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    考慮不同產(chǎn)品選擇性目標(biāo)的乙醇胺反應(yīng)精餾塔模擬與優(yōu)化

    2020-05-15 03:12:28劉丹安然安維中林子昕別海燕
    化工學(xué)報 2020年3期
    關(guān)鍵詞:乙醇胺沸器精餾塔

    劉丹,安然,安維中,林子昕,別海燕

    (中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東青島266100)

    引 言

    乙醇胺是一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)3 種同系物的統(tǒng)稱。由于乙醇胺分子中含有胺基和羥基,同時具有胺與醇的化學(xué)性質(zhì),所以該類產(chǎn)品具有特殊的性質(zhì),被廣泛應(yīng)用于表面活性劑、紡織化學(xué)品、氣體凈化劑、石油添加劑等工業(yè)領(lǐng)域[1-3]。

    目前,乙醇胺的主要合成路線是以水為催化劑的環(huán)氧乙烷(EO)氨解法[4-5],即環(huán)氧乙烷與氨反應(yīng)生成3 種混合產(chǎn)品,產(chǎn)物經(jīng)過精餾后得到高純度的MEA、DEA 和TEA。在乙醇胺行業(yè)中,市場對MEA、DEA 和TEA 的需求量是不同且變化的,這涉及到如何調(diào)整生產(chǎn)工藝來滿足生產(chǎn)出不同種類乙醇胺產(chǎn)品的問題。然而由于乙醇胺的合成反應(yīng)具有平行-連串反應(yīng)的特點,且生成DEA 和TEA 的反應(yīng)速率要高于生成MEA 的反應(yīng)速率(水為催化劑),所以傳統(tǒng)的通過調(diào)節(jié)氨與EO 的反應(yīng)配比和改變水進料量的方法很難適應(yīng)不同品種乙醇胺產(chǎn)品的要求。針對如何提高MEA 選擇性的問題,目前多數(shù)工藝采用增大進料氨烷比的方法。Hammer 等[6]采用帶有冷卻的管式反應(yīng)器,將EO 分成多份在反應(yīng)器的不同位置多點加入,當(dāng)氨烷比為7.6 時,MEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升至58.7%。吳兆立等[7]開發(fā)的工藝采用液液管式反應(yīng)器,將反應(yīng)物按一定比例進入低溫混合器中充分混合后送入反應(yīng)器,當(dāng)進料氨烷比為10∶1 時,MEA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)76.63%。有文獻報道通過改變工藝參數(shù)和開發(fā)新的催化劑來提高MEA 選擇性,如Gibson 等[8]提出了一種在超臨界狀態(tài)下氨與環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成高MEA 收率的生產(chǎn)工藝,Watanabe 等[9]提出通過氨水和EO 在一種氨的碳酸鹽存在下的反應(yīng)工藝,該工藝氨烷比為3.51,可提高MEA 選擇性至74%。

    在如何提高DEA 選擇性方面,由于改變進料氨烷比對DEA 選擇性幫助不大,常用的辦法是將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離得到的MEA 循環(huán)到反應(yīng)器中[10-11],即讓生成的MEA 和EO 繼續(xù)反應(yīng)生成DEA。Nygaard等[12]提出一種雙管式反應(yīng)器工藝,該工藝將EO 分成兩部分分別加入到兩個反應(yīng)器中,第一反應(yīng)器中的產(chǎn)物經(jīng)分離后將MEA 循環(huán)到第二個反應(yīng)器,依此使DEA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)50.7%。安維中等[13]提出一種利用管式反應(yīng)器耦合反應(yīng)精餾塔合成乙醇胺的過程強化新工藝,該工藝采用管式反應(yīng)器得到乙醇胺混合產(chǎn)品,乙醇胺產(chǎn)品在脫除大部分的氨后,進入反應(yīng)精餾塔,與另一股EO 在塔內(nèi)同時進行化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物分離,DEA 選擇性可達(dá)75%以上。也有文獻報道選用高選擇性催化劑來提高DEA 選擇性,如Tsuneki 等[14]發(fā)明了有利于DEA 生成同時可抑制TEA生成的催化劑。

