论文摘要
二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）是一种重要的异氰酸酯,是生产聚氨酯的重要原料之一。二苯甲烷二异氰酸酯主要有三种同分异构体4,4’-MDI,2,4’-MDI和2,2’-MDI。这三种异构体的沸点和凝固点都比较相近,工业粗产品中2,2’-MDI含量很少。根据MDI产品中4,4’-MDI和2,4’-MDI异构体比例的不同,MDI工业品可以分为MDI-50,MDI-100两种产品,这两种产品都是工业生产的重要原料。工业生产上普遍采用精馏的方法分离提纯MDI产品,也有专利中采用熔融结晶的方法分离提纯MDI-100,而将精馏和结晶结合起来分离二苯甲基二异氰酸酯同分异构体,相比单纯的精馏或者结晶法,具有更大的优越性,和经济可行性。本文研究了2,4’-MDI和4,4’-MDI在不同组成下的凝固点和结晶情况,考察了结晶实验中结晶终温、结晶时间等操作条件对结晶过程的影响,并进行了理论分析。结果表明:MDI异构体混合物属于固体溶液型,其凝固点随着2,4’-MDI含量的增加而降低;结晶实验中,结晶时间越长,结晶率越高,母液浓度就越低;结晶终温越高,结晶率越低,结晶产品纯度越高。综合各种操作条件的影响,对工业中普遍使用的粗MDI原料浓度即4,4’-MDI初始浓度为92.1%的样品经行熔融结晶实验,结果表明:经过四次的熔融结晶实验后,可以使产品纯度提高到99%以上。对结晶过程、精馏过程进行了模拟计算,同时考察了结晶,精馏的影响因素。在此基础上综合精馏、结晶的优点,提出了结晶-精馏耦合分离MDI同分异构体的新工艺。并从能耗角度对新工艺与工业上的传统精馏工艺进行了比较。新工艺不仅能同时得到MDI-50和MDI-100两种产品而且能耗仅是精馏工艺能耗的1/2-1/3。新工艺存在明显优势。通过模拟计算和试验分析,提出三种结晶精馏耦合分离MDI同分异构体的流程,并通过模拟计算了他们各自的循环量,精馏回流比,能耗等参数。通过对比分析得出第一种结晶-精馏耦合工艺的循环量和能耗最高,第二种结晶-精馏耦合工艺的循环量最少,第三种结晶-精馏耦合工艺的能耗最低,比前两种工艺减少了两套结晶设备,与现在工业上的精馏法分离设备相似,但是能耗却减少了一半,为最佳流程。