劉丹，安然，安維中，林子昕，別海燕

（中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島266100）

引 言

乙醇胺是一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）和三乙醇胺（TEA）3 種同系物的統(tǒng)稱。由于乙醇胺分子中含有胺基和羥基，同時具有胺與醇的化學(xué)性質(zhì)，所以該類產(chǎn)品具有特殊的性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于表面活性劑、紡織化學(xué)品、氣體凈化劑、石油添加劑等工業(yè)領(lǐng)域[1-3]。

目前，乙醇胺的主要合成路線是以水為催化劑的環(huán)氧乙烷（EO）氨解法[4-5]，即環(huán)氧乙烷與氨反應(yīng)生成3 種混合產(chǎn)品，產(chǎn)物經(jīng)過精餾后得到高純度的MEA、DEA 和TEA。在乙醇胺行業(yè)中，市場對MEA、DEA 和TEA 的需求量是不同且變化的，這涉及到如何調(diào)整生產(chǎn)工藝來滿足生產(chǎn)出不同種類乙醇胺產(chǎn)品的問題。然而由于乙醇胺的合成反應(yīng)具有平行-連串反應(yīng)的特點(diǎn)，且生成DEA 和TEA 的反應(yīng)速率要高于生成MEA 的反應(yīng)速率（水為催化劑），所以傳統(tǒng)的通過調(diào)節(jié)氨與EO 的反應(yīng)配比和改變水進(jìn)料量的方法很難適應(yīng)不同品種乙醇胺產(chǎn)品的要求。針對如何提高M(jìn)EA 選擇性的問題，目前多數(shù)工藝采用增大進(jìn)料氨烷比的方法。Hammer 等[6]采用帶有冷卻的管式反應(yīng)器，將EO 分成多份在反應(yīng)器的不同位置多點(diǎn)加入，當(dāng)氨烷比為7.6 時，MEA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升至58.7%。吳兆立等[7]開發(fā)的工藝采用液液管式反應(yīng)器，將反應(yīng)物按一定比例進(jìn)入低溫混合器中充分混合后送入反應(yīng)器，當(dāng)進(jìn)料氨烷比為10∶1 時，MEA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)76.63%。有文獻(xiàn)報(bào)道通過改變工藝參數(shù)和開發(fā)新的催化劑來提高M(jìn)EA 選擇性，如Gibson 等[8]提出了一種在超臨界狀態(tài)下氨與環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成高M(jìn)EA 收率的生產(chǎn)工藝，Watanabe 等[9]提出通過氨水和EO 在一種氨的碳酸鹽存在下的反應(yīng)工藝，該工藝氨烷比為3.51，可提高M(jìn)EA 選擇性至74%。

在如何提高DEA 選擇性方面，由于改變進(jìn)料氨烷比對DEA 選擇性幫助不大，常用的辦法是將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離得到的MEA 循環(huán)到反應(yīng)器中[10-11]，即讓生成的MEA 和EO 繼續(xù)反應(yīng)生成DEA。Nygaard等[12]提出一種雙管式反應(yīng)器工藝，該工藝將EO 分成兩部分分別加入到兩個反應(yīng)器中，第一反應(yīng)器中的產(chǎn)物經(jīng)分離后將MEA 循環(huán)到第二個反應(yīng)器，依此使DEA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)50.7%。安維中等[13]提出一種利用管式反應(yīng)器耦合反應(yīng)精餾塔合成乙醇胺的過程強(qiáng)化新工藝，該工藝采用管式反應(yīng)器得到乙醇胺混合產(chǎn)品，乙醇胺產(chǎn)品在脫除大部分的氨后，進(jìn)入反應(yīng)精餾塔，與另一股EO 在塔內(nèi)同時進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物分離，DEA 選擇性可達(dá)75%以上。也有文獻(xiàn)報(bào)道選用高選擇性催化劑來提高DEA 選擇性，如Tsuneki 等[14]發(fā)明了有利于DEA 生成同時可抑制TEA生成的催化劑。

反應(yīng)精餾（RD）是將反應(yīng)與分離結(jié)合在一個操作單元中的典型過程強(qiáng)化技術(shù)，通過這兩個重要功能的結(jié)合以強(qiáng)化整個過程的性能[15-16]。對于連串競爭反應(yīng)，可通過精餾作用將反應(yīng)產(chǎn)物及時移出反應(yīng)區(qū)，即阻斷了深度副反應(yīng)的發(fā)生，可實(shí)現(xiàn)提高目標(biāo)產(chǎn)物選擇性的目的[17-19]。Grag 等[20]提出了一種反應(yīng)精餾生產(chǎn)乙醇胺的專利方法，該方法采用液氨為原料，在進(jìn)料氨烷比為0.7∶1 的條件下，MEA 選擇性可達(dá)48%，但該專利并未對塔內(nèi)參數(shù)的影響規(guī)律進(jìn)行探究。

