑、溶劑、氣液比、氣液接觸方式等對反應和選擇性的影響，建立反應動力學模型和產物調控機制。以此為基礎，在液流噴射強化冷模測試系統和熱模試驗系統中，綜合運用高速攝像儀和粒子圖像速度儀，結合高精度智慧型化圖像識別分析軟體，研究噴射強化反應器的結構參數、操作參數和物性參數等對氣泡（群）行為、流型、氣液界面形態、氣泡直徑分布、氣含率和氣液相界面積的影響，建立氣含率和氣液相界面積與結構參數、操作參數和體系物性之間的相互關係。通過熱模實驗，構建基於液流強制噴射反應器的苯乙烯催化氧化強化傳質與反應調控模型，從而實現大幅度提高氣液傳質面積、加速反應過程、調控反應產物、提高原料和能源效率之目的，為苯乙烯催化氧化過程的高效強化反應器設計、操作和調控提供技術支持。
結題摘要
本課題基於苯乙烯氧化製備環氧苯乙烷反應時間長，過量氧氣排放和產物選擇性難控制等問題，開展工藝最佳化和反應器強化研究，以開發綠色高效的苯乙烯氧化工藝。採用純氧氧化苯乙烯體系時，產物的總得率為72.9%，環氧苯乙烷和苯甲醛的選擇性分別為53.1% 和20.7%；採用雙氧水/助催化劑體系可大幅度提高環氧苯乙烷的選擇性，55℃反應3h，苯乙烯的轉化率96.8%，環氧苯乙烷的選擇性97.7%。對兩種反應體系分別建立了反應動力學方程，並採用回響曲面法對反應條件進行了最佳化。利用Fluent軟體，分別對鼓泡反應器和氣升式反應器進行CFD數值模擬，研究了不同表觀氣速下反應器中局部氣含率、液體流速及流場等夫人變化，並將兩種氣-液反應器套用於優選的苯乙烯氧化反應體系中，分析了兩種反應器在苯乙烯氧化方面的套用特點。研究了噴射強化反應器JILR空氣-水體系和CO2-NaOH體系的流動和傳質行為，明確了結構參數對氣含率、氣泡大小、相界面積等影響，表征了JILR的氣液傳質強化特性。相同操作參數下， JILR內的二氧化碳的吸收時間比鼓泡反應器縮短近一半，整體吸收轉化率高出35%。在JILR中的苯乙烯氧化實驗，考察了氣體卷吸量、輸入功率（液體流量）等參數的影響，在巨觀反應動力學上對比JILR、氣鼓泡反應器、升式反應器及攪拌釜反應器，明確了JILR的對於苯乙烯氧化過程的強化機理和強化效果。JILR能夠產生微氣泡體系，使得相界面積和液膜傳質係數均有所增加，從而大幅提高了苯乙烯氧化反應的巨觀反應速率。發展了高速顯微攝像線上測試方法，結合圖像識別分析軟體研究了反應器內氣泡粒徑分布、氣泡運動特徵、氣含率、氣液相界面積等關鍵參數，以指導反應器結構最佳化和構效調控，從而為苯乙烯催化氧化過程的高效強化反應器設計、操作和調控提供技術支持。
