Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Интенсификация химических процессов воздействием микроволнового излучения : диссертация ... кандидата технических наук : 07.00.10, 02.00.13

Год: 2003

Номер работы: 457626

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

ВВЕДЕНИЕ Микроволновым излучением (МВИ) называют диапазон частот 300 ГГц300 МГц (длина волны от 1 мм до 1

м) в электромагнитном спектре расположенный между инфракрасными и радиочастотами [1]. Международным соглашением для использования в бытовой и промышленной нагревательной аппаратуре регламентирован ряд частот: 915, 2450, 5800, 22125 МГц [2]. В большинстве микроволновых установок используется частота 2450 МГц, на которой работают бытовые микроволновые печи. Термин «микроволны» был заи

ГЛАВА 1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ НАУКИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1. Особенности микроволнового нагрева Для традиционных (термических) способов нагрева характерна передача тепла в объем вещества с его поверхности посредством теплопроводности и конвекции. Нагрев вещества традиционными способами при противопоставлении его микроволновому называют термическим, что не совсем корректно, так как микроволновый нагрев по сути тоже является термическим, о

3 119 61 56 77 153 35 68 98 77 Начало и развитие работ по созданию микроволновых установок для лабораторных исследований и промышленных процессов В настоящее время спектр применения МВИ необычайно широк - от бытовых микроволновых печей до радиолокационной и радионавигационной техники [12, 13]. В конце 1930-х гг. ленинградскими физиками под руководством Д. А. Рожанского и Ю. Б. Кобзарева были разработаны принципы импульсной радиолокации и построены первые радиолокационные станции для обнаруж

Одной из областей применения МВИ в науке является метод исследования структуры молекул в газовой фазе — микроволновая спектроскопия. Это один из нечасто применяемых химиками-органиками методов исследования структуры молекул в газовой фазе. Несмотря на это, в химической литературе можно найти обширные сводки экспериментальных данных по строению молекул, полученных этим методом на основе анализа вращательных спектров молекул [37-55]. В университете Ульм (Карлсруе, Германия) создана база данных

Некоторые химики еще в 1970-80-е гг. в своих лабораториях пользовались бытовыми микроволновыми печами для сушки солей, отверждения полимеров и т. п., однако ни у кого не возникало идеи использовать эти печи в качестве источника энергии для проведения химической реакции. Поэтому началом использования МВИ в качестве источника энергии для проведения органического синтеза принято считать 1986 год, когда появились первые работы R. N. Gedue [95] и R. J. Giguere [96], показавшие эффективность примен

Все недостатки применения бытовой техники в исследовательских целях побудили ученых взяться за создание микроволновых установок, удобных и безопасных для проведения органического синтеза. Наиболее совершенные лабораторные установки были созданы австралийскими учеными совместно с СЕМ Corp. (США). Это CMR (continious microwave reactor) - микроволновый реактор непрерывного действия [2, 99] и MBR (microwave batch reactor) - микроволновый реактор периодического действия [2].

В установке для проведения непрерывного процесса мощностью 600-800 Вт (рис.

6) реакционная смесь подается под давлением в змеевик, расположенный в зоне микроволнового нагрева, затем через теплообменник в сборник продуктов. Установка оборудована средствами измерения температуры и давления, клапанами регулировки давления и микропроцессорным устройством, с помощью которого задаются параметры (скорость подачи реагентов, температура нагрева и охлаждения), которые могут быть изменены в ходе п

Рабочие параметры установки периодического действия (рис.

7): 1200 Вт, о объем 20-100 мл, температура до 260 С, давление до 10 МПа. Ее основные особенности: устройство для определения поглощенной и отраженной энергии, устройство нагрузки для максимального поглощения вводимой энергии, система непосредственного измерения температуры и давления, мешалка, система ввода и вывода реакционной смеси в ходе нагрева, химически инертные поверхности, возможность проведения реакции при атмосферном

А. Loupy показана возможность использования микроволнового минерализатора Maxidigest MX 350 фирмы «Prolabo» (Франция) для проведения химического синтеза [101]. Он приводит сравнение эффективности монои мультимодового реакторов на примере реакции декарбоксилирования диэтилового эфира фенилпропандиовой кислоты, из которого видна энергетическая выгода использования мономодового реактора (табл. 5). PhCH2CH(C02Et)2 ^ PhCH2CH2C02Et Таблица 5 Влияние способа нагрева на выход этилового эфира фенилнр

Известно, что в аналитической химии МВИ начали использовать несколько раньше, чем в органической - в 1970-е гг. [102-105]. Для быстрого проведения процессов пробоподготовки, кислотного сжигания, экстракции различных природных и синтетических образцов рядом зарубежных и отечественных производителей выпускаются различные лабораторные микроволновые установки, в частности, микроволновые минерализаторы или дайджесты. • Микроволновые дайджесты, предназначенные для подготовки к анализам на приборах