    反應(yīng)精餾(RD)是將反應(yīng)與分離結(jié)合在一個操作單元中的典型過程強化技術(shù),通過這兩個重要功能的結(jié)合以強化整個過程的性能[15-16]。對于連串競爭反應(yīng),可通過精餾作用將反應(yīng)產(chǎn)物及時移出反應(yīng)區(qū),即阻斷了深度副反應(yīng)的發(fā)生,可實現(xiàn)提高目標(biāo)產(chǎn)物選擇性的目的[17-19]。Grag 等[20]提出了一種反應(yīng)精餾生產(chǎn)乙醇胺的專利方法,該方法采用液氨為原料,在進料氨烷比為0.7∶1 的條件下,MEA 選擇性可達(dá)48%,但該專利并未對塔內(nèi)參數(shù)的影響規(guī)律進行探究。

    本文針對乙醇胺合成反應(yīng)過程的特點和產(chǎn)品的需要,提出采用反應(yīng)精餾合成乙醇胺的工藝,重點探討如何在同一反應(yīng)精餾塔中實現(xiàn)不同產(chǎn)物選擇性目標(biāo)的可行性和可達(dá)到的最大選擇性。研究建立的方法和取得結(jié)果將為工業(yè)裝置的設(shè)計、操作和控制等奠定理論和模型基礎(chǔ)。

    1 化學(xué)體系和反應(yīng)動力學(xué)

    環(huán)氧乙烷氨解合成乙醇胺的原理是,氨分子中的三個活潑氫原子被羥乙基(—CH2CH2OH)依次取代,相繼生成MEA、DEA和TEA。反應(yīng)方程式如下

    三個反應(yīng)的放熱量分別為125.568 kJ·mol-1、148.192 kJ·mol-1和179.786 kJ·mol-1,屬 于 強 放 熱反應(yīng)[21]。

    目前,對于EO 氨解合成乙醇胺反應(yīng)動力學(xué)的研究已比較充分。Knorr[22]研究發(fā)現(xiàn),EO 與氨在無水條件下難以反應(yīng),而水可以促進反應(yīng)的進行。文獻[23]對水催化條件下不同的動力學(xué)方程進行了考察和對比,認(rèn)為文獻[24]的動力學(xué)表達(dá)式更接近實際實驗值。本研究合成工藝亦采用水為催化劑,反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)采用文獻[24]值,具體見表1,其中cw為水的濃度,Ea為反應(yīng)活化能。

    從動力學(xué)參數(shù)看,水的濃度對各步反應(yīng)速率和產(chǎn)物的選擇性(k2/k1,k3/k1)影響顯著。例如,當(dāng)水的濃 度 為1 mol·L-1時,k2/k1和k3/k1的 值 分 別 為7.1 和14.0;當(dāng)水的濃度增大一倍時,k2/k1和k3/k1的值分別為6.0 和13.8。此表明增大水用量有利于MEA 的生成或提高MEA 選擇性,但過多的水將導(dǎo)致產(chǎn)品后續(xù)分離能耗增大,同時導(dǎo)致乙二醇等副產(chǎn)物增多。為了簡化計算,本文暫不考慮產(chǎn)生乙二醇等副產(chǎn)物,研究體系包括六個組分,其常壓沸點分別為:EO 283.6 K,NH3238.6 K,H2O 373.2 K,MEA 445.5 K,DEA 541.8 K,TEA 633.1 K。由此可見,體系中各組分沸點差較大,且沒有共沸物,易于通過精餾的方法將反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)移出。

    表1 乙醇胺反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)Table 1 Reaction kinetics of ethanolamines

    2 反應(yīng)精餾塔構(gòu)型及設(shè)計參數(shù)

    采用反應(yīng)精餾法合成乙醇胺的化學(xué)工程原理和優(yōu)越性在于:(1)反應(yīng)為連串競爭反應(yīng),反應(yīng)物和產(chǎn)物的沸點差較大,利用精餾作用可以將目標(biāo)產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)迅速移出,及時阻斷目標(biāo)產(chǎn)物進一步與EO反應(yīng)生成副產(chǎn)物的條件,依此達(dá)到提高目標(biāo)產(chǎn)物選擇性的目的;(2)利用精餾作用,在反應(yīng)精餾塔反應(yīng)段塔板上形成一個局部很高的氨烷比,即將塔板上EO的濃度降到很低,此有利于提高中間產(chǎn)物的選擇性;(3)反應(yīng)熱直接通過塔內(nèi)液體汽化吸收,反應(yīng)熱的移出高效、安全。

