TDI光气化反应精馏过程的模拟与分析
甲苯二异氰酸酯(TDI)作为一种重要的异氰酸酯，是生产聚氨酯的重要材料之一。工业上，普遍采用冷光气化和热光气化两步反应法生产TDI，热反应器采用反应精馏塔。反应精馏塔是将化学反应与精馏分离耦合在一起的操作过程，它具有能耗低、转化率高等优点。采用反应精馏方式生产TDI，国内外已有工业化，但是对其进行考虑反应动力学的模拟分析还未见报道。本文基于动力学不确定的TDI反应精馏塔，以实际生产为基础，提出一种模拟分析的方法。并用其对年产三万吨的反应精馏塔进行模拟分析，考察各因素对反应精馏塔的影响，优化操作条件。
1、利用现有文献确定胺盐光化反应数学模型，并根据文献数据，求得胺盐光化反应活化能为31.77KJ/mol，拟合回归出文献实验条件下的指前因子为9.78×10-4。因本文中光气化反应条件与文献中不同，即动力学参数具有不确定性。针对其不确定性，本文提出一种模拟分析方法。该方法应用Aspen Plus软件，假设胺盐反应完全，对反应精馏塔内不同工况进行指前因子估算及模拟分析。不管指前因子如何变化，都得到如下结果：
(1)胺盐消耗量在第N-1块塔板处出现最小值；
(2)不同工况沿塔板温度变化不大；
(3)沿塔板液相胺盐摩尔分率变化较大，光气摩尔分率变化较为缓和。
上述结果与工业实际生产情况相一致，模拟分析结果证明该方法是可行的。
2、采用上述方法，对年生产规模为3万吨的反应精馏塔进行模拟，对可能对反应精馏塔造成影响的因素一一进行分析，固定其他操作参数，改变变化参数，找出各因素对反应精馏塔的影响规律，优化反应精馏塔的操作条件。具体结论如下：
(1)回流比越大，反应精馏塔的塔板温度越高，分离效果越好。但是回流比的增加，意味着塔顶及塔底操作费用的增加。综合考虑，本文选择质量回流比为8。
(2)操作压力影响着光气的塔板液相质量分率及塔板温度分布，压力越高，光气的塔板液相质量分率和温度越高。但是高压操作对材质的要求较为严格，综合考虑，本文选择操作压力为1.8MPa。
(3)进料比越大，塔板反应物的液相质量分率就越大，反应物选择性越大。但是过大的进料比会增加后续工序的负荷，综合考虑，本文选择质量进料比为1:3:9。
(4)侧线采出量和侧线采出位置影响反应精馏塔的塔底及塔顶产品的质量分率和反应物选择性，综合考虑，本文选择侧线采出量为17000kg/h，侧线采出位置为第五块塔板。
(5)精馏段塔板数影响产品的分离效果，反应段塔板数影响反应进行的程度。根据本文模拟结果，综合考虑，选择精馏段塔板数为五块，反应塔板数为六块，总塔板数为十一块。
应用本文提出的针对动力学不确定的TDI反应精馏塔的模拟分析方法，对其进行模拟分析，所得结果与工业生产情况相吻合，即方法可行。另外，依据本文提出的方法，对可能影响反应精馏塔的各因素进行模拟分析，得出反应精馏塔的最佳操作条件，对实际生产起到一定指导作用。
甲苯二异氰酸酯;聚氨酯;光气化反应精馏过程;模拟分析
中国海洋大学
硕士
化学工艺
胡仰栋
2012
中文
TQ225.24
76
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）