基于廢物最小的O,S-二甲基硫代磷酰胺連續(xù)生產(chǎn)過程開發(fā).pdf

1、隨著人們對環(huán)境與能源關(guān)注程度的越來越強烈，近年來從源頭上減少污染與進行污染預(yù)防控制已成為人們研究的熱點，也成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。間歇反應(yīng)或分批操作過程是精細(xì)化工領(lǐng)域的一個常見的生產(chǎn)方式，主要具有簡單、靈便、投資少等特點。但是，一般都存在設(shè)備效率低、生產(chǎn)能力小、勞動強度大、反應(yīng)結(jié)果易波動以及廢物處理難度大等問題。開發(fā)連續(xù)生產(chǎn)過程具有：更有效的利用能量與原料，回收反應(yīng)熱，強化混合過程以提高選擇性降低廢物產(chǎn)生，最大限度地減少反應(yīng)過程的

2、失控，減少工廠的場地和降低工廠的投資，易于實現(xiàn)自動化等特點。提出利用環(huán)境影響指標(biāo)原料利用率(BA)與單位潛在廢物產(chǎn)率(MB)對O,S-二甲基硫代磷酰胺及其中間體O-甲基硫代磷酰二氯、O,O-二甲基硫代磷酰氯、O,O-二甲基硫代磷酰胺等連續(xù)反應(yīng)過程進行廢物最小化分析，研究上述過程連續(xù)生產(chǎn)的實現(xiàn)方式以及相關(guān)的理論，對于降低產(chǎn)品的能耗，穩(wěn)定提高產(chǎn)品的質(zhì)量與收率，實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，具有十分重要的理論意義與實際應(yīng)用價值。
　　 以文獻報道的

3、O-甲基硫代磷酰二氯合成的動力學(xué)為基礎(chǔ)，基于廢物最小化分析，建立循環(huán)管式反應(yīng)器串聯(lián)管式反應(yīng)器連續(xù)合成O-甲基硫代磷酰二氯的反應(yīng)器模型。適當(dāng)縮短循環(huán)管式反應(yīng)器的停留時間，降低反應(yīng)溫度，可提高O-甲基硫代磷酰二氯的質(zhì)量與收率。減少甲醇與三氯硫磷的摩爾配比，可有效減少過程的廢物產(chǎn)生量。在模擬計算的基礎(chǔ)上，建立一套12000噸/年循環(huán)管式反應(yīng)器串聯(lián)管式反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)O-甲基硫代磷酰二氯的工業(yè)生產(chǎn)裝置。工業(yè)生產(chǎn)裝置連續(xù)運行表明：O-甲基硫代磷酰二

4、氯的收率比現(xiàn)有工藝收率提高1.5％，單套裝置的生產(chǎn)能力是現(xiàn)有單套裝置生產(chǎn)能力的5倍。
　　 在O,O-二甲基硫代磷酰氯合成反應(yīng)動力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，提出多級循環(huán)管式反應(yīng)器串聯(lián)連續(xù)合成O,O-二甲基硫代磷酰氯的反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)。以O(shè),O-二甲基硫代磷酰氯的總收率為優(yōu)化目標(biāo)，以MATLAB為編程語言，采用復(fù)形法優(yōu)化等溫下各級循環(huán)管式反應(yīng)器內(nèi)的加堿量。適當(dāng)增加串聯(lián)級數(shù)、減少循環(huán)比、降低反應(yīng)溫度有利于O,O-二甲基硫代磷酰氯收率與產(chǎn)品質(zhì)量的提高

5、。模擬計算結(jié)果表明，6級循環(huán)管式反應(yīng)器串聯(lián)，在優(yōu)化的條件下，O,O-二甲基硫代磷酰氯的收率為93.86％，產(chǎn)品摩爾質(zhì)量達到94.35％。工業(yè)單級循環(huán)反應(yīng)器的中試結(jié)果與模型計算結(jié)果比較吻合，可為工業(yè)規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)裝置的設(shè)計與優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。
　　 研究O,O-二甲基硫代磷酰氯液相非催化氨解的反應(yīng)動力學(xué)。在反應(yīng)前期，酰氯濃度對速率影響很小，但在反應(yīng)后期，反應(yīng)速率呈明顯的二級反應(yīng)特征。氨與酰氯的起始摩爾比以及氨濃度對反應(yīng)速率影響顯著。

6、基于廢物最小化分析與反應(yīng)動力學(xué)研究，提出循環(huán)管式反應(yīng)器連續(xù)合成O,O-二甲基硫代磷酰胺的綠色過程新工藝，并對循環(huán)管式反應(yīng)器進行模擬與仿真。在模擬計算的基礎(chǔ)上，建立一套25000噸/年O,O-二甲基硫代磷酰氯連續(xù)氨解的工業(yè)生產(chǎn)裝置。工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)新工藝的產(chǎn)品質(zhì)量提高了0.74％，收率提高了2.93％。單套裝置生產(chǎn)能力是分批間歇攪拌反應(yīng)釜單套裝置生產(chǎn)能力的7倍，且可大幅度降低產(chǎn)品的能源消耗。
　　 采用單純形優(yōu)化法研究O,O-二甲基硫

7、代磷酰胺異構(gòu)的反應(yīng)動力學(xué)。反應(yīng)速率對硫酸二甲酯濃度與O,O-二甲基硫代磷酰胺濃度分別為一級反應(yīng)。對全混釜串聯(lián)管式反應(yīng)器連續(xù)合成O,S-二甲基硫代磷酰胺的模擬計算標(biāo)明，采用優(yōu)化的方案，可使產(chǎn)品收率達到83.7％，比現(xiàn)有間歇生產(chǎn)工藝提高1.2％～1.7％左右。以最大總收率與最大單位潛在廢物產(chǎn)率為多目標(biāo)優(yōu)化，利用線性加權(quán)和法將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題，以MATLAB為編程語言，采用復(fù)形法優(yōu)化反應(yīng)-分離-再循環(huán)（RSR）系統(tǒng)的工藝參數(shù)