При проведении химических экспериментов в условиях повышенного давления необходимо использовать реакционные сосуды, которые должны быть химически инертны, проницаемы для микроволн, термои бароустойчивы. Наиболее часто исследователи использовали толстостенные запаянные трубки из боросиликатного или пирексового стекла [115], которые помещали в теплоизолирующий материал (вермикулит) или в автоклав Парра [1] в целях безопасности. «Парр» [116] и «СЕМ Corp.» (США) [117] разработали специальные кисл

1.2.3. Микроволновых реакционные устройства для процессов химии и нефтехимии Приводятся примеры реакторов и технологий, основанных на использовании МВИ в качестве энергоносителя для проведения различных химических и нефтехимических процессов, разработанные сотрудниками и аспирантами кафедры общей химической технологии Стерлитамакского филиала УГНТУ. Расчет, конструкционные особенности и применение разработанных реакционных устройств подробно изложены в диссертациях [10, 118, 121, 122]. С цель

3.1. Микроволновые установки для сушки соединений металлов и регенерации цеолитов Способность МВИ быстро и эффективно удалять влагу из нагреваемого объекта, не вызывая в нем каких-либо изменений, дает возможность использовать этот вид энергии практически в любой сфере человеческой деятельности. Микроволновый нагрев твердых материалов, как правило, основан на диэлектрическом нагреве и испарении содержащейся в них воды. Причем глубина проникновения МВИ в высушиваемый материал обратно про

Авторы [10, 129, 130] использовали микроволновый нагрев для сушки минеральных солей, а также разработали технологию процесса сушки посредством микроволнового нагрева и принципиальную схему конструкции ленточной сушильной микроволновой установки. В отличие от известных сушильных установок в разработанной конструкции микроволновой сушилки предлагается шнековая загрузка материала с применением формующей головки, что позволяет осуществить варьирование высоты слоя среды в зависимости от его электр

3. Микроволновый реактор для регенерации цеолитов Отмечена высокая эффективность использования МВИ в процессах регенерации катализаторов и сорбентов, в частности активированного угля, силикагеля и цеолитов [133-137]. Коэффициент полезного действия используемого в промышленности реактора для регенерации цеолитов составляет 11% [10]. Основным недостатком этого реактора является то, что используется лишь незначительная часть тепловой энергии, вводимой в реактор с нагретым газом и идущей на нагре

3.2. Термокаталитические процессы с применением микроволнового излучения Авторы работ [121, 140-142] сконструировали микроволновый реактор для проведения гетерофазных эндотермических процессов и лабораторную микроволновую установку, предназначенная для дегидрирования w-бутенов в бутадиен-1,3. Процессы, протекающие при дегидрировании, описываются уравнением: СН2=СН-СН2-СНз1 > СНз-СН=СНЬСНзГ .

-СН2=СН-СН=СН2 + Hz н-бутены бутадиен-1,3 Процессы дегидрирования н-бутана и н-бутен

Процесс обжига известняка, осуществляемый в настоящее время в шахтных печах путем сжигания угля в качестве теплоносителя, является энергоемким и экологически опасным. Процесс разложения (диссоциации) известняка протекает с поглощением тепла и является обратимым. Он будет протекать только в том случае, если равновесное давление выделяющегося в процессе разложения СОг будет превышать парциальное давление СОг в окружающей газовой фазе. СаСОз ^ » СаО + СОг + Q В нефтеперерабатывающей промышл

1.2.

3.4.1.Устройство для испарения жидких сред Авторами [150, 151] разработано микроволновое устройство, предназначенное для испарения жидких сред (рис,

16) для применения в ректификации смесей нефтепродуктов в качестве выносного или встроенного кипятильникаиспарителя. ' Для вещества, преобразующего МВИ в тепло и передающее его испаряемой среде, авторы работы предложили название «термотрансформатор». Термотрансформатором может служить любой материал, являющийся активным приемником МВИ. Облу

Устройство для подготовки перегретого пара с использованием в качестве источника энергии МВИ (рис.

17) [152] состоит из парогенератора 1, генератора МВИ 5 (магнетрон 6 и блок питания

7) и волновода 8. Волновод, представляющий собой трубу диаметром 300 мм крепится к штуцеру ввода МВИ 14 в парогенератор посредством фланцевого соединения. Между фланцевыми соединениями волновода и штуцера 14 находится фторопластовая мембрана 11, проницаемая для МВИ и препятствующая попаданию паровой ф

Найдено практически ценное применение МВИ для термообработки ip}'Mтов с целью их укрепления в местах прокладки трубопроводов. В результате многообразия физико-химических процессов, протекающих в грунте во время их термообработки, он приобретает прочность, свойственную кирпичу или искусственному камню [153]. Исследования с целью изучения изменений состава, структуры и свойств грунтов в результате их термообработки под воздействием МВИ проводились на кафедре «Сооружение газонефтепроводов, газох

