化工工艺学-第四章-催化氧化.ppt

聊城大学2013级化工工艺学讲义
石油化工单元工艺-
姜松
聊城大学化学化工学院
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催化氧化
概述
一、催化氧化在基本有机化学工业中的重要地位
化学工业中氧化反应是一大类重要化学反应,它是生产大宗化工原
料和中间体的重要反应过程
氧化产品
主要化学品中50%以上和氧化反应有关
含氧化合物:醇、醛、***、酸、酸酐、酯、环氧化物、过氧化物等
不含氧化合物:丁烯氧化脱氢制丁二烯
丙烯氨氧化制丙烯***
乙烯氧***化制***乙烯
CH2=CH2 + 1/2O2
CH3CHO + 1/2O2
CH3COOH
CH2=CH-CH3 + O2
CH2=CH-CHO + H2O
+ 3O2
+ H2O
1)在分子中直接引入氧
2)脱氢加氧(氢被氧化成水)
二、氧化反应的类型
CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/2O2
CH2= + 3H2O
3)氧化偶联(两个作用物共同失去氢)
+ 3O2
+ CO2 + H2O
CH2=CH-CH3 + O2
CH3CHO + HCHO
4)降解氧化(作用物分子脱氢和碳键的断裂同时发生)
CO2 + H2O
完全氧化
烃
5)烃的完全氧化
三、氧化反应的特点
热量的转移与回收
强放热反应
目的产物为中间氧化物
反应不可逆
气态氧为氧化剂:考虑安全性
氧化剂
催化剂反应条件
氧化途径复杂多样
氧化剂
空气
氧化剂容易获得
动力消耗大
排放废气量大
纯氧
排放废气量小
反应设备体积小
需空分装置
使反应朝着所要求的方向进行,关键是催化剂和反应条件
四、氧化反应的分类
反应物中的碳原子与氧化合生成CO2,
氢原子与氧结合生成水的反应过程。
按反应程度
完全氧化
部分氧化
选择性氧化,是指烃类及其衍生物中少量氢(碳)原子与氧化剂发生反应的过程。
催化自氧化:乙醛制醋酸
配位催化氧化:Wacker法
烯烃的液相环氧化:丙烯环氧化制环氧丙烷
按反应相态
均相催化氧化
非均相催化氧化
乙烯环氧化制环氧乙烷
均相非均相
如果催化剂和反应物同处于气态或液态,即为均相催化。
若催化剂为固态物质,反应物是气态或液态时,即称为非均相催化。
均相催化氧化
均相催化氧化大多是气-液相氧化反应,气相氧化因缺少合适的催化剂,且反应控制也较困难,故工业上很少采用。
一、催化自氧化
催化剂加速链的引发,促进反应物引发生成自由基,缩短或消除诱导期,因此可大大加速氧化反应,称为催化自氧化反应。
液态乙醛
通入空气或氧
醋酸
反应特点: 可无催化剂,反应需较长的诱导期,过了诱导期,氧化反应速率迅速增长而达到最大值。
这类能自动加速的氧化反应具有自由基链反应特征称自氧化反应。
工业上主要用来生产有机酸和过氧化物,如条件控制适宜,也可使反应停留在中间阶段而获得中间氧化产物—醇、醛和***,反应常用催化剂多为Co、Mn等过渡金属的盐类,一般溶解在液态介质中形成均相,反应主要在液相中进行。