丙烯腈气体与氢氧化钠溶液反应动力学

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体的出口分压与其在反应器中的停留时间关系见图3。假设该反应对丙烯腈气体分压为1级反应,由
式(2)可得1级反应的动力学方程积分式为PA—PA0exp(--kp't)。用该1级反应动力学方程对实验数
据进行拟合,发现吻合很好。已知丙烯腈的初始分压P^o为0.282 3 kPa,拟合得到70℃,65℃,
60℃和50℃时的表观化学反应速度常数愚,’分别为0.920 S~,0.755 S~,0.630 S_1和0.419 S~。
-0 2
-0.3
和50℃时的化学反应速度常数‰分别为1.301 S~,
2.
1.068 S一1,0.891 s一1和0.593 S一1。
7-。’x103/K。1
根据阿累尼乌斯方程Ink,=Inkpo—E/RT, 将上述不同温度下的化学反应速度常数忌。结果按
图5表观速度常数与温度的关系
Fig.5 The relation of rate constant with temperature
315016,China)
Abstract: Adsorption reaction of acrylonitrile and sodium hydroxide aqueous solution in bubbler was studied.Effect of residence time,temperature and sodium hydroxide aqueous solution concentration on the reaction were investigated.Kinetics of the reaction was proposed.Results showed that the gas liquid reaction rate was proportional to one power of acrylonitrile gas concentration and one-half power of the alkali concentration.Reaction active energy(36 kJ/t001)and pre-exponential factor(3.95×105 S-1) were also proposed.
关键词:丙烯腈:氨氯化钠;吸收;反应动力掌
中圈分类号:,【701
文献标识码:A
丙烯腈废气是一种高毒性、具有特殊气味的挥发性有机污染物(VOCs),我国在《大气污染物 综合排放标准》(GBl6297—1996)中规定了丙烯腈气体最高允许排放浓度不得超过26 mg/Nm3,因此 开展丙烯腈废气治理研究具有十分重要意义。丙烯腈废气的治理目前主要采用催化燃烧法和生物处理 法。李淑莲等[11以非贵金属Cu-Mn氧化物为活性组分,ZrO。作辅助活性组分的催化剂,进行了净化 丙烯腈废气的研究;孙欣欣等也对丙烯腈废气催化燃烧催化剂进行了研究[23;陈根有等[3]对丙烯腈的 最大生化去除速率进行了报道。但是,当丙烯腈的浓度较高(如2 000 mg/Nm3)时,生物处理方法 不能达到良好的处理效果;催化燃烧方法除要使用专用催化剂和助烧燃油外,工艺操作要求较高,若 操作不当,容易发生爆炸事故。而且丙烯腈的化学性质比较活泼,在加热和酸碱作用下易与水发生水 解反应,因此,开展丙烯腈气体在氢氧化钠溶液中的化学反应动力学研究,具有重要的现实意义,可 为化学吸收法治理丙烯腈废气的工程设计提供有关依据。
2.3反应动力学方程的确定
由上述的实验结果可知,丙烯腈气体和氢氧化
06
钠溶液的反应动力学方程为:
0.5
J‘
04
(一rA)=一竺竽=ks■A=kpc旨5PA (3)
0.3
L■
O.2
由图3已得到NaOH溶液浓度为0.5 kmol/ms
01
0.0
时不同温度下的表观化学反应速度常数k。’值,根
.o.1
据五。7=kpC旨5,计算可得到70℃,65℃,60℃
1 实验部分
1.1实验装置和方法 实验装置由废气配制、鼓泡反应器和浓度检测
3个部分组成,见图1。废气采用动态鼓泡法配制, 钢瓶出来的氮气经减压阀减压后,通过硅胶干燥 管,以脱除水分,然后经校准的转子流量计计量后 分成两路,一路鼓人丙烯腈液体罐(恒温水浴保 温),带出一定量的丙烯腈气体,再在气体混合罐 与氮气混合,配制成一定浓度的反应气体。鼓泡反 应器直径为20 mm,高度分别为100,75,50和 25 mm,一定流量和浓度的丙烯腈气体分别通人4
由于NaOH大量过量,溶液中NaOH浓度基本不变。设该反应与丙烯腈气体浓度CA的以次方
成正比,则反应动力学方程为:
(一rA)=一J, 半1 一kCX
(1)
U‘
若用分压PA表示,PA—CART,则
(一“)一一璺磐=kp(RT)一1px
(2)
L工‘
将丙烯腈气体通入装有NaOH溶液浓度为0.5 kmol/m3的鼓泡反应器,不同反应温度下丙烯腈气