    圖1 為本文提出的反應(yīng)精餾塔示意圖,其中塔類型選為板式塔(比填料塔具有更大的持液量),塔設(shè)置一個全冷凝器和一個部分再沸器。本文RD 工藝的主要特征為:(1)與傳統(tǒng)工藝不同,本文采用的原料為液氨,而非氨水,并從塔的下部進料;(2)采用水為催化劑,水從塔的頂部獨立進料,水在全塔各級上均有分布且呈流動態(tài)(水的沸點高于氨和EO),所述工藝屬于均相催化精餾工藝;(3)EO 的進料口設(shè)置在水和氨的進料口之間,并設(shè)置多個進料口,供進料位置優(yōu)化;(4)塔頂物料采用全回流操作模式(目的是使塔頂未反應(yīng)的氨全部返回至塔內(nèi)),反應(yīng)產(chǎn)物、未轉(zhuǎn)化的原料和水從塔底采出;(5)依據(jù)塔內(nèi)EO 濃度(用液相摩爾分率表示)分布,將塔板上含有EO 的塔板(段)視為反應(yīng)段,將不含EO(xEO≤0.01%)的塔板(段)視為提餾段。

    圖1 反應(yīng)精餾塔示意圖Fig.1 Schematic of RD column

    反應(yīng)精餾塔的基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)及范圍值列于表2。主要限定條件為:(1)EO 的進料量為1000 kg·h-1;(2)反應(yīng)段溫度(TR)范圍為40~60℃(依據(jù)動力學(xué)條件給定[24]);(3)再沸器的最高操作溫度限定為180℃(乙醇胺具有熱敏性,在高溫下會發(fā)生熱解等作用,進而影響產(chǎn)品的純度和色度[25-26]);(4)冷卻介質(zhì)指定為循環(huán)水(平均溫度為35℃);(5)總的塔板數(shù)指定為26,氨的進料位置指定為20(目的為簡化分析,因為初步模擬顯示此兩個條件對目標(biāo)產(chǎn)物選擇性影響不顯著);(6)每塊塔板上的液體持液量指定為0.7 m3(保證EO 在塔內(nèi)完全轉(zhuǎn)化和水力學(xué)可行);(7)塔頂回流液中EO 濃度限定為xD,EO≤0.5%(EO轉(zhuǎn)化率和安全性指標(biāo))。

    在指定(限定)以上條件的基礎(chǔ)上,反應(yīng)精餾塔的其他關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)包括:操作壓力、水進料量、進料氨烷比、再沸比、EO 進料位置。模擬考察和優(yōu)化目標(biāo)為MEA 選擇性、DEA 選擇性及MEA 和DEA 的相對生成速率,進而確定可達(dá)到不同產(chǎn)品最大選擇性對應(yīng)的操作條件。

    3 參數(shù)影響模擬與分析

    模擬在Aspen Plus 平臺上進行,模塊選擇基于平衡級模型的RadFrac,反應(yīng)動力學(xué)采用表1 數(shù)據(jù),相平衡模型選取UNIQ-RK 模型[27],模型參數(shù)均取自軟件數(shù)據(jù)庫。由于在選定的設(shè)計條件及參數(shù)范圍內(nèi),EO 在塔內(nèi)可完全轉(zhuǎn)化,所以本文重點分析設(shè)計條件對選擇性的影響。模擬時,首先給出一個基礎(chǔ)設(shè)計(表2),然后對選擇的操作參數(shù)作靈敏度分析(單因素分析),進而取得優(yōu)化的設(shè)計參數(shù)。

    表2 基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)和范圍值Table 2 Parameter values for base case and range of study

    3.1 操作壓力的影響

    圖2 給出了在表2 其他條件不變的情況下,模擬得到的MEA選擇性(SMEA)、DEA選擇性(SDEA)和反應(yīng)段塔板數(shù)(NR)隨操作壓力的變化關(guān)系。從圖2可以看出:(1)操作壓力對MEA 和DEA 的選擇性影響不大,其原因是生成乙醇胺各步反應(yīng)的活化能相等(表1),即改變壓力(改變反應(yīng)溫度)不影響各步反應(yīng)的相對速率;(2)隨著壓力升高,MEA 選擇性呈現(xiàn)略升高、DEA 選擇性呈現(xiàn)略下降的趨勢,其原因在于提高壓力后EO 反應(yīng)速率增大,EO 轉(zhuǎn)化需要的反應(yīng)段級數(shù)減小,反應(yīng)產(chǎn)物MEA 在反應(yīng)段的停留時間減小,此有利于減少MEA 深度副反應(yīng)的發(fā)生。綜上,在選定的壓力范圍內(nèi),改變壓力對MEA 和DEA選擇性的影響甚微。當(dāng)然,改變壓力將顯著影響塔頂物料冷凝溫度和塔釜再沸器的溫度,所以適宜操作壓力選擇的重點是考慮用循環(huán)水為冷卻介質(zhì)和再沸器溫度不超過設(shè)定值(180℃)這兩個條件。

