棕榈酸异丙酯连续化合成的工程基础研究

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棕榈酸异丙酯是一种应用广泛的化学品,多用于日化、石化、表面活性剂、医药中间体等行业。本文在对无催化“两步法”合成棕榈酸异丙酯初步研究的基础上,提出了采用全混釜串联反应器连续化合成棕榈酸异丙酯的工艺,一方面,针对前期研究过程中存在的问题进行了改进,采用仪器分析测定了反应体系中各物质的热力学性质,更正了反应历程及动力学方程;另一方面,对其反应过程的工艺条件优化、反应尾气处理及规模化生产过程模拟等工程基础进行了深入研究。其主要内容如下:  为确定该合成工艺过程热力学可行性,进一步提高工程应用中引用数据的可靠性,本文采用DSC-60差示扫描量热仪和XRY-1C氧弹量热器等仪器设备分别对相关物质的定压比热容Cp和燃烧焓△Hc进行了实验测定,并通过相关热力学关系式计算得到相应物质的摩尔生成焓△rHθf及各步反应的反应焓变△rHθm,进而对该反应体系进行热力学分析,证明该反应过程具有热力学可行性。  前期动力学研究中反应机理描述及本征动力学方程的建立均存在不合理之处。本文通过对反应体系中各物质的分子结构及酰氯化、醇解步骤的反应历程的分析,提出了合理的反应机理解释,并通过调控反应条件消除了液相扩散效应对反应过程的影响,在此基础上,研究了棕榈酸异丙酯合成的反应动力学。采用积分法分析了不同温度下的实验数据,建立了两步反应的动力学方程,并通过验证实验对得到的动力学方程可靠性进行了验证,其实验值与动力学方程计算值符合较好。  为进一步简化控制、提高生产效率、降低生产成本,在反应热力学和动力学研究基础上,本文提出了采用两个全混釜串联反应器进行连续化合成棕榈酸异丙酯的工艺过程,并采用AutoCAD绘制了相应的工艺流程图,测定出了实现连续化操作的稳定时间。进而通过优化实验分析各因素对连续化工艺的影响,得到了连续化合成棕榈酸异丙酯的工艺条件。  通过考察不同吸收剂对反应尾气的吸收效果,提出采用NH4HCO3联合H2O2水溶液和NH4HCO3水溶液分别对酰氯化、醇解反应尾气进行吸收的方法。该方法不仅可以基本消除反应尾气对环境造成的污染,而且尾气处理得到的产物硫酸铵和氯化铵混合物无需进一步分离,经测定其氮含量后,即可作为化肥组分直接添加使用。  在得到的连续化合成棕榈酸异丙酯较佳反应条件基础上,为进一步考察该工艺规模化生产的操作条件,采用Aspen Plus7.2化工过程模拟软件对年产量为40000吨的棕榈酸异丙酯生产工艺过程进行了模拟。通过对各模块的输入设置、运行和灵敏度分析,得到了其规模化生产及尾气吸收过程的优化模拟结果,为该工艺的工业化实施提供了参考依据。
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