本文針對乙醇胺合成反應(yīng)過程的特點(diǎn)和產(chǎn)品的需要，提出采用反應(yīng)精餾合成乙醇胺的工藝，重點(diǎn)探討如何在同一反應(yīng)精餾塔中實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)物選擇性目標(biāo)的可行性和可達(dá)到的最大選擇性。研究建立的方法和取得結(jié)果將為工業(yè)裝置的設(shè)計(jì)、操作和控制等奠定理論和模型基礎(chǔ)。

1 化學(xué)體系和反應(yīng)動力學(xué)

環(huán)氧乙烷氨解合成乙醇胺的原理是，氨分子中的三個活潑氫原子被羥乙基（—CH2CH2OH）依次取代，相繼生成MEA、DEA和TEA。反應(yīng)方程式如下

三個反應(yīng)的放熱量分別為125.568 kJ·mol-1、148.192 kJ·mol-1和179.786 kJ·mol-1，屬 于 強(qiáng) 放 熱反應(yīng)[21]。

目前，對于EO 氨解合成乙醇胺反應(yīng)動力學(xué)的研究已比較充分。Knorr[22]研究發(fā)現(xiàn)，EO 與氨在無水條件下難以反應(yīng)，而水可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。文獻(xiàn)[23]對水催化條件下不同的動力學(xué)方程進(jìn)行了考察和對比，認(rèn)為文獻(xiàn)[24]的動力學(xué)表達(dá)式更接近實(shí)際實(shí)驗(yàn)值。本研究合成工藝亦采用水為催化劑，反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)采用文獻(xiàn)[24]值，具體見表1，其中cw為水的濃度，Ea為反應(yīng)活化能。

從動力學(xué)參數(shù)看，水的濃度對各步反應(yīng)速率和產(chǎn)物的選擇性（k2/k1，k3/k1）影響顯著。例如，當(dāng)水的濃 度 為1 mol·L-1時，k2/k1和k3/k1的 值 分 別 為7.1 和14.0；當(dāng)水的濃度增大一倍時，k2/k1和k3/k1的值分別為6.0 和13.8。此表明增大水用量有利于MEA 的生成或提高M(jìn)EA 選擇性，但過多的水將導(dǎo)致產(chǎn)品后續(xù)分離能耗增大，同時導(dǎo)致乙二醇等副產(chǎn)物增多。為了簡化計(jì)算，本文暫不考慮產(chǎn)生乙二醇等副產(chǎn)物，研究體系包括六個組分，其常壓沸點(diǎn)分別為：EO 283.6 K，NH3238.6 K，H2O 373.2 K，MEA 445.5 K，DEA 541.8 K，TEA 633.1 K。由此可見，體系中各組分沸點(diǎn)差較大，且沒有共沸物，易于通過精餾的方法將反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)移出。

表1 乙醇胺反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)Table 1 Reaction kinetics of ethanolamines

2 反應(yīng)精餾塔構(gòu)型及設(shè)計(jì)參數(shù)

采用反應(yīng)精餾法合成乙醇胺的化學(xué)工程原理和優(yōu)越性在于：（1）反應(yīng)為連串競爭反應(yīng)，反應(yīng)物和產(chǎn)物的沸點(diǎn)差較大，利用精餾作用可以將目標(biāo)產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)迅速移出，及時阻斷目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)一步與EO反應(yīng)生成副產(chǎn)物的條件，依此達(dá)到提高目標(biāo)產(chǎn)物選擇性的目的；（2）利用精餾作用，在反應(yīng)精餾塔反應(yīng)段塔板上形成一個局部很高的氨烷比，即將塔板上EO的濃度降到很低，此有利于提高中間產(chǎn)物的選擇性；（3）反應(yīng)熱直接通過塔內(nèi)液體汽化吸收，反應(yīng)熱的移出高效、安全。

