管道化反应器合成乙二胺的工艺研究

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有机胺是重要的有机化工中间体,在医药、农药等方面有着广泛的应用。本文研究了管道化反应器中以二氯乙烷和氨水为原料合成了乙二胺的工艺。在内径4mm,长度13m的管道反应器中,较适宜工艺条件为:氨水浓度60%(质量分数),氨与二氯乙烷摩尔比为30:1,体积流量2L/h,温度160℃,压力6MPa,二氯乙烷单程转化率98.7%,乙二胺收率51.6%。本文假设:(1)反应过程中氨的浓度为一常数;(2)反应主产物为乙二胺,副产物为二乙烯三胺,不考虑其它多胺;(3)反应器内的流动状态为理想平推流,由此建立了二氯乙烷氨化反应的表观动力学模型。结合不同温度下反应中各组分浓度随时间变化的实验数据,得到下列表观速率方程式:其中CA为二氯乙烷的浓度,CB为乙二胺的浓度,CC二乙烯三胺的浓度。主反应速率常数k1=1.3211×106×e-53144/RT,主反应活化能为53144J/mol,副反应速率常数k2=1.5594×108×e-73997/RT,副反应活化能为73997J/mol。从动力学方程可知主反应的活化能要小于副反应。根据化学反应动力学原理,高温对于活化能高的反应有利,因此采用变温工艺对提高目标产品收率有利。具体工艺为:前期反应温度较高,提高主反应的反应速率;后期反应温度较低,抑制副反应速度。基于得到的动力学方程,对变温反应工艺进行了模拟计算。结果表明变温反应工艺与等温反应工艺相比,在相同的管道长度下提高了产品收率。将一段式等温管道化反应器改进为两段式变温管道化反应器,在内径4mm,总长度27m的反应器中,较适宜工艺条件为:第一段管道反应温度为160℃,反应时间1.5min,第二段管道温度130℃,反应时间8.5min,其它工艺条件(物料配比、体积流量和体系压力等)与等温反应工艺一致。在此工况下,二氯乙烷的单程转化率可达98.6%,乙二胺收率60.1%。如在等温反应工艺中要达到相同的收率,其较适合工艺为:反应温度130℃,反应时间15min(对应管道长度为40m)。比较可知,变温反应工艺在相同产品收率的条件下将管道长度缩短了33%,减少了设备投资。反应粗产品液经过闪蒸脱氨、中和、蒸水、共沸蒸馏、萃取除水等后处理步骤得到了浓度为96%的乙二胺溶液。
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