TW-GY317甲苯氧化制苯甲酸實(shí)驗(yàn)裝置

探索TW-GY317甲苯氧化制苯甲酸實(shí)驗(yàn)裝置的教學(xué)應(yīng)用

在精細(xì)有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有一臺(tái)設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置可謂事半功倍。

作為職業(yè)院校的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教師，我多年來(lái)一直致力于尋找能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的教學(xué)設(shè)備。TW-GY317甲苯氧化制苯甲酸實(shí)驗(yàn)裝置 正是這樣一種教學(xué)工具，它不僅能夠幫助學(xué)生理解甲苯氧化制苯甲酸的工藝原理，更能培養(yǎng)他們的實(shí)際操作能力和工程思維。

01 實(shí)驗(yàn)裝置的教學(xué)定位

在應(yīng)用化工技術(shù)專業(yè)的教學(xué)中，甲苯氧化制苯甲酸實(shí)驗(yàn)具有重要地位。根據(jù)《精細(xì)有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱，苯甲酸的制備是必開(kāi)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，需要10學(xué)時(shí)完成。

這一實(shí)驗(yàn)旨在讓學(xué)生掌握甲苯氧化制備苯甲酸的原理方法，熟練機(jī)械攪拌操作，并復(fù)習(xí)重結(jié)晶、減壓過(guò)濾等基本操作技能。

TW-GY317實(shí)驗(yàn)裝置完美契合這些教學(xué)要求，它將工業(yè)生產(chǎn)中的甲苯液相氧化工藝微型化、教學(xué)化，使學(xué)生在安全可控的環(huán)境中體驗(yàn)真實(shí)的化工生產(chǎn)過(guò)程。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法存在諸多不足，如反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低、操作不便等。有研究表明，通過(guò)改進(jìn)催化劑和反應(yīng)條件，可將反應(yīng)時(shí)間縮短至2小時(shí)，產(chǎn)率提高至67%。

而TW-GY317裝置通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升了實(shí)驗(yàn)效率。

02 裝置結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)

TW-GY317甲苯氧化制苯甲酸實(shí)驗(yàn)裝置采用一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積僅為1500×550×1700mm，非常適合實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

裝置主體包括反應(yīng)器、無(wú)油空壓機(jī)、混合器、原料罐、產(chǎn)品槽、冷凝器、油水分離器等組件，全部采用304不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕、壽命長(zhǎng)。

核心部件鼓泡塔反應(yīng)器設(shè)計(jì)科學(xué)，直徑50mm，高度350mm，外壁纏繞電熱帶供熱，功率500W，通過(guò)數(shù)字式智能溫度控制器實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溫控。

裝置的壓力和流量參數(shù)也經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)范圍60-600L/h，壓力表量程0-0.6MPa，完全能滿足甲苯氧化反應(yīng)的條件需求。

同時(shí)，無(wú)油氣體壓縮機(jī)確保進(jìn)氣純凈，額定排氣壓力0.3MPa，流量范圍0.2-0.9m3/h，為反應(yīng)提供穩(wěn)定氣源。

03 工藝流程與實(shí)驗(yàn)操作

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，我們需要準(zhǔn)備甲苯作為原料，空氣作為氧化劑，環(huán)烷酸鈷（鈷含量11%）作為催化劑，苯甲醛作為引發(fā)劑。

實(shí)驗(yàn)流程一般分為以下幾個(gè)階段：

首先開(kāi)啟無(wú)油空壓機(jī)，將空氣通入系統(tǒng)，調(diào)節(jié)流量至適當(dāng)值。然后啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，使反應(yīng)器溫度逐步升高到反應(yīng)所需的165℃左右。

接下來(lái)，將甲苯、催化劑和引發(fā)劑的混合物引入反應(yīng)器，在鼓泡塔中，甲苯與空氣充分接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)生成苯甲酸。

反應(yīng)過(guò)程中，可以通過(guò)觀察壓力表和流量計(jì)的變化，了解反應(yīng)進(jìn)程。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)冷凝器冷卻后，進(jìn)入油水分離器，最終得到苯甲酸粗產(chǎn)品。