圖1 為本文提出的反應(yīng)精餾塔示意圖，其中塔類型選為板式塔（比填料塔具有更大的持液量），塔設(shè)置一個全冷凝器和一個部分再沸器。本文RD 工藝的主要特征為：（1）與傳統(tǒng)工藝不同，本文采用的原料為液氨，而非氨水，并從塔的下部進(jìn)料；（2）采用水為催化劑，水從塔的頂部獨(dú)立進(jìn)料，水在全塔各級上均有分布且呈流動態(tài)（水的沸點(diǎn)高于氨和EO），所述工藝屬于均相催化精餾工藝；（3）EO 的進(jìn)料口設(shè)置在水和氨的進(jìn)料口之間，并設(shè)置多個進(jìn)料口，供進(jìn)料位置優(yōu)化；（4）塔頂物料采用全回流操作模式（目的是使塔頂未反應(yīng)的氨全部返回至塔內(nèi)），反應(yīng)產(chǎn)物、未轉(zhuǎn)化的原料和水從塔底采出；（5）依據(jù)塔內(nèi)EO 濃度（用液相摩爾分率表示）分布，將塔板上含有EO 的塔板（段）視為反應(yīng)段，將不含EO（xEO≤0.01%）的塔板（段）視為提餾段。

圖1 反應(yīng)精餾塔示意圖Fig.1 Schematic of RD column

反應(yīng)精餾塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)及范圍值列于表2。主要限定條件為：（1）EO 的進(jìn)料量為1000 kg·h-1；（2）反應(yīng)段溫度（TR）范圍為40～60℃（依據(jù)動力學(xué)條件給定[24]）；（3）再沸器的最高操作溫度限定為180℃（乙醇胺具有熱敏性，在高溫下會發(fā)生熱解等作用，進(jìn)而影響產(chǎn)品的純度和色度[25-26]）；（4）冷卻介質(zhì)指定為循環(huán)水（平均溫度為35℃）；（5）總的塔板數(shù)指定為26，氨的進(jìn)料位置指定為20（目的為簡化分析，因?yàn)槌醪侥M顯示此兩個條件對目標(biāo)產(chǎn)物選擇性影響不顯著）；（6）每塊塔板上的液體持液量指定為0.7 m3（保證EO 在塔內(nèi)完全轉(zhuǎn)化和水力學(xué)可行）；（7）塔頂回流液中EO 濃度限定為xD,EO≤0.5%（EO轉(zhuǎn)化率和安全性指標(biāo)）。

在指定（限定）以上條件的基礎(chǔ)上，反應(yīng)精餾塔的其他關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)包括：操作壓力、水進(jìn)料量、進(jìn)料氨烷比、再沸比、EO 進(jìn)料位置。模擬考察和優(yōu)化目標(biāo)為MEA 選擇性、DEA 選擇性及MEA 和DEA 的相對生成速率，進(jìn)而確定可達(dá)到不同產(chǎn)品最大選擇性對應(yīng)的操作條件。

3 參數(shù)影響模擬與分析

模擬在Aspen Plus 平臺上進(jìn)行，模塊選擇基于平衡級模型的RadFrac，反應(yīng)動力學(xué)采用表1 數(shù)據(jù)，相平衡模型選取UNIQ-RK 模型[27]，模型參數(shù)均取自軟件數(shù)據(jù)庫。由于在選定的設(shè)計(jì)條件及參數(shù)范圍內(nèi)，EO 在塔內(nèi)可完全轉(zhuǎn)化，所以本文重點(diǎn)分析設(shè)計(jì)條件對選擇性的影響。模擬時，首先給出一個基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（表2），然后對選擇的操作參數(shù)作靈敏度分析（單因素分析），進(jìn)而取得優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)。

表2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)和范圍值Table 2 Parameter values for base case and range of study

3.1 操作壓力的影響

圖2 給出了在表2 其他條件不變的情況下，模擬得到的MEA選擇性（SMEA）、DEA選擇性（SDEA）和反應(yīng)段塔板數(shù)（NR）隨操作壓力的變化關(guān)系。從圖2可以看出：（1）操作壓力對MEA 和DEA 的選擇性影響不大，其原因是生成乙醇胺各步反應(yīng)的活化能相等（表1），即改變壓力（改變反應(yīng)溫度）不影響各步反應(yīng)的相對速率；（2）隨著壓力升高，MEA 選擇性呈現(xiàn)略升高、DEA 選擇性呈現(xiàn)略下降的趨勢，其原因在于提高壓力后EO 反應(yīng)速率增大，EO 轉(zhuǎn)化需要的反應(yīng)段級數(shù)減小，反應(yīng)產(chǎn)物MEA 在反應(yīng)段的停留時間減小，此有利于減少M(fèi)EA 深度副反應(yīng)的發(fā)生。綜上，在選定的壓力范圍內(nèi)，改變壓力對MEA 和DEA選擇性的影響甚微。當(dāng)然，改變壓力將顯著影響塔頂物料冷凝溫度和塔釜再沸器的溫度，所以適宜操作壓力選擇的重點(diǎn)是考慮用循環(huán)水為冷卻介質(zhì)和再沸器溫度不超過設(shè)定值（180℃）這兩個條件。

