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络合和裂解副反应控制

络合和裂解副反应控制. 报告人：何娜娜. 目录. 1. 硼的简介 2.B 同位素的分离 3. 络合剂的选择 4. 三氟化硼 - 苯甲醚络合物化学交换精馏法 4.1 苯甲醚干燥塔 4.2 三氯化硼 - 苯甲醚络合物生成塔 4.3 化学交换反应精馏塔 4.4 络合物裂解塔 4.5 苯甲醚净化塔. 1. B 的简介.

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络合和裂解副反应控制

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Presentation Transcript

  1. 络合和裂解副反应控制 报告人：何娜娜

  2. 目录 • 1.硼的简介 • 2.B同位素的分离 • 3.络合剂的选择 • 4.三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换精馏法 • 4.1苯甲醚干燥塔 4.2三氯化硼-苯甲醚络合物生成塔 4.3化学交换反应精馏塔 4.4 络合物裂解塔 4.5苯甲醚净化塔

  3. 1. B的简介 • 自然水体中硼主要以B(0H)3、和B(0H)4－两种形式, 硼是第五号元素，它有两种稳定的同位素,以元素符号表示为10B和11B。 • 10B自然界中的丰度，19.3％， 11B 80.7％。［1］ • 10B对中子的吸收能力远大于11B.，因而在现代工业、军事装备及医学方面得到较广泛的应用. • 原子能发电站的反应堆对硼10的含量:80％～85％ 其它用途，硼10的含量要求为90％～95％或更高，

  4. 2.B同位素的分离 • 1 化学交换精馏法 化学交换精馏法富集硼10的原理如下式所示: D·11BX3(l)+10BX3(g)⇄D·10BX3(l)+11BX3(g) X:H,CH3或者卤素, D表示络合剂,通常为Lewis碱, D·BX3表示络合物。 化学交换反应的理论单级分离系数α为: 用于硼10富集的大部分交换体系的分离系数α是1--1.060之间, 为了得到85%以上的硼10, 需要庞大高效的精馏塔设备，所以选择合适的络合剂形成络合物非常重要。[2]

  5. 3.络合剂的选择 • 选择络合剂的原则如下： • (1)分离系数α大,以减小满足一定分离要求的塔板数。 • (2)化学交换过程平衡时间短,以增大连续过程的处理量。 • (3)BX3易从络合物中解离,从而易回收产品,循环使用络合剂。因此下述反应: BX3+D ⇄ BX3·D要能够通过加热或者冷却的方法定量可逆进行。 • (4)络合物D·BX3必须稳定,不会发生不必要的分解反应。

  6. 络合剂的选择 • 可以和BF3形成络合物的物质很多，例如H、N、O、F、P、S、C1、Se和Te等元素，它们的化合物都能够给三氟化硼提供电子对，从而形成络合物．但基于络合剂选择的考虑，络合原子主要限于N、O和S． • 通过分别用丙酮、甲基异丁基甲酮、苯甲醚和硝基甲烷作为络合剂，合成4种络合物体系，对4种络合物的密度、凝固点、三氟化硼／络合剂比率和蒸气压等物化性能进行了系统实验研究认为苯甲醚相对于另外3种更适宜于应用在硼同位素的分离生产过程中，它能减少能耗，缩短生产周期，降低成本[2]

  7. 4.三氟化硼-苯甲醚络合物化学交换精馏法 • 所用材料有三氟化硼，络合剂为苯甲醚，络合物为三氟化硼-苯甲醚 • 一共分为五个阶段 苯甲醚干燥塔 三氯化硼-苯甲醚络合物生成塔 交换反应精馏塔 络合物裂解塔 苯甲醚净化塔

  8. [5]

  9. 4.1苯甲醚干燥塔 • 三氟化硼与水的缔合反应 • 以上四个反应在很短的时间内就可以完成，而下列反应则较慢 • 三氟化硼在水中达到溶解平衡后包含：HBF4、HBF3OH、HBF2(OH)2和H3BO3。以上的酸中，除硼酸、氢氟酸以外，其余的均为强酸.它们严重腐蚀塔设备及塔内填料 • 苯甲醚原料中的含水量一般是0.04%~0.05%(质量百分含量)，干燥处理，到0.003%～0.005％以下。

