论文摘要
己内酰胺是生产合成纤维和工程塑料的重要石油化工产品,有着广阔的市场需求。目前己内酰胺的工业化生产技术主要有环己酮-羟胺法、环己烷光亚硝化法和甲苯法等三种。但均消耗发烟硫酸,存在不同程度的环境污染和副产低价值硫铵,增加了生产成本。为降低甲苯法副产,提高反应选择性,本文开展了环己烷羧酸酰胺化反应工艺优化与过程模拟研究,主要涉及环己烷羧酸酰胺化工艺优化、酰胺化反应动力学,并在此基础上进行了工业反应装置流程模拟,对甲苯法生产技术的改进,不仅具有重要的科学意义,而且体现出较高的实用价值。本文首先对环己烷羧酸酰胺化反应工艺进行了研究,考察了反应时间、加料时间、物料配比、己内酰胺效应、溶剂效应和移热方式等因素对己内酰胺选择性的影响,确定了较优的工艺条件为:反应时间10min、加料时间6min、环己烷羧酸与亚硝基硫酸摩尔比为2.1～2.3、己内酰胺初始值为反应总量的20%～30%,在移热条件允许的前提下,减少溶剂量或者改溶剂汽化移热为物料循环移热,对应的己内酰胺的选择性可达87%～90%,高出当前工业生产的水平（83～85%）。文章提出了环己烷羧酸分子间脱水、酰胺化并进一步重排生成己内酰胺的反应机理,同时涉及H+和SO3的作用,能合理解释酰胺化反应需要高浓度SO3的本质原因,与预混合和酰胺化反应过程在反应物计量比等方面表现出的宏观特征相吻合。通过对酰胺化过程主副反应的合理简化,提出了酰胺化主反应、磺化平行副反应和降解串联副反应组成的动力学网络,测量到主副反应动力学数据,并由实数编码遗传算法求得动力学参数。进一步讨论了温度效应、浓度效应和反应器型式等对反应的影响,指出了工业反应过程的优化方向。在动力学研究的基础上,结合SNIA工艺设计和工业生产数据,利用过程流程模拟软件对己内酰胺装置的核心单元—酰胺化反应器进行了模拟。选择适宜的热力学方法,分别对工业反应装置和工艺改进装置的流程进行了对比计算,考察反应过程的动态特性和反应器的操作变量对反应过程的影响,为装置今后的操作优化、降低副产物以及技术改进等工作打下基础,对发挥装置的生产潜力、提高技术水平具有较重要的价值。