3.2 水進(jìn)料量的影響

圖3 給出了在表2 其他條件不變的情況下，模擬得到的MEA選擇性（SMEA）、DEA選擇性（SDEA）和再沸器溫度（TB）隨水進(jìn)料量的變化關(guān)系。從圖3 可以看出：（1）MEA 選擇性隨水進(jìn)料量的增大而增大，DEA 選擇性隨塔頂水進(jìn)料量的增大而減小，其原因可通過反應(yīng)動力學(xué)解釋（表1），即提高水進(jìn)料量或提高級上水的濃度有利于MEA 的生產(chǎn)（和文獻(xiàn)[24]報(bào)道的結(jié)果一致）；（2）提高水進(jìn)料量將導(dǎo)致再沸器溫度升高，其原因歸結(jié)于水的沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于氨，過多的水將影響再沸器的溫度。綜上說明，水進(jìn)料量對MEA和DEA的相對生成速率有重要影響，提高水的進(jìn)料量有利于提高M(jìn)EA 選擇性，適宜水用量的選擇需要考慮產(chǎn)物選擇性的要求、再沸器溫度的限制即后續(xù)產(chǎn)品分離的能耗等因素。

圖2 操作壓力對產(chǎn)物選擇性及反應(yīng)段塔板數(shù)的影響Fig.2 Effects of pressure on products selectivity and number of reaction zone

圖3 水進(jìn)料量對產(chǎn)物選擇性及再沸器溫度的影響Fig.3 Effects of water feed rate on products selectivity and reboiler temperature

3.3 氨烷比的影響

表3 給出了在表2 其他條件不變的情況下，模擬得到的塔內(nèi)部分參數(shù)隨氨烷比的變化關(guān)系。從表3 可以看出：（1）MEA 和DEA 的相對生成速率（MRMEA/DEA）呈現(xiàn)先增大后降低的規(guī)律。當(dāng)氨烷比小于1.1 時，增大氨烷比對MEA 選擇性有利，對DEA選擇性不利，其原因在于提高氨烷比使塔內(nèi)級上氨濃度（xR,NH3）升高而EO 濃度降低；但當(dāng)氨烷比繼續(xù)增大時，塔內(nèi)級上氨的增濃效果不顯著，EO 濃度降低作用不明顯，但降低了水的濃度，此將導(dǎo)致MEA選擇性降低，DEA 選擇性上升。（2）氨烷比幾乎不影響塔頂溫度（TD）和反應(yīng)段溫度（TR），其原因是塔內(nèi)反應(yīng)段上主要組分是氨（占90%以上），但氨烷比會顯著影響再沸器的溫度，其原因是增大氨烷比后有大量未轉(zhuǎn)化的氨進(jìn)入再沸器中。綜上，適宜的氨烷比的選擇需要綜合考慮產(chǎn)物的選擇性、再沸器溫度限制和后續(xù)分離能耗等因素。

表3 氨烷比對反應(yīng)精餾的影響Table 3 Effects of molar feed ratio of NH3 to EO on column performance

3.4 再沸比的影響

表4 給出了在表2 其他條件不變的情況下，模擬得到的塔內(nèi)部分參數(shù)隨再沸比的變化關(guān)系。從表4 可以看出：（1）隨著再沸比增大，MEA 與DEA 相對生成速率持續(xù)增大（產(chǎn)品中MEA比例增大而DEA比例降低），其原因在于提高再沸比導(dǎo)致塔內(nèi)汽液相流量增大，對應(yīng)物料在塔內(nèi)停留時間減小，此有利于MEA 選擇性提高；另一方面，再沸比增大有利于氨在反應(yīng)段各級上增濃，對應(yīng)氨烷比增大，此也有利于MEA 選擇性升高；（2）提高再沸比幾乎不影響塔頂和反應(yīng)段的溫度，但再沸器溫度隨之升高，其原因在于增大再沸比將使再沸器中重組分增濃；（3）提高再沸比，再沸器的負(fù)荷（Q）持續(xù)增大，系統(tǒng)能耗持續(xù)增大。綜上，再沸比的增大對MEA 選擇性有利，對DEA 選擇性不利，同時會導(dǎo)致再沸器溫度過高、再沸器負(fù)荷增大，適宜再沸比的選擇需要綜合考慮這些因素。

