二甲基乙酰胺反应系统水分影响研究

2022-09-11

二甲基乙酰胺 (Dimethylacetamide缩写DMAC) , 其化学分子式为CH3CON (CH3) 2, 是一种无色透明高沸点的液体, 高极性的非质子化溶剂[1]。该物质广泛的应用于合成材料、医药、化纤、有机染料、农药等领域。近年来, 随着我国传统的二甲基乙酰胺业发展速度的加快, 同时伴随着氨纶、聚酰亚胺薄膜等新兴行业的迅速发展, 国内二甲基乙酰胺消耗量逐渐增加, 不断刺激着我国工业生产的规模, 使其不断扩大生产。依据原料将二甲基乙酰胺工业划分, 可以将其划分为醋酸法、醋酐法以及乙酰氯法[2]。但是由于反应条件的不同, 醋酸法又可以分为高压催化缩合法和常压催化缩合法两种。在工业生产不断完善的过程中, 精馏增法运用到了常压催化中。在工业生产不断完善的过程中, 受到操作、设备以及生产成本和投资费用的影响, 我国目前仍然采用常压催化缩合工艺。

一、工艺概况

当二甲胺与冰醋酸接触时就会产生激烈的化学反应, 其生成物为醋酸二甲胺盐。但是, 在其发生反映的化学合成物醋酸二甲胺盐受到一定条件的影响时就会脱水生成DMAC。其具体的化学反应式如下:

在加热的情况的下, 有一部分醋酸二甲铵盐吸收一部分热量后就会分解成为二甲胺和冰醋酸。其实在酰化反应的过程中, 发生了两次化学反应。

两次化学反应:从最后一个反应方程式中就可以看出, 为了促进生成DMAC, 加入过量的二甲胺, 并对其进行脱水处理, 在实际操作的过程中都可以实现。高压醋酸法工艺的生成过程就是利用了这种原理, 在整个工艺生成的过程中, 增加工艺系统的压力, 加快各个反应方程式的速度, 使得各个合成物的时间缩短。而在常压反应系统中, 由于二甲胺的分压都是基本稳定不变的。因此, 为加快反应朝着生成物的方向进行, 将系统中的水分降低是反应中至关重要的一步操作。在DMAC工艺生产的过程中, 为促进生成物的生成, 通常使用二甲胺先进行酰化反应, 增加工艺生产环节中的压力, 进而促进盐化学反应的进行.DMA。DMAC在工艺生产中的过程主要如图1所示。

在相关的化学生成物产生之后, 为了方便运输, 工业中通常将二甲胺以40%的水溶液形式。工业生产中使用加热二甲胺溶液中的集成气态是为了能够获得更高质量的二甲胺。在工业生产中要想这一系列的化学反应能够顺利的进行, 各个数据具有其依据性, 那么在整个工艺生产的过程中, 二甲胺的进口温度一般保持在61-71摄氏度, 冷凝器的出口温度一般保持在33-43摄氏度。

二、系统水分析的影响

根据DMAC工业生产的工艺图就可知酰化反应中的水分主要来自于二甲胺带入和生成盐过程中盐料带入。同时, 盐料生成过程中也会有水分的带入[3]。第一种是经过冷却之后的二甲胺气带入水分;第二种是醋酸原料带入。在反应的过程中, 由于工业醋酸的水分含量较小, 相较于总系统的水分是非常小的。可见, DMAC工艺生产过程中水反应系统主要来源于二甲胺反应系统的生成。但是, 在工艺生产的过程中, 根据分压定律和溶液相平衡定率就可以知道, 二甲氨水中的水分与蒸汽机中的水分呈一定比例。假设在工艺生产的过程中不考虑其他的因素, 将系统作为理性状态下的系统装置, 则饱和水和蒸汽压的比例就可以如表1所示。在酰化反应中, 二甲胺的量无任何消耗。根据乌尔定律就可以得出其进口水分的含量:70摄氏度时:二甲胺水分含量基本上为11.4%;40摄氏度时:二甲胺的水分含量基本2.63%。他们进出口含水量相差4.20倍。也就意味在进入化学反应的过程中, 酰化反应中有75%的水分停留在酰化反应中, 同时由于上一个化学反应中已经存留的水分, 是的化学反应中的水分逐渐增多, 使得化学反应朝着反方向进行。将酰化反应的时间拉长。从上面的试验中就可以看出, 酰化反应的时间需要4个小时, 但是在实际工艺操作的过程中却需要20多个小时。

三、解决方案

为了解决在工艺生产中的产生的上述问题, 提高工艺生产的效率, 使得工艺生产中能够达到节能环保、节约能源的效果, 应对上述装置进行改造:第一步, 可以在二甲胺发生反应的过程中, 增加相应的冷却装置, 以此来降低进口时的温度[4]。第二步就是降低装置中回流的比例, 使得酰化反应中的脱水量增加, 通过对装置相关的改进, 其脱水量就可增加125%。对相关装置进行相关的改善之后, 应用与实际的工艺操作中, 其工作效率不仅显著提高, 还大大的节约能源, 促进工业生产的形成。