反应蒸馏耦合技术合成盐酸羟胺的工艺设计

论文摘要

盐酸羟胺作为一种重要的化工产品,在化工、医药等行业有很广泛的应用。目前,盐酸羟胺的生产工艺主要有硝基甲烷法、丙酮肟法、天然气硝化法和一氧化氮催化还原法等,但这些生产方法普遍存在工艺路线复杂、后处理麻烦、成本高、收率低等问题。而且,随着环保要求的提高及盐酸羟胺产业可持续发展的需要,亟待开发更经济环保的盐酸羟胺生产工艺。由酮肟水解反应合成盐酸羟胺是一种可行的方法。该反应虽然是一个快速反应,能瞬间达到平衡,但其平衡转化率很低,且不受温度等条件的影响。为提高反应转化率需打破原有化学反应平衡的限制,本研究结合化学反应强化技术提出了反应蒸馏合成盐酸羟胺的路线。采用分子量较小的丁酮肟为反应物,通过蒸馏脱除产生的副产物丁酮,以提高反应转化率。考察压力对丁酮肟水解反应蒸馏合成盐酸羟胺的影响。常压下反应温度高,易发生副反应,产品盐酸羟胺不满足工业要求。当温度为65℃,反应压力为20kPa时,6mol/L盐酸与等摩尔比的丁酮肟反应,盐酸羟胺收率可达到60%。丁酮肟原料中杂质叔丁醇对反应转化率及选择性没有影响。小试实验表明,反应蒸馏工艺制备的盐酸羟胺质量高,纯度及杂质含量均符合工业盐酸羟胺质量国标要求。根据盐酸羟胺小试实验结果,结合工厂生产实际,设计了1000t/a的盐酸羟胺的合成工艺,包括原料预处理和反应蒸馏两部分,并进行了相应的物料衡算和设备设计。在实验研究基础上,建立了间歇反应器中反应蒸馏过程的数学模型,该模型是在减压条件下,用蒸发速率描述汽液相传质速率。模型预测与实验结果间的偏差是由于实际汽液传质过程中分子相互碰撞、分子与反应器壁的碰撞而冷凝,使蒸发速率小于理想情况下的蒸发速率引起的。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 盐酸羟胺概述
• 1.1.1 盐酸羟胺的性质
• 1.1.2 盐酸羟胺的应用
• 1.1.3 盐酸羟胺的合成工艺
• 1.2 化学反应过程强化
• 1.2.1 化工过程强化的概念
• 1.2.2 化工过程强化的途径
• 1.2.3 反应分离耦合过程强化
• 1.2.4 反应精馏技术
• 1.3 反应分离强化技术在盐酸羟胺合成中的应用
• 1.3.1 反应萃取合成盐酸羟胺
• 1.3.2 渗透汽化与反应耦合合成羟胺盐
• 1.4 本课题的目的和意义
• 第二章 反应蒸馏合成生产盐酸羟胺工艺路线的可行性
• 2.1 酮肟水解反应特征
• 2.1.1 反应动力学
• 2.1.2 反应热力学
• 2.2 酮肟水解反应过程强化途径的选择
• 2.2.1 已有反应分离强化合成盐酸羟胺工艺
• 2.2.2 反应蒸馏合成盐酸羟胺工艺
• 2.3 反应蒸馏工艺体系的选取
• 第三章 反应蒸馏合成盐酸羟胺工艺条件的确定
• 3.1 反应机理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂及仪器
• 3.2.2 实验装置及步骤
• 3.2.3 分析方法及指标
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 常压反应蒸馏
• 3.3.2 减压反应蒸馏
• 3.3.3 反应蒸馏合成盐酸羟胺工业小试实验
• 第四章 反应蒸馏合成盐酸羟胺工艺流程设
• 4.1 设计基础
• 4.1.1 原材料及规格指标
• 4.1.2 设计采用的主要反应工艺条件
• 4.1.3 公用工程及操作条件
• 4.1.4 设计原则
• 4.1.5 产品和原料性质
• 4.2 盐酸羟胺工艺设计
• 4.2.1 装置构成及规模
• 4.2.2 工艺流程说明
• 4.3 物料衡算
• 4.4 工艺设备说明
• 第五章 反应蒸馏合成盐酸羟胺的数学模型
• 5.1 数学模型的建立
• 5.1.1 模型假设
• 5.1.2 反应动力学
• 5.1.3 汽液平衡
• 5.1.4 汽液相传质速率
• 5.1.5 活度系数和纯组分饱和蒸汽压
• 5.2 模型参数的确定
• 5.2.1 反应平衡常数
• 5.2.2 活度系数和纯组分蒸汽压参数
• 5.3 模型计算与验证
• 5.3.1 模型计算过程
• 5.3.2 模型结果与讨论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件