反應(yīng)結(jié)束后，粗產(chǎn)品還需經(jīng)過(guò)重結(jié)晶提純，才能得到純凈的苯甲酸產(chǎn)品。這一過(guò)程也鍛煉了學(xué)生的精細(xì)操作能力。

04 教學(xué)應(yīng)用與技能培養(yǎng)

這一實(shí)驗(yàn)裝置在我們的教學(xué)中發(fā)揮了多重作用。它不僅能幫助學(xué)生理解氣液反應(yīng)器的特點(diǎn)，掌握甲苯液相氧化的反應(yīng)規(guī)律，還能培養(yǎng)多方面的工作能力。

通過(guò)測(cè)定苯甲酸的濃度，學(xué)生學(xué)會(huì)了分析方法的運(yùn)用；通過(guò)觀察反應(yīng)過(guò)程中的溫度、壓力和流量變化，他們掌握了工藝參數(shù)的控制方法。

更為重要的是，這套裝置為學(xué)生提供了工程思維的訓(xùn)練平臺(tái)。

他們需要思考如何優(yōu)化反應(yīng)條件，如何提高產(chǎn)率，如何保證操作安全——這些都是未來(lái)工作中必備的技能。

我們常常引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比不同條件下反應(yīng)結(jié)果的變化，比如改變催化劑用量、反應(yīng)溫度或時(shí)間，觀察對(duì)產(chǎn)率的影響。

這種探究式學(xué)習(xí)能夠培養(yǎng)他們的科研意識(shí)和創(chuàng)新能力。

05 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與安全保障

在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我們也對(duì)原有實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了一些改進(jìn)。比如引入相轉(zhuǎn)移催化劑，如BTEAC，用量0.6g，反應(yīng)時(shí)間2小時(shí)，可明顯提高產(chǎn)率。

另外，將氧化劑的加料方式從分批添加固體改為滴加溶液，減少了約25%的高錳酸鉀用量，同時(shí)使實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短了2小時(shí)。

安全永遠(yuǎn)是第一位的。TW-GY317裝置在設(shè)計(jì)上充分考慮了安全保障，多項(xiàng)操作及溫度、壓力、流量的顯示、調(diào)節(jié)、控制都在控制屏面板集中進(jìn)行，降低了操作風(fēng)險(xiǎn)。

裝置需連接冷卻水，電壓AC220V，功率4.0KW，符合實(shí)驗(yàn)室的公用設(shè)施條件。我們要求學(xué)生操作前必須熟悉設(shè)備，了解應(yīng)急處理措施，確保實(shí)驗(yàn)安全進(jìn)行。

06 產(chǎn)業(yè)聯(lián)系與職業(yè)準(zhǔn)備

甲苯液相空氣氧化法制苯甲酸是重要的工業(yè)生產(chǎn)工藝。在工業(yè)生產(chǎn)中，反應(yīng)溫度約為165℃，壓力0.6-0.8MPa，使用鈷鹽或錳鹽作為催化劑。

通過(guò)TW-GY317裝置的訓(xùn)練，學(xué)生能夠提前了解實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的流程和條件，為未來(lái)就業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

從產(chǎn)業(yè)應(yīng)用角度看，苯甲酸作為一種重要的精細(xì)化學(xué)品，被廣泛用作防腐劑、抑菌劑、飼料酸化劑和防霉劑，在樹(shù)脂增塑劑和調(diào)香劑中也有應(yīng)用。

讓學(xué)生了解這些背景知識(shí)，有助于他們認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)的意義和價(jià)值，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

這種貼近產(chǎn)業(yè)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，能夠幫助學(xué)生順利過(guò)渡到工作崗位，縮短企業(yè)培訓(xùn)時(shí)間，提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合是我們職業(yè)教育的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生在使用TW-GY317裝置后，不僅對(duì)甲苯氧化反應(yīng)原理有了直觀理解，更建立起完整的工藝思維。

這套裝置所培養(yǎng)的動(dòng)手能力、分析能力和工程思維，將伴隨學(xué)生走向工作崗位，成為他們職業(yè)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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