기상반응에 의한 페놀로부터 사이클로헥센 제조

Abstract

Phenol 수소화 반응에서는 phenol과 수소 gas와의 1기압에서 $Pt-Sio_2$ (0.5 wt\%) 촉매에 의한 기상 반응으로 cyclohexanol을 제조하는 공정에 대해서 연구하였다. 촉매는 이온 교환법에 의해 제조되었으며, operation은 고정 촉매층에서 실험하여 촉매양, 반응온도, feed 유량, feed mol비 등을 바꿔가며 생성물을 gas chromatograph로 분석하여 위 인자들의 상호작용이 전환율, cyclohexanol로의 선택도에 미치는 영향을 관찰하여 실제 operation상의 최적 반응조건을 구해 보았다. $$\begin{array}{lll} 반응온도 & : & 200\,^\circ\!C\\ W/F_T & : & 3.45-g hr/mol\\ Feed \quad mole 비 & : & 수소/Phenol = 10\\ 전환율 & : & 42 \%\\ Selectivity & : & 0.72 \end{array}$$ 또한 cyclohexanol 탈수 반응에서는 1기압에서 $\gamma$-alumina 촉매로 기상 반응에 의해서 cyclohexene을 제조하는 공정을 연구 하였다. 먼저 small-reactor System에서 여러가지 촉매크기에 대해서 온도, 유량, 촉매양을 바꿔가며 실험하여 물질전달 효과가 없는 영역에서 즉 촉매크기가 50-70 meh에서 kinetic data를 국하였다. 반응은 1차 비가역 반응이고 계산된 활성화 에너지와 frequency factor는 다음과 같다. $$\begin{array}{ll} A & = 3.1 \times 10^4 litor/hr-g.catalyest\\ E & = 8280 cal/mol\end{array}$$ Bench scale operation에서는 반응에 사용한 촉매가 $\frac{1}{4}" \times \frac{1}{4}"$ Cylindrical pellet type로 물질전달효과 있어, effectiveness factor를 곱하여 실제 반응속도를 계산하여 전환율을 구하였는데 실험 data와 비교한 결과 똑같은 조건에서 예상 전환율의 75-80\%로 나타났다. 이것은 반응기 내의 촉매층에서 non-is-othermal, Wall effect현상 때문이므로 실제 반응기 설계에는 이런 인자를 고려한 아래의 반응기 설계식을 제시한다. $$R = (0.17)(0.75)(3.1 \times 10^4)C^{-\frac{8280}{TR}} C_A (litor/hr-g.Catalyst)$$