收稿日期:2007—10-08;修订日期:2007-12-04 作者简介:王家荣(1963一),男,副教授.E-maillhgwjr@nbuc en
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化学反应工程与工艺
2008年2月
个鼓泡反应器底部,反应器内装填一定温度和浓度的NaOH溶液(大量过量,其浓度基本不变),测 定离开4个鼓泡反应器的丙烯腈气体的浓度,气体停留时间按液体装填高度除以空塔气速计算。






图3不同温度下丙烯腈出口 分压与停留时间关系
Fig.3 Acrylonitrile partial pressures under different residence times and temperatures
图4不同NaOH溶液浓度下丙烯腈出口 分压与停留时间关系
Fig.4 Acrylonitrile partial pressures under different NaOH solution concentrations
摘要:研究了鼓泡反应器中丙烯腈气体与氢氧化钠溶液的吸收反应过程.实验考察了丙烯脯气体在反应
液中停留时问、反应温度及氧氧化钠溶液浓度对反应的影响,得到了该反应速率方程.其气液反应速率与
丙烯腈气体浓度的1次方成正比,与NaOH溶液浓度的0.5次方成正比,反应活化能Ea值为36 kJ/tool,
指前因子^o值为3.95×105 S--I.
--Ink,与T-1作图,见图5。由斜率计算得到反应
活化能E口为36 kJ/mol,由截距得指前因子五p0为3.95X 105 s~。
3结 论
NaOH溶液可以作为丙烯腈气体的吸收剂,其吸收反应速度与丙烯腈气体分压的1次方成正比, 与NaOH溶液浓度的0.5次方成正比,反应活化能Ea为36 kJ/tool,指前因子为3.95×105 S~。该化 学反应动力学的研究为化学吸收法治理丙烯腈废气的工程设计提供了理论依据。
Reaction Kinetics of Acrylonitrile and Sodium Hydroxide Aqueous Solution
Wang Jiarong
(College of Chemical Engineering。Ningbo University of Technology,Ningbo
2结果及讨论
2.1丙烯腈和氢氧化钠溶液的反应 当丙烯腈废气通入装有NaOH溶液的鼓泡反
图2丙烯腈浓度标准曲线
Fig.2 Standard concentration curve of acrylonitrile
应器时,丙烯腈和NaOH发生如下反应:
CH2CHCN + NaOH +H20—CH2CHCOONa + NH3
图1丙烯腈化学吸收反应动力学装置
Fig.1 Kinetics equipments of acrylonitrile adsorption
1-N2 cylinder l 2一silica gel drying tube I 3一rotameter I 4一acrylonitrile liquid tank I 5一gas mixer l 6~9一reactors
第24卷第1期 2008年2月
化学反应工程与工艺
Chemical Reaction Engineering and Technology
文章编号:1@Ol--7631(2008)01--089--03
Vol 24.NO 1 Feb.2008
丙烯腈气体与氢氧化钠溶液反应动力学
王家荣
(宁波工程学院化工学院,浙江宁波315016)
Key words:acrylonitrile;sodium hydroxide;adsorption;reaction kinetics
万方数据
2孙欣欣,张金昌,李成岳.催化燃烧方法净化丙烯腈废气的催化剂的实验研究.北京化工大学学报,2004,31(1)t 44~50 Sun Xinxin,Zhang Jinchang,Li Chengyue.An Investigation on Different Catalysts Used for Catalytic Combustion of Acrylonitrile from Waste Gas.Journal of Bering University of Chemical Technology,2004·31(1):44~50
2.2 NaOH溶液浓度的影响 实验考察了NaOH溶液浓度对丙烯腈吸收反应的影响。设定丙烯腈气体流量为400 mL/min,反
应温度为70℃,得到不同NaOH溶液浓度时丙烯腈气体的出口分压与其在反应器中的停留时间关
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第24卷第1期
王家荣. 丙烯腈气体与氢氧化钠溶液反应动力学
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系,结果见图4。设反应对NaOH溶液浓度cB为0.5级,即k,7=志,四5,并对图4的实验结果进行 拟合,结果符合很好。