乙二醇法制备乙撑胺工艺过程的模拟与优化

摘要

乙撑胺是乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等和环状胺类，如哌嗪、氨乙基哌嗪、羟乙基哌嗪等的总称。主要高附加值产物为乙二胺和哌嗪。乙二胺和哌嗪是市场前景良好的大宗工业产品和精细化工中间合成体。现阶段中国乙二胺和哌嗪工艺技术仍然处在相对落后状态，国内企业存在厂区规模小、资金匮乏、能量消耗与产出不成比例、产品纯度不高的缺点。因此，本文主要研究乙撑胺的反应工艺及产物中共沸物的分离问题:
　　1模拟了乙二醇法制备乙二胺的无氧反应和有氧反应工艺。得出结论:在热力学上醇的氧化是个不利过程，氧气与氢气反应的放热量大于醇氧化为醛反应的吸热量。氧气的加入可以明显地缩短反应时间，降低反应所需要的温度。
　　2系统地分析了乙二胺-水共沸体系的理论分离依据。对乙二胺-水体系的萃取分离，共沸分离，双效变压分离工艺进行了模拟与优化。模拟结果显示:萃取精馏模拟乙二胺的质量分数可达98％，再沸器能耗1258kw;共沸精馏模拟乙二胺的质量分数可达99％，再沸器能耗2280 kw;双效变压精馏产品中乙二胺的纯度≥99.99％，再沸器能耗72 kw。
　　3采用乙二醇-乙二胺法制备哌嗪，该工艺所需催化剂无贵金属，可以连续进行生产。对哌嗪的生产和哌嗪-水体系的精制工艺进行了模拟与优化。模拟结果如下:采用共沸分离法得到无水哌嗪，分离剂选用环己烷，共沸剂加入量为17kmol/h，哌嗪质量分数≥98％，达到了分离要求。
　　在乙二胺和哌嗪合成工艺过程中，本文采用乙二醇法代替了乙醇胺和二氯乙烷法，缩短了生产周期，避免了工艺流程中设备腐蚀的问题;采用变压精馏分离乙二胺为乙二胺的提纯提供了新思路，在很大程度上降低了乙二胺分离过程中的能量损耗。

目录

摘要

前言

1 文献综述

1．1 国外乙撑胺的发展

1．2 国内乙撑胺发展现状

1．3 乙二胺简介

1．3．1 乙二胺的应用

1．3．2 乙二胺生产工艺

1．4 哌嗪

1．4．1 哌嗪的应用

1．4．2 哌嗪生产工艺

1．5 三乙烯二胺

1．5．1 三乙烯二胺的应用

1．5．2 三乙烯二胺制备工艺

1．6 本文研究内容

2 模型分析与验证

2．1 化工模拟软件的发展历程

2．2 化工过程稳态模拟简介

2．3 化工流程模拟软件Aspen Plus简介

2．4 热力学方程的分类

2．5 本文物性方法的选择

2．6 模型验证

2．7 小结

3 乙二醇生产乙二胺工段

3．1 无氧反应

3．2 有氧反应

3．3 无氧反应与有氧反应的比较

3．4 总结

4 乙二胺与水的分离

4．1 萃取精馏

4．1．1 萃取精馏模拟优化

4．1．2 小结

4．2 共沸精馏

4．2．1 共沸剂的选择

4．2．2 共沸萃取工艺流程

4．2．3 共沸精馏塔的模拟优化

4．2．4 小结

4．3 双效变压精馏

4．3．1 乙二胺-水共沸组成分析

4．3．2 双效变压精馏萃取模拟

4．3．3 小结

4．4 三种分离工艺比较

4．5 多乙烯多胺的分离

4．6 小结

5 哌嗪-三乙烯二胺工段

5．1 哌嗪-三乙烯二胺生产流程

5．2 哌嗪分离现状研究

5．2．1 国内哌嗪分离工艺

5．2．2 国外哌嗪分离工艺

5．3 哌嗪工艺的优化模拟

5．3．1 环己烷共沸剂加入量的优化

5．3．2 塔板数对共沸精馏的影响

5．3．3 进料位置对共沸精馏的影响

5．3．4 D／F对共沸精馏的影响

5．3．5 T3塔塔板数的模拟优化

5．3．6 T3塔塔顶流出率的模拟优化

5．4 三乙烯二胺的优化

5．4．1 T4塔塔板数的优化

5．4．2 T4塔D／F优化

5．5 小结

结论与展望

参考文献

致谢

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