МВИ начали использовать для лабораторного синтеза органических соединений в 1986 г., что было связано с появлением первых публикаций [95, 96], показавших приемлемость и эффективность использования энергии микроволн для синтеза органических соединений. Несколько раньше, в 1970-х гг. некоторые химики использовали бытовые микроволновые печи для синтеза полимеров: акриловой смолы, полиимидной пены, эпоксидной смолы и др. [1, 120]. С тех пор количество научных публикаций, посвященных исследованиям

При проведении эксперимента в открытой микроволновой системе используют традиционные колбы Эрленмейера или пробирки из пирексового стекла. Чаще всего такие эксперименты проводят в бытовых печах, приспособленных к условиям химического синтеза. Измерение температуры осуществляется периодически во время выключения МВИ или после окончания процесса. К достоинствам такой системы можно отнести максимальное приближение к условиям термического эксперимента и поэтому корректность сравнения результатов

Проведение микроволнового синтеза в закрытой системе, т.е. в условиях повышенного давления, позволяет получить наиболее впечатляющие результаты: ускорение реакций до 1000 и более раз [168]. Для создания повышенного давления реакции проводят в запаянных ампулах, толстостенных стеклянных (пирексовых, боросиликатных) трубках или специально сконструированных для микроволновых экспериментов сосудах с завинчивающимися крышками (рис. 9,

10) [1]. Недостаток метода - частые случаи взрывов запаян

При помощи микроволнового нагрева удается интенсифицировать и твердофазные химические реакции [170, 171]. Поскольку теплоперенос в твердофазных системах осуществляется исключительно за счет теплопроводности, то объемный тепловой эффект микроволнового воздействия в данном процессе исключит температурные градиенты, возникающие при термическом нагреве реакционной смеси. Большую эффективность показало использование в микроволновых реакциях твердых носителей. В качестве носителей, являющихся прием

Найден способ микроволнового нагрева инертных к МВИ реагентов путем использования активатора. Активатор служит приемником излучения и передатчиком тепла реакционной смеси. Так в реакции разложения солен карбоповых кислот, которые незначительно нагреваются посредством микроволнового воздействия (до 10-30 С), с целью получения кетонов в качестве активаторов были использованы NiO, CuO, Рез04 и уголь. Из них наилучшие результаты показали уголь и оксид железа, при использовании которых в концентра

Наиболее информативной видится систематизация микроволновых синтезов по видам химических превращений [177, 178]. Для сравнения эффективности использования МВИ приводятся данные по продолжительности реакций и выходу целевых продуктов для двух способов нагрева: микроволнового и термического. 1. Алкилирование

1.1. О-алкилирование СН3СО2К + CsHijBr ^ CHsCOaCsHij + КВг 1 В реакции алкилирования ацетата калия 1-бромоктаном выход октилацетата 1 при термическом нагреве (100 С, 5

ч) соста

2.3. Микроволновый синтез металлоорганических и неорганических соединений Известно, что воздействию МВИ подвергаются не только жидкости, но и многие твердые вещества, достигающие значительной температуры в течение короткого времени (табл.

27) [242]. Таблица 27 Результаты нагрева твердых образцов в микроволновой печи (2450 МГц) Образец 25 г, 1кВт А1 С СО2О3 CuCl РеС1з МпСЬ NaCl Ni NiO SbCb SnCb SnCU ZnCb Температура, "C 577 1283 1290 619 41 53 83 384 1305 224 476 49 609 Время, мин 6

2.3.1. Металлоорганический синтез Много работ в микроволновой химии посвящено использованию МВИ в синтезе металлоорганических соединений [197, 247-250]. Ряд металлоорганических комплексов синтезирован в герметичных тефлоновых сосудах со сбросом давления, главным образом с использованием в качестве растворителя этанола (табл.

28) [197]. Ряд димеров Rh(I) и Ir(I), широко используемых в металлоорганическом синтезе, был получен с высокими выходами (табл.

29) при нагреве МВИ продолжите

2.4. Обсуиедение микроволновых эффектов Факторами, оказывающими непосредственное влияние на скорость нагрева МВИ, являются природа вещества, объем реакционной смеси (чем меньше объем вещества, тем быстрее оно будет нагреваться), присутствие примесей, а также мощность излучения и особенности микроволновой установки [169]. С появлением первых публикаций в области микроволновой химии между учеными возникла дискуссия о причинах ускорения реакций под действием 101 МВИ. Является ли это ускорение де

Из доступного нефтехимического сырья — стирола и формальдегида получают 4-фенил-1,3-диоксан. Ацетилирование 4-фенил-1,3-диоксана уксусным ангидридом приводит к получению 1,5-диацетокси-3-фенил-2-оксапентана V [265]. В настоящей работе изучен гидролиз соединения V с целью получения 1фенилпропан-1,3-диола VIII, который может быть использован как фиксатор запаха и полупродукт в синтезе душистых веществ [259]. Известно, что при гидролизе непосредственно 4-фенил-1,3-диоксана не удается получить ди