论文部分内容阅读
正硅酸乙酯是一种用途广泛的工业材料。目前，国内正硅酸乙酯的生产多采用污染大、消耗高的间歇工艺。随着我国化工环保要求的不断提高，加快对副产SiCl4合成正硅酸乙酯生产工艺的研究，开发出产量大、质量好、收率高、污染小的连续化生产新工艺势在必行。首先研究了以SiCl4为原料，沸腾溶剂携带除酸的半连续反应过程。通过实验考查了溶剂种类、加料方式、氮气流速、原料配比、滴加速率和反应温度等因素对正硅酸乙酯收率的影响。确定了半连续法合成硅酸乙酯的最佳工艺条件：正己烷作溶剂，乙醇滴加至SiCl4中，N2流速70mL/min，四氯化硅:乙醇为1:4.6（摩尔比），乙醇进料速率70mL/h，反应温度50℃，正硅酸乙酯的收率达75%。在半连续法合成正硅酸乙酯的基础上，着重研究了半连续化反应精馏法合成正硅酸乙酯，对影响因素进行了探讨，实验结果表明：该工艺明显优于半连续法工艺。该体系减少了氮气扰动环节，以精馏促进反应，使得反应产生的HCl气体及时移出反应区，打破化学平衡，提高原料转化率，减少副反应发生。在半连续化反应精馏法的基础上，通过自制的反应精馏设备合成正硅酸乙酯。探讨实验室条件下连续反应精馏制备过程中，各因素对产物收率的影响，并对影响因素进行优化：由单因素实验考查进料位置、进料温度、原料配比、进料速率、回流比等因素对收率的影响，通过正交试验重点考察原料配比（A）、进料速率（B）和回流比（C）三种主要因素对连续反应精馏合成正硅酸乙酯的影响程度，得出三种因素对反应的影响程度大小为：A>C>B，并得出反应精馏的最优组合条件为：乙醇和SiCl4常温进料、正己烷为泡点进料，乙醇和四氯化硅摩尔比4.20:1，乙醇进料速率在90mL/h左右，回流比1.7，最优条件下，正硅酸乙酯的收率为93.86%。通过Aspen Plus化工模拟软件，对连续反应精馏工艺条件进行模拟。采用热力学模型NRTL，模拟塔内温度和汽液相组成、确定酯化过程反应所需理论塔板数以及理论回流比。模拟结果为：常压条件下、较适宜的回流比为1.5，理论总板数为20块板。配料比采用乙醇：SiCl4的摩尔比为4.15:1，较适宜的进料位置为SiCl4从8块、乙醇从13块、正己烷从14块进料。Aspen Plus模拟结果说明连续反应精馏制备硅酸乙酯的可行性，为反应精馏过程的工艺优化以及中试提供了理论基础，可运用于后续中试塔的设计。