Моделирование проточного реактора биокаталитического окисления фенола

Окисление органических субстратов с получением востребованных продуктов является важной частью современной химии и химической технологии. 1,4-бензохинон широко применяется для получения красителей, лекарственных препаратов, а также в качестве промежуточного продукта в основном химическом синтезе. Традиционно 1,4-бензохинон синтезируется окислением анилина сильными окислителями, что является малоэкологичным и требует использования дополнительной очистки конечного продукта. Применение ферментосодержащих катализаторов может существенно повысить экологические показатели данного процесса. В качестве фермента, возможно использование оксидоредуктаз различного строения, в том числе пероксидаз, катализирующих окисление органических субстратов пероксидом водорода. В настоящее время проблеме ферментативного окисления органических субстратов посвящено большое количество работ, однако вопрос их применения в реакторах большого объема рассмотрен недостаточно подробно, в связи с чем моделирование подобных систем является актуальной задачей современной химии и химической технологии. В статье приведены результаты моделирования проточного реактора окисления фенола пероксидом водорода с получением 1,4-бензохинона. Моделирование проводилось в среде COMSOL Multiphysics 5.3 с учетом кинетических закономерностей окисления фенола, процессов переноса вещества, а также тепловых процессов, происходящих внутри реактора. Показана возможность достижения выхода 1,4-бензохинона в 94% при длине реакционной зоны реактора в 4 м, увеличение диаметра реакционной зоны с 0,05 до 0,15 м приводит к уменьшению выхода целевого продукта до 50%, а увеличение температуры греющей стенки с 30℃ до 40℃ приводит к увеличению выхода на 15%. Увеличение начальной концентрации фенола с 0,1 моль/л до 0,8 моль/л приводит к уменьшению выхода продукта реакции 1,4-бензохинона с 94% до 50%. Что показывает необходимость добавления дополнительных реакционных зон в случае необходимости использования концентрированных растворов.