Разработка метода синтеза сорбита на модифицированных никелевых катализаторах Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

химия

Вестник Омского университета, 2003, №1, с. 37-38.

© Омский государственный университет УДК 541.128.542.941

РАЗРАБОТКА МЕТОДА СИНТЕЗА СОРБИТА НА МОДИФИЦИРОВАННЫХ НИКЕЛЕВЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ

Н.К. Надиров, К.А. Уразбаева, Н.Т. Шертаева

Юоюно-Казахст.анский государственный университет им. М. Ауезова, кафедра химии Республика Казахстан, 486005, Шымкент, пр. Тауке-хана, 5

Получена 21 ноября 2002 г.

The purpose of this analysis is to increase activity of the skeletal Ni - 50% Al catalyst by its modification with ferromolybdenum and ferrochromium. As a result of this analysis it was ascertained that the use of Ni -50% Al catalyst modified with ferromolybdenum is the most perspective, as in this case the catalyst's stability rises 1,4 times more and it is possible to lead the process under 5 MPa and 100 centigrade degrees.

Полиолы широко применяются в различных отраслях народного хозяйства: химической, пищевой, медицинской, парфюмерной промышленности [1].В связи с этим внимание многих исследователей направлено на поиск новых возможностей синтеза полиолов, в частности сорбита, на базе промышленно доступного сырья.

Одним из реальных путей получения полиолов является каталитическое гидрирование углеводов. В настоящее время для проведения этой реакции в основном используются никелевые катализаторы (нанесенные и скелетные) [2]. В последнее время стали актуальными разработка новых каталитических систем для гидрирования глюкозы и использование в качестве модификаторов в исходные каталитические системы -ферросплавов [3].

Цель исследований, отраженных в этой статье, - повышение активности скелетного 50%-го сплава Ni — А1 катализатора путем модифицирования его ферромолибденом (ФМо) и феррохромом (ФХ).

Опытные исследования осуществлялись на проточной лабораторной установке колонного типа, основной частью которой был реактор из нержавеющей стали, снабженный электрообогревателем. В каталитическую камеру загружали 130 см сплава-катализатора с размером гранул 3-7 мм [4].

Во избежание местных перегревов в нижнюю часть реактора (место поступления водорода и глюкозы) помещали керамические шарики. Размеры зерен и высоту слоя катализатора выбирали

так, чтобы процесс протекал в условиях наилучшего вытеснения и уменьшения градиента концентраций, температур и скоростей потока.

В, г/г-ч

0,8 0,7

0 1 I 1 1 Г--1-

0,3 0,5 0,7 0^9 U 1,5 V, л'л-ч

Рис. 1. Зависимость удельной производительности катализатора В от скорости подачи глюкозы V

Выщелачивание сплава проводили вне реактора, в круглодонной колбе, вместимостью 2 л. Степень выщелачивания определяли по показанию газового счетчика. После выделения рассчитанного количества водорода, эквивалентного растворению из сплава 30% алюминия, выщелачивание прекращали. Катализатор отмывали дистиллированной водой до рН = 7 и помещали в реактор. Изучали влияние скорости подачи жидкого реагента (рабочего раствора) на степень превращения глюкозы. В интервале скоростей подачи сырья 0,1 — 0,9 л/л• кат-ч наблюдается полное превращение глюкозы. Дальнейшее увеличение скорости подачи глюкозы приводит к

38

H.K. Надиров, К.А. Уразбаева, Н.Т. Шертаева.

снижению степени превращения до 75%.

Условия опыта: 15%-й раствор глюкозы, 115 ° С, скорость подачи глюкозы - 0,8 л/л • кат • ч, скорость барботажа водорода - 120 ч.

С целью более точного определения скорости подачи сырья была получена зависимость удельной производительности катализатора от скорости подачи рабочего раствора (см. рис. 1): наибольшая производительность катализатора достигается в интервале 0,7-0,9 л/л • кат-ч. Оптимальной скоростью подачи сырья выбрана скорость, равная 0,8 л/л-кат-ч.

Влияние давления водорода на степень превращения глюкозы П в сорбит иллюстрируется на рис. 2.

при 10 МПа.

Из таблицы видно, что по сравнению с промышленным АГг — А1 — Тг катализатором, N7, — А1 — ФМо катализатор проработал в 1,5 раза дольше.

Итак, для замены промышленного АTi—Al—Ti катализатора в процессе гидрирования глюкоз-ных гидролизатов можно применить два катализатора: М, — А1 — ФМо и Ыг — А1 — ФХ.

Перспективнее применение никелевого катализатора, промотированного ферромолибденом. Стабильность такого катализатора в 1,4 раза выше, гидрирование можно проводить при 5 МПа и 100 °С.

Промотируюгцее влияние ферромолибдена объясняется тем, что он изменяет фазовый состав исходных сплавов и катализаторов и тем самым способствует формированию на поверхности новых активных центров, отличающихся по химической природе.

Таким образом, разработан метод синтеза модифицированных ферромолибденов, феррохро-мов никелевых катализаторов для получения продуктов гидрирования глюкозы. Обнаружена определенная корреляция между физико-химическими и каталитическими свойствами разработанных систем.

Рис. 2.

Результаты гидрирования глюкозы на стационарных сплавных катализаторах

Состав Относительная Количество

Катализатор катализата продолжитель- выработанной

ность опыта, продукции,

сорбит глюкоза сут. кг

Ni -AI- Ti

промышленный 86,4 13,6 34 202x1,5

Ni -AI- ФМо 92,2 7,8 51 303

Ni — AI — ФХ 95,0 5,0 30 245

Условия опыта: 15%-й раствор глюкозы, 115 ° С, скорость подачи глюкозы - 0,8 л/л • кат • ч, пропускание водорода - 120 ч., катализатор Ni — AI — ФМо, катализатор Ni — AI — ФХ, промышленный катализатор Ni — AI — Тг.

Линейная зависимость между этими величинами сохраняется в диапазоне 0,5-5 МПа, а при высоких давлениях нарушается. При увеличении давления водорода в системе скорость его воспроизводства на поверхности катализатора увеличивается, и это способствует возрастанию скорости реакции и увеличению выхода сорбита. В изученном интервале порядок реакции по водороду изменяется от первого до нулевого. Для Ni — AI — ФМо катализатора 100% превращение глюкозы достигается уже при 5 МПа, для Ni — AI — ФМо - при 8 МПа и для промышленного катализатора

1. Надиров Н.К., Слуцкин Р.Л. Каталитическое гидрирование и гидрогенолиз углеводов. М.: Химия, 1976. 192 с.

2. Гильденбранд Е.И., Фасман А.Б. Скелетные катализаторы в органической химии. Алма-Ата: Наука КазССР, 1982. 133 с.

3. Утельбаев Б.Т., Султанов П.А., Кедельбаев Б.Ш. и др. Использование отходов металлургических заводов при восстановлении органических соединений //Наука и образование Южного Казахстана. 1998. № 6(13). С. 158-160.

4. Надиров Н.К., Идрисов А.И., Исаев Т.А., Кедельбаев Б.Ш. Гидрирование моносахаридов в проточной установке с интенсивным перемешиванием // Химические реакторы. Шымкент, 1983. 350354 с.