丙炔醇和1，4-丁炔二醇的合成工艺研究

摘要

丙炔醇和1，4-丁炔二醇都是重要的有机中间体，通常采用乙炔和甲醛在乙炔铜催化剂作用下反应制得。本文从混合强度、原料中催化剂比例、反应压力、温度、甲醛初始浓度、不同反应溶剂、不同催化剂类型、反应时间等因素对本反应进行了研究，结合分离实验和过程模拟技术研发出了一套具有可行性的合成连续化工艺，并进行了工艺优化，大大降低了能耗。
　　小试实验结果表明，当反应条件有利于提高原料乙炔在反应溶剂中的溶解度时，主产品丙炔醇的选择性将会增加。为提高丙炔醇的选择性，可以采用的方法包括强化混合、提高催化剂比例、增大反应压力、降低温度、选用乙炔的良溶剂作为反应介质等。通过改变催化剂的类型也能有效提高丙炔醇的选择性。本文在对反应基本特点研究的基础上，采用改进型的浆态床反应器进行了初步中试研究，为反应器的工业放大提供了有价值的参考。
　　本文以基础实验数据为作依据，设计了甲醛与乙炔反应的连续化工艺，采用的反应器型式为浆态床反应器。进而采用过程模拟技术对反应工艺进行了初步计算，其中反应器采用Rstoic模块，设定了丙炔醇年产量为3000吨，计算得到了反应工艺的能耗。
　　由于甲醛体系的物性比较复杂，本文在实验研究的基础上确定了甲醛的处理方案，采用减压精馏方式将甲醛完全与1，4-丁炔二醇分开，分离出1，4-丁炔二醇的反应液中再加入碱除去甲醛。本课题采用氨水溶液除去甲醛，实现甲醛的再资源化。
　　本文在简单分离实验基础上，通过过程模拟技术设计了一套完整的分离工艺，包括丙炔醇的粗分和精制两部分。丙炔醇的粗分过程包括1，4-丁炔二醇的分离、甲醛的分离及再资源化、六亚甲基四胺及轻组分甲醇的分离等步骤。丙炔醇的精制过程就是除水，由于丙炔醇与水形成二元共沸物，因此采用共沸精馏方式精制，所采用的共沸剂为醋酸丙酯。通过模拟得到了分离工艺的能耗，其中需要循环冷却水1778027kg/h，低压生蒸汽17175kg/h。
　　本文采用热泵精馏和热集成技术对上述分离过程进行了优化。热泵精馏利用气体压缩机对精馏塔顶蒸汽做功提高蒸汽压力，增大饱和蒸汽的温度，以此来提高蒸汽的热品位，实现能量有效利用。优化处理后，大大降低了公共工程的消耗量，做到了节能降耗。优化后的流程循环冷却水用量节约了80％，低压生蒸汽用量节约了70％，新工艺能够做到节能降耗。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 丙炔醇及1，4-丁炔二醇概述

1．1．1 丙炔醇

1．1．2 1，4-丁炔二醇

1．2 反应技术研究进展

1．2．1 丙炔醇反应技术研究进展

1．2．2 1，4-丁炔二醇反应技术研究进展

1．2．3 催化剂研究进展

1．3 分离技术研究进展

1．3．1 分离技术研究进展

1．3．2 共沸精馏技术简介

1．3．2 热泵精馏技术简介

1．6 本课题主要研究内容

第2章 丙炔醇和1，4-丁炔二醇反应实验研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验思路

2．1．2 实验装置与药品

2．1．3 实验步骤

2．1．4 分析测试方法

2．1．5 实验条件与范围

2．2 小试实验结果与讨论

2．2．1 混合强度的影响

2．2．2 催化剂用量的影响

2．2．3 反应时间的影响

2．2．4 反应压力的影响

2．2．5 反应温度的影响

2．2．6 甲醛初始浓度的影响

2．2．7 不同溶剂的影响

2．2．8 催化剂类型的影响

2．3 小结

第3章 合成工艺设计与优化

3．1 反应合成工段的设计与模拟

3．1．1 浆态床反应器反应中试验证

3．1．2 反应合成工段的流程设计

3．1．3 反应合成工段的模拟结果与讨论

3．2 丙炔醇的粗分工段的设计与模拟

3．2．1 1，4-丁炔二醇的分离过程设计与模拟

3．2．2 甲醛-丙炔醇的分离过程设计

3．2．3 分离模拟结果

3．3 丙炔醇的精制

3．4 分离过程节能优化

3．5 小结

结论与展望

参考文献

致谢