Введение к работе
Актуальность_тем_ы. Жидкофазная каталитическая гидрогенизация 2-нитро-2'-гидрокси-5'-метилазобензола (НАБ) может быть использована для промышленного производства эффективного УФ - абсорбера и фотостабилизатора полимерных материалов - 2-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазола (ВТ), известного под товарным названием Беназол П или Tinuvin Р. Предложенные в патентах каталитические системы, применяемые для проведения гидрогенизации производных 2-нитроазобензолов, не могут считаться оптимальными, поскольку обладают рядом существенных недостатков. Зависимости скорости и селективности реакции- от концентрации катализатора и НАБ, давления водорода и температуры в настоящее время практически не изучены, и существующие экспериментальная и теоретическая база процесса недостаточны для разработки технологии получения Бена-зола П в промышленных масштабах.
Особенность жидкофазной каталитической гидрогенизации 2-нитроазосоединений заключается в том, что стадии этого сложного процесса протекают как на поверхности контакта, так и в объеме раствора. Результаты исследования зависимостей скорости и селективности гидрогенизации НАБ от условий проведения процесса могут послужить отправной точкой для объяснения кинетических особенностей других гетерогенно - каталитических реакций, в ходе которых также сочетаются гетерогенные и гомогенные стадии.
Указанные выше обстоятельства определяют актуальность и своевременность постановки исследования кинетических закономерностей процесса жидкофазной гидрогенизации НАБ.
Работа выполнена в рамках координационного плана развития науки Ивановской государственной химико-технологической академии на 1996 - 2000 гг. по теме: "Термодинамика, строение растворов и кинетика жидкофазных реакций", код по ГАСНТИ: 31.17.29.
Цель работы - создание каталитической системы для гидрогенизации НАБ на базе скелетного никелевого катализатора и бинарного растворителя алифатический спирт - вода с добавками гидро-ксида натрия и подбор условий проведения процесса, обеспечивающих получение высококачественного БТ с высоким выходом.
Для достижения поставленной цели необходимо: - определить зависимость скорости и селективности гидрогенизации
НАБ от соотношения компонентов каталитической системы: алифатический спирт - вода - гидроксид натрия - никель Ренея; - установить количественную взаимосвязь скорости и селективности процесса с концентрацией НАБ, давлением водорода и температурой.
Научная новизна. Обнаружены экстремальные зависимости скорости и селективности жидкофазной гидрогенизации НАБ от концентрации гидроксида натрия в каталитической системе. Установлено что селективность процесса зависит также от концентрации НАБ причем с ее увеличением в 2-пропаноле выход БТ уменьшается, е нейтральном бинарном растворителе 2-пропанол - вода - слабо возрастает, а в присутствии гидроксида натрия наблюдается значительное повышение выхода БТ. Показано, что при увеличении концентрации скелетного никелевого катализатора и давления водорода селективность процесса по БТ заметно снижается. Обнаруженные в работе экспериментальные закономерности обобщены в кинетической модели каталитической жидкофазной гидрогенизации НАБ, учитывающей протекание отдельных стадий процесса как на поверхности катализатора, так и в объеме раствора.
Практическая значимость. Определен оптимальный состав каталитической системы (алифатический спирт - вода - гидроксид натрия скелетный никелевый катализатор) для получения Веназола П путе^ жидкофазной гидрогенизации НАБ и найдены условия проведения процесса, обеспечивающие высокий выход и качество целевого продукта. Проведены полупроизводствешшс испытания предложенной: способа, по результатам которых составлена документация: "Исход ные данные на проектирование технологии получения Беназола Г каталитическим способом" и "Технико-экономическое обоснование производства Беназола П каталитическим способом".
Результаты настоящего исследования могут быть использовань при разработке технологии получения других производных бензо триазолов, а также при изучении кинетики гетерогенно - каталити ческих жидкофазных реакций, включающих как гетерогенные, так і гомогенные стадии.
Апробация работы. Основные положения и результаты работь докладывались на VII Всесоюзной конференции "Каталитические ре акции в жидкой фазе" (Алма-Ата, 1988), конференции стран Содруже
ства по кинетике гетерогенно-каталитических реакций "Кинети-ка-5" (Иваново, 1992), XI Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии (Москва, 1997), I Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии (Химия - 97)" (Иваново, 1997), научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников ИГХТА (1989 - 1995).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных результатов работы и выводов, списка литературы из 210 наименований, 2 приложений. Работа изложена на 162 страницах, включая 20 рисунков и 26 таблиц.
В тексте приняты следующие сокращения: НАБ - 2-нитро-2'-гид-рокси-5'-метилазобензол, БТ - 2-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотри-азол (Беназол П), НО - N-оксид БТ, ТГБТ - замещенный тетрагидробен-зотриазол, ФДА - 2-фенилендиамин, АГТ - З-амино-4-гидрокситолуол, ааб и АГБ - замещенные 2-аминоазо- и 2-аминогидразобензол, НА - 2-нитроанилин, нзаб - замещенный 2-нитрозоазобензол, гааб - 2- замещенный гидроксиламиназобензол.