    3.2 水進料量的影響

    圖3 給出了在表2 其他條件不變的情況下,模擬得到的MEA選擇性(SMEA)、DEA選擇性(SDEA)和再沸器溫度(TB)隨水進料量的變化關(guān)系。從圖3 可以看出:(1)MEA 選擇性隨水進料量的增大而增大,DEA 選擇性隨塔頂水進料量的增大而減小,其原因可通過反應(yīng)動力學(xué)解釋(表1),即提高水進料量或提高級上水的濃度有利于MEA 的生產(chǎn)(和文獻[24]報道的結(jié)果一致);(2)提高水進料量將導(dǎo)致再沸器溫度升高,其原因歸結(jié)于水的沸點遠(yuǎn)高于氨,過多的水將影響再沸器的溫度。綜上說明,水進料量對MEA和DEA的相對生成速率有重要影響,提高水的進料量有利于提高MEA 選擇性,適宜水用量的選擇需要考慮產(chǎn)物選擇性的要求、再沸器溫度的限制即后續(xù)產(chǎn)品分離的能耗等因素。

    圖2 操作壓力對產(chǎn)物選擇性及反應(yīng)段塔板數(shù)的影響Fig.2 Effects of pressure on products selectivity and number of reaction zone

    圖3 水進料量對產(chǎn)物選擇性及再沸器溫度的影響Fig.3 Effects of water feed rate on products selectivity and reboiler temperature

    3.3 氨烷比的影響

    表3 給出了在表2 其他條件不變的情況下,模擬得到的塔內(nèi)部分參數(shù)隨氨烷比的變化關(guān)系。從表3 可以看出:(1)MEA 和DEA 的相對生成速率(MRMEA/DEA)呈現(xiàn)先增大后降低的規(guī)律。當(dāng)氨烷比小于1.1 時,增大氨烷比對MEA 選擇性有利,對DEA選擇性不利,其原因在于提高氨烷比使塔內(nèi)級上氨濃度(xR,NH3)升高而EO 濃度降低;但當(dāng)氨烷比繼續(xù)增大時,塔內(nèi)級上氨的增濃效果不顯著,EO 濃度降低作用不明顯,但降低了水的濃度,此將導(dǎo)致MEA選擇性降低,DEA 選擇性上升。(2)氨烷比幾乎不影響塔頂溫度(TD)和反應(yīng)段溫度(TR),其原因是塔內(nèi)反應(yīng)段上主要組分是氨(占90%以上),但氨烷比會顯著影響再沸器的溫度,其原因是增大氨烷比后有大量未轉(zhuǎn)化的氨進入再沸器中。綜上,適宜的氨烷比的選擇需要綜合考慮產(chǎn)物的選擇性、再沸器溫度限制和后續(xù)分離能耗等因素。

    表3 氨烷比對反應(yīng)精餾的影響Table 3 Effects of molar feed ratio of NH3 to EO on column performance

    3.4 再沸比的影響

    表4 給出了在表2 其他條件不變的情況下,模擬得到的塔內(nèi)部分參數(shù)隨再沸比的變化關(guān)系。從表4 可以看出:(1)隨著再沸比增大,MEA 與DEA 相對生成速率持續(xù)增大(產(chǎn)品中MEA比例增大而DEA比例降低),其原因在于提高再沸比導(dǎo)致塔內(nèi)汽液相流量增大,對應(yīng)物料在塔內(nèi)停留時間減小,此有利于MEA 選擇性提高;另一方面,再沸比增大有利于氨在反應(yīng)段各級上增濃,對應(yīng)氨烷比增大,此也有利于MEA 選擇性升高;(2)提高再沸比幾乎不影響塔頂和反應(yīng)段的溫度,但再沸器溫度隨之升高,其原因在于增大再沸比將使再沸器中重組分增濃;(3)提高再沸比,再沸器的負(fù)荷(Q)持續(xù)增大,系統(tǒng)能耗持續(xù)增大。綜上,再沸比的增大對MEA 選擇性有利,對DEA 選擇性不利,同時會導(dǎo)致再沸器溫度過高、再沸器負(fù)荷增大,適宜再沸比的選擇需要綜合考慮這些因素。