  10. 干燥设备 • 填料塔 • 塔底通入干燥N2 • 塔顶通入液态苯甲醚， • 逆流干燥 微量水检测仪监测含水量将含水量控制到0.003%～0.005％以下

  11. 4.2三氯化硼-苯甲醚络合物生成塔 • 快速络合反应，反应方程式如下： ΔH=51.53KJ/mol 苯甲醚原料中含有少量的苯酚和甲苯酚等杂质 它们的分离系数均较三氟化硼－苯甲醚络合物的分离系数低

  12. 络合物生成塔 • 填料塔 • 塔顶流入苯甲醚 • 塔底通入三氟化硼 • 逆流接触 • 放热反应，防止络合物分解，套管式换热器降温

  13. 4.3 化学交换反应精馏塔 • 在填料表面发生化学交换反应，反应的化学方程式如下 • 杂质与三氟化硼发生的交换反应 • 经过多级反应，含有10B原子的三氟化硼分子逐渐在液相中浓缩，随着液态络合物的下流，络合物中的10B原子的丰度逐渐升高，在塔底时达到最高值，也就是我们所要求的产品的丰度。

  14. 反应精馏塔 • 操作条件：P=1atm T=298.15 • T=298.15时 α*=1.030 理论板数较多 可用双塔串联 • 隔膜泵输送物料

  15. 4.4 络合物裂解塔 • 裂解器的作用有三个： • (1)使络合物完全裂解，将三氟化硼从液态络合物中完全分离出来； • (2)从含有苯甲醚的气相中，将三氟化硼分离出来； • (3)将气态三氟化硼引入分离系统的底部 • 络合物吸热，裂解，反应方程式如下: • 裂解塔中温度由353K上升到433K，在此高温下 此反应发生非常迅速 故发生苯甲醚分解 所有的这些分解产物都会以三氟化硼产生络合物，但这些络合物在苯甲醚的泡点下不能完全裂解，并与完全裂解的苯甲醚一起离开裂解塔。

  16. 络合物裂解塔 • 裂解塔分为三段，塔顶冷凝器，将三氟化硼蒸汽冷凝到室温，并将挥发的少量苯甲醚气体冷凝回流。三氟化硼可以收集起来，也可以流入交换反应精馏塔 • 塔中 为填料，发生裂解反应 • 塔釜为加热装置，苯甲醚裂解完全有底部流出，进入苯甲醚净化塔 • 裂解温度为160℃[5] • 裂解到192h以上，硼10的含量稳定 • 理论板数越大，硼10含量越大

  17. 4.5苯甲醚净化塔 • 苯甲醚裂解产生杂质，必须对苯甲醚进行净化处理，来提高系统的分离效率 • 苯酚与苯甲醚为主要组分，需将其分离。 α=2.23 • 净化器包括一段填料塔，一个塔底再沸器及一个塔顶冷凝器 • 泡点进料 • 水作为冷凝介质 • 逆流操作 • 净化后的苯甲醚中杂质苯酚的含量要低于0.002%～0.003%，杂质由塔底取出，杂质含量约为80％。 • 由于在系统操作过程中苯甲醚不可避免的少量的裂解，造成苯甲醚的减少，因此必须对苯甲醚进行少量的补充。

  18. 结论 • 要使系统操作的顺利进行，就必须要减少苯甲醚的裂解及一些副反应的发生。最基本的方法就是干燥苯甲醚，将苯甲醚中水的含量降低到0.003％～0.005％以下。 • 另外，对于由三氟化硼作催化剂引起苯甲醚发生的分解反应，我们可以采用下列措施：（1）降低三氟化硼浓度较高区域的温度；（2）降低高温区域三氟化硼的浓度。

  19. 谢谢

  20. [1]韩莉果,于景阳,张卫江,高丰度硼同位素分离生产技术的研究进展[J];同位素;2006 (1). [2]韩莉果,于景阳,张卫江. 精馏与化学交换法分离硼同位素中液相络合剂的研究[J];化学工程；2007,35（1）:9-11 [3]王辉，张卫江，张雪梅，韩莉果等，操作条件对硼同位素分离过程的影响[J].天津大学学报；2007,40(11):1319-1322 [4]白鹏，李晓峰,李鑫刚,骆淑莉，化学交换精馏分离同位素硼10研究进展[J];化工进展；2005,24(5):471-474 [5]Yiping Huang, ShuangCheng,JiaoXu, WeijiangZhang.Research on chemical exchange process of boron isotope separation[J].Procedia Engineering.18(2011):151-156

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