環(huán)己烷氧化高壓裝置主要生產(chǎn)原理簡述

環(huán)己烷氧化高壓裝置主要生產(chǎn)原理簡述1.1反應機理以環(huán)己烷制備環(huán)己酮的生產(chǎn)由兩部分組成，即反應部分和精制部分。反應按其化學變化可分為兩個步驟：①環(huán)己烷氧化生成環(huán)己基過氧化氫:C6H12+O2→C6H11OOH②環(huán)己基過氧化氫在堿性和鈷催化劑條件下，分解成環(huán)己酮和環(huán)己醇：在氧化和分解反應進行的同時，也產(chǎn)生了酸、酯、醛以及其他高沸點及低沸點的有機物雜質(zhì)。如：C6H10O+O2→HOOC（CH2）4COOH（己二酸）COOC6H112C6H11OH+O2+HOOC（CH2）4COOH→（CH2）4（己二酸酯）+2H2OCOOC6H11③酸的中和：COONaHOOC（CH2）4COOH+2NaOH→（CH2）4+2H2OCOONa④酯的皂化：COOC6H11COONa（CH2）4+2NaOH→（CH2）4+2H2OCOOC6H11COONa1.2加工原理本工藝采用的是環(huán)己烷空氣氧化生產(chǎn)工藝，工藝過程包括環(huán)己烷氧化、低溫分解、環(huán)己烷精餾等單元。主要反應步驟有：①環(huán)己烷氧化生成環(huán)己酮、環(huán)己醇、環(huán)己基過氧化氫②環(huán)己基過氧化氫分解生成環(huán)己酮、環(huán)己醇以上二個反應分別代表環(huán)己烷氧化和過氧化物(CHHP)分解過程，均為放熱反應。過氧化物的分解是在堿性條件下催化低溫定向分解，生成環(huán)己酮和環(huán)己醇。低溫可顯著提高分解收率，減少副產(chǎn)物的生成。分解所得的粗醇酮產(chǎn)物中的酯和醛類等雜質(zhì)在堿性條件下通過皂化將酯類分解成相應的醇和酸，再使醇醛縮合成大分子，便于精餾過程除去雜質(zhì)。經(jīng)過以上幾步所得的粗醇酮產(chǎn)物，在多個不同用途的精餾塔中，利用組份間不同的揮發(fā)度，除去輕重雜質(zhì)，得到產(chǎn)品環(huán)己酮和中間產(chǎn)品環(huán)己醇。1.3影響因素1.3.1環(huán)己烷氧化環(huán)己烷氧化過程是一個極為復雜的反應過程，影響這個反應的因素有溫度、壓力、轉(zhuǎn)化率、原料純度等。①反應溫度和壓力的影響氧化反應溫度與壓力是互相有關(guān)，不可分割的。因為不同的壓力下環(huán)己烷有不同的沸點，而反應溫度不可能高于該壓力的沸點，因此可以說反應溫度決定了反應壓力。反應溫度和壓力的選擇通常是：首先反應溫度應該保證氧化反應的速度，保證反應器中的耗氧率。在這個前提下，再選擇操作壓力。本裝置氧化采用無催化空氣氧化，因此溫度是反應的一個重要條件。提高反應溫度會大大加快反應速度，但同時副產(chǎn)物也會增加。壓力越高，尾氣中環(huán)己烷分壓越小，損失的環(huán)己烷也會越少，但設(shè)備的投資及維修費用也會相應提高。反之壓力過低，反應溫度就要接近沸點溫度，蒸發(fā)帶出的熱量大于反應放出的熱量，如要維持反應正常進行，必須外加熱量，這對經(jīng)濟運行是不利的。②反應轉(zhuǎn)化率環(huán)己烷氧化反應的最大特點是低轉(zhuǎn)化率，大循環(huán)量。反應開始后，最初產(chǎn)生的分子態(tài)產(chǎn)物是過氧化物，然后才是醇、酮及酸和酯類。隨著轉(zhuǎn)化率的不斷升高，醇、酮上升幅度較大，過氧化物含量幾乎不變，而酸酯類上升較慢。當達到一定的轉(zhuǎn)化率時，酸和酯類含量迅速上升，此時有用組分的收率就開始下降。因此，從提高收率的角度看，應該采用低轉(zhuǎn)化率的方法，因為這時有用物在總產(chǎn)物中的比例高。但是轉(zhuǎn)化率低未反應的物料循環(huán)量加大，設(shè)備容量就要加大，為輸送這些物料所需能量及加熱、冷卻的能量均要增加。③環(huán)己烷純度對反應的影響環(huán)己烷中存在的雜質(zhì)，將影響反應的正常進行。這些雜質(zhì)包括苯、醇酮、水及庚烷等。正常的苯加氫反應，苯完全轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷，如因特殊情況，造成大量的苯進入氧化過程，將導致苯氧化生成焦油，特別在有酮等物質(zhì)的存在下，會加速苯的氧化。其原因是酮的氧化誘導了苯的氧化。此外，苯還有抑制環(huán)己烷氧化的作用。因此，嚴格控制苯加氫產(chǎn)物環(huán)己烷中苯的含量是極為重要的。要求烷凝固點≥6.0℃。反應介質(zhì)中醇酮進一步氧化，則轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，并且醇酮比環(huán)己烷更容易氧化，因此要按規(guī)定嚴格控制烷蒸餾工序餾出液中的醇酮含量。醇和酮也是環(huán)己烷氧化的引發(fā)劑，少量醇、酮存在，可以縮短反應的誘導期。這是因為它們被氧化成酸之前也會形成游離基，加快了環(huán)己烷氧化反應，故此，本裝置氧化初開車時，為縮短反應的誘導期，可采取加醇酮作引發(fā)劑。環(huán)己烷中的正庚烷等要嚴格控制，因為正庚烷能與環(huán)己酮形成共沸物而帶到己內(nèi)酰胺產(chǎn)品中，會影響到己內(nèi)酰胺的揮發(fā)性堿。環(huán)己烷中的水份對反應也會有很大的影響。在氧化系統(tǒng)中控制水蒸氣的分壓對減少結(jié)渣，延長運轉(zhuǎn)周期有直接的影響，因此對環(huán)己烷應預先分出其中所夾帶的水份，由尾氣帶出的環(huán)己烷也應分出水后再返回氧化系統(tǒng)。④氣泡運動對反應的影響氣泡在液體中的運動速度是影響氧化反應的因素之一。一般認為，當氣泡過小時，氣泡在液體中運動的速度慢，氣泡外膜的更新速度也就慢，處于界面上的液體醇、酮的濃度就高，再接觸發(fā)生深度氧化的可能性增加，酸的產(chǎn)率上升。如果氣泡能迅速在液體中運動，則表面能不斷更新，反應生成物迅速轉(zhuǎn)入液相，使氣泡的界面上醇酮濃度不致于高出整個液體的濃度。1.3.2分解反應①溫度的影響溫度越高，分解反應速度越快，分解越完全，但同時，環(huán)己酮在堿性條件下的縮合也相應增加。溫度低，分解反應慢，反應不完全，適宜的分解溫度要視工藝要求與特點進行選擇。實際操作中，要求其溫度控制在85～95℃之間。②堿度的影響分解反應是在堿性條件下進行的，堿度要使環(huán)己基過氧化氫充分分解，得到環(huán)己酮和環(huán)己醇，堿度過低，分解反應不完全，堿度過高，會使環(huán)己酮和環(huán)己醇縮合產(chǎn)生黑褐色膠狀產(chǎn)物，影響收率。③相比的影響反應