    表4 再沸比對反應(yīng)精餾的影響Table 4 Effects of boilup ratio on column performance

    3.5 EO進料位置的影響

    圖4 給出了在表2 其他條件不變的情況下,模擬得到的MEA選擇性(SMEA)、DEA選擇性(SDEA)和反應(yīng)段高度隨EO 進料位置的變化關(guān)系。從圖4 可以看出:(1)反應(yīng)區(qū)隨EO 進料位置的降低而降低;(2)MEA 選擇性隨EO 進料板的降低而減小,DEA 選擇性呈現(xiàn)相反的趨勢,這是因為EO 進料位置越靠近塔底,反應(yīng)物EO 在塔下部增濃,使局部塔板上有效氨烷比減小,導(dǎo)致MEA 選擇性降低。綜上,EO 進料位置對MEA 和DEA 選擇性的相對變化不顯著,合適的EO 進料位置主要是保證反應(yīng)段EO 的轉(zhuǎn)化率。

    圖4 EO進料位置對產(chǎn)物選擇性及反應(yīng)段高度的影響Fig.4 Effects of EO feed location on products selectivity and reaction zone height

    4 考慮不同產(chǎn)品選擇性目標(biāo)的RD 塔模擬優(yōu)化結(jié)果

    4.1 以MEA選擇性為目標(biāo)的RD塔模擬優(yōu)化結(jié)果

    在上述參數(shù)影響規(guī)律分析的基礎(chǔ)上,以表2 中的參數(shù)范圍為限制條件,以MEA 選擇性最大為目標(biāo),應(yīng)用Aspen Plus 軟件的優(yōu)化工具進行優(yōu)化,得到優(yōu)化的塔設(shè)計和操作參數(shù),具體見圖5。結(jié)果顯示,優(yōu)化的設(shè)計條件為:壓力1.9 MPa,氨烷比1.31,水進料量130 kg·h-1,再沸比5.5,EO 進料位置第4 塔板。此條件下,塔頂溫度為47.5℃,可以選用循環(huán)水為冷卻介質(zhì),反應(yīng)段平均溫度為51.4℃,塔釜溫度為179.2℃,EO 轉(zhuǎn) 化 率99.99%,MEA 選 擇 性 達(dá) 到70.30%。

    4.2 以DEA選擇性為目標(biāo)的RD塔模擬優(yōu)化結(jié)果

    圖5 考慮MEA選擇性的反應(yīng)精餾塔設(shè)計結(jié)果Fig.5 Design results of RD column considering MEA selectivity

    圖6 考慮DEA選擇性的反應(yīng)精餾塔設(shè)計結(jié)果Fig.6 Design results of RD column considering DEA selectivity

    以表2 中的參數(shù)范圍為限制條件,以DEA 選擇性最大為目標(biāo),應(yīng)用Aspen Plus 軟件的優(yōu)化工具進行優(yōu)化,得到優(yōu)化的塔設(shè)計和操作參數(shù),具體見圖6。結(jié)果顯示優(yōu)化的設(shè)計條件為:操作壓力1.9 MPa,氨烷比1.07,水進料量為20 kg·h-1,再沸比2,EO 進料位置第4 塔板。此條件下,塔頂溫度為47.5℃,可以選用循環(huán)水為冷卻介質(zhì),反應(yīng)段平均溫度為57.8℃,塔釜溫度為178.9℃,EO轉(zhuǎn)化率99.99%,DEA選擇性達(dá)到41.89%。

    4.3 結(jié)果與方法評價

    從以上設(shè)計結(jié)果并結(jié)合第3 節(jié)的分析,可得到如下幾點認(rèn)識和評價:

    (一)在給定的參數(shù)范圍內(nèi)(表2),用反應(yīng)精餾技術(shù)可獲得高選擇性的MEA。注意到,本文方法在進料氨烷比1.3∶1 條件下,MEA 的選擇性可達(dá)到70%以上,其值遠(yuǎn)優(yōu)于管式反應(yīng)器的文獻報道結(jié)果[28-30]。其原因歸結(jié)于反應(yīng)精餾的強化作用:(1)利用精餾作用,可以將目標(biāo)產(chǎn)物MEA 從反應(yīng)區(qū)迅速移出,及時阻斷MEA 進一步與EO 反應(yīng)生成副產(chǎn)物的條件;(2)利用反應(yīng)精餾塔“內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器”的功能,未反應(yīng)的氨在塔頂全回流和塔釜汽化循環(huán),導(dǎo)致在反應(yīng)段塔板上形成很高的氨烷比(塔板上的平均氨烷比(βNH3/EO)達(dá)40∶1以上,見表3),此情況下反應(yīng)塔板上EO 的濃度降到很低,此有助于MEA 選擇性提高。然而,繼續(xù)提高MEA 選擇性將受到諸多條件限制,特別是塔釜溫度的限制。如提高水用量可提高MEA 選擇性,但過多的水將導(dǎo)致再沸器溫度升高超限。

    (二)在給定的參數(shù)范圍內(nèi)(表2),用反應(yīng)精餾技術(shù)獲得最大的DEA選擇性遠(yuǎn)小于MEA,其原因也歸結(jié)為塔設(shè)計條件的限制。理論上講,要獲得高的DEA 選擇性,一是讓MEA 盡可能地轉(zhuǎn)化為DEA,二是發(fā)揮反應(yīng)精餾的強化作用,從反應(yīng)段及時移出DEA,避免深度反應(yīng)生成TEA。從第3 節(jié)的分析可知,要實現(xiàn)此兩個方面,需減小進料氨烷比(氨的進料摩爾流量小于EO,使氨與EO 完全反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MEA,進而轉(zhuǎn)化為DEA)和降低水的用量(使生成DEA 的反應(yīng)速率更高于生成MEA 的反應(yīng)速率),但此兩個參數(shù)的調(diào)節(jié)將同時導(dǎo)致再沸器溫度升高超限。當(dāng)然,可通過降低塔操作壓力降低再沸器溫度,但降低壓力又將導(dǎo)致氨和EO 轉(zhuǎn)化為MEA 的速率降低,所以壓力的調(diào)節(jié)裕度有限。綜上可認(rèn)為,在給定的參數(shù)限制條件下,預(yù)達(dá)到的DEA 選擇性遠(yuǎn)小于MEA選擇性。

    圖7 反應(yīng)精餾塔內(nèi)溫度分布Fig.7 Temperature profiles along RD column

    圖7 給出了分別以MEA 和DEA 為選擇性目標(biāo)下反應(yīng)精餾塔內(nèi)各級上的溫度分布。從圖7 看出,以DEA 選擇性目標(biāo)條件下反應(yīng)段的溫度更高,此表明通過調(diào)節(jié)塔設(shè)計參數(shù)可以使反應(yīng)段中更多的氨轉(zhuǎn)化為MEA,即可通過調(diào)節(jié)塔參數(shù)(氨烷比、水用量、再沸比等)實現(xiàn)盡可能高的DEA 選擇性,但受塔釜再沸器溫度限制,參數(shù)調(diào)節(jié)范圍有限。

    5 結(jié) 論

    提出以環(huán)氧乙烷和液氨為原料,水為催化劑,反應(yīng)精餾塔合成乙醇胺的工藝,考察了在同一反應(yīng)精餾塔中實現(xiàn)不同產(chǎn)物選擇性目標(biāo)的可行性和可達(dá)到的最大選擇性。結(jié)果表明:(1)操作壓力和EO進料位置對MEA 和DEA 的相對生成速率影響不顯著,適宜的操作壓力為1.9 MPa,EO 進料位置為第四塔板;(2)水的用量對MEA 和DEA 的相對生成速率有顯著影響,是關(guān)鍵設(shè)計參數(shù);(3)氨烷比對MEA 和DEA 相對生成速率有一定影響,但影響再沸器溫度更為重要和顯著;(4)大的氨烷比、水進料量和再沸比有利于提高MEA 選擇性,小的氨烷比、水進料量和再沸比則有利于提高DEA 選擇性,在優(yōu)化條件下,MEA 選擇性可達(dá)70.30%,DEA 選擇性可達(dá)41.89%。研究表明了通過改變操作參數(shù)、在反應(yīng)精餾塔中實現(xiàn)不同目標(biāo)產(chǎn)物最大選擇性的可行性,研究所建立的方法、得到的結(jié)果、結(jié)論將為工業(yè)裝置的設(shè)計、操作和控制等奠定理論和模型基礎(chǔ)。

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