阅读资料二 反应温度的控制

温度在影响化学反应的诸多因素中是最重要的,温度影响化学反应的速度、反应方向与产物、副反应的发生与否以及副反应的多少。例如,提高反应温度可以加快反应速度,缩短反应时间,进而缩短生产周期,提高劳动生产率。但是升高温度时副反应也相应增多,即常常使反应物、中间体或产物发生分解或产生更多更复杂的副反应,特别是对化学活泼性较大的反应物、中间体或产物,从而导致产品的收率降低。

在阿司匹林生产中的乙酰化反应,提高反应温度能加快反应速度,但是,水杨酸也能与阿司匹林作用生成乙酰水杨酰水杨酸,该反应速度随着温度的升高而加快;另外,当反应温度达到90℃时,两分子阿司匹林分解而得到水杨酰水杨酸和乙酐,这是一个不可逆反应,并随着反应温度升高分解速度增加。因此,在实际生产中所采用的反应温度为80℃,不得超过88℃,既要考虑乙酰化反应速度,又要考虑到副反应。

提高反应温度的同时,也提高了大工业生产中对设备材料、加热方式的要求,同时也会缩短设备的使用寿命等。最适宜温度的确定应从单元反应的反应机理入手,综合分析正、副反应的规律,反应速度与温度的关系,以及经济核算,通过实验确定最终反应温度。对于新反应,往往从室温开始,若无反应发生,则逐步升高温度或延长反应时间;若反应过快或过于激烈,可以通过降温或控温使反应缓和进行。

对于实验室小试规模,低温方式一般选用冰/水(0℃)、冰/盐(-10~-5℃)、干冰/丙酮(-60~-50℃)、液氮(-196~-190℃);加热可以选用电热套或电炉、油浴、水浴等。

在工业生产上加热通常用蒸汽加热。由于设备的耐压能力有限,例如搪玻璃罐的正常使用压力为6Pa,而蒸汽温度与压力有对应关系(表2-1),一般希望反应温度在150℃以下,超过150℃则往往使用电加热釜或控温油浴来完成,但是反应的体积不宜太大。对于低温或冷却要求,工业上常用冷却水冷却,对于0℃以下的反应,则需要有冷却设备。因此,只要有可能,总希望反应在接近室温时进行。

表2-1 一定压力下饱和水蒸气对应的温度值