表4 再沸比對反應(yīng)精餾的影響Table 4 Effects of boilup ratio on column performance

3.5 EO進(jìn)料位置的影響

圖4 給出了在表2 其他條件不變的情況下，模擬得到的MEA選擇性（SMEA）、DEA選擇性（SDEA）和反應(yīng)段高度隨EO 進(jìn)料位置的變化關(guān)系。從圖4 可以看出：（1）反應(yīng)區(qū)隨EO 進(jìn)料位置的降低而降低；（2）MEA 選擇性隨EO 進(jìn)料板的降低而減小，DEA 選擇性呈現(xiàn)相反的趨勢，這是因?yàn)镋O 進(jìn)料位置越靠近塔底，反應(yīng)物EO 在塔下部增濃，使局部塔板上有效氨烷比減小，導(dǎo)致MEA 選擇性降低。綜上，EO 進(jìn)料位置對MEA 和DEA 選擇性的相對變化不顯著，合適的EO 進(jìn)料位置主要是保證反應(yīng)段EO 的轉(zhuǎn)化率。

圖4 EO進(jìn)料位置對產(chǎn)物選擇性及反應(yīng)段高度的影響Fig.4 Effects of EO feed location on products selectivity and reaction zone height

4 考慮不同產(chǎn)品選擇性目標(biāo)的RD 塔模擬優(yōu)化結(jié)果

4.1 以MEA選擇性為目標(biāo)的RD塔模擬優(yōu)化結(jié)果

在上述參數(shù)影響規(guī)律分析的基礎(chǔ)上，以表2 中的參數(shù)范圍為限制條件，以MEA 選擇性最大為目標(biāo)，應(yīng)用Aspen Plus 軟件的優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化的塔設(shè)計(jì)和操作參數(shù)，具體見圖5。結(jié)果顯示，優(yōu)化的設(shè)計(jì)條件為：壓力1.9 MPa，氨烷比1.31，水進(jìn)料量130 kg·h-1，再沸比5.5，EO 進(jìn)料位置第4 塔板。此條件下，塔頂溫度為47.5℃，可以選用循環(huán)水為冷卻介質(zhì)，反應(yīng)段平均溫度為51.4℃，塔釜溫度為179.2℃，EO 轉(zhuǎn) 化 率99.99%，MEA 選 擇 性 達(dá) 到70.30%。

4.2 以DEA選擇性為目標(biāo)的RD塔模擬優(yōu)化結(jié)果

圖5 考慮MEA選擇性的反應(yīng)精餾塔設(shè)計(jì)結(jié)果Fig.5 Design results of RD column considering MEA selectivity

圖6 考慮DEA選擇性的反應(yīng)精餾塔設(shè)計(jì)結(jié)果Fig.6 Design results of RD column considering DEA selectivity

以表2 中的參數(shù)范圍為限制條件，以DEA 選擇性最大為目標(biāo)，應(yīng)用Aspen Plus 軟件的優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化的塔設(shè)計(jì)和操作參數(shù)，具體見圖6。結(jié)果顯示優(yōu)化的設(shè)計(jì)條件為：操作壓力1.9 MPa，氨烷比1.07，水進(jìn)料量為20 kg·h-1，再沸比2，EO 進(jìn)料位置第4 塔板。此條件下，塔頂溫度為47.5℃，可以選用循環(huán)水為冷卻介質(zhì)，反應(yīng)段平均溫度為57.8℃，塔釜溫度為178.9℃，EO轉(zhuǎn)化率99.99%，DEA選擇性達(dá)到41.89%。

4.3 結(jié)果與方法評價

從以上設(shè)計(jì)結(jié)果并結(jié)合第3 節(jié)的分析，可得到如下幾點(diǎn)認(rèn)識和評價：

（一）在給定的參數(shù)范圍內(nèi)（表2），用反應(yīng)精餾技術(shù)可獲得高選擇性的MEA。注意到，本文方法在進(jìn)料氨烷比1.3∶1 條件下，MEA 的選擇性可達(dá)到70%以上，其值遠(yuǎn)優(yōu)于管式反應(yīng)器的文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果[28-30]。其原因歸結(jié)于反應(yīng)精餾的強(qiáng)化作用：（1）利用精餾作用，可以將目標(biāo)產(chǎn)物MEA 從反應(yīng)區(qū)迅速移出，及時阻斷MEA 進(jìn)一步與EO 反應(yīng)生成副產(chǎn)物的條件；（2）利用反應(yīng)精餾塔“內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器”的功能，未反應(yīng)的氨在塔頂全回流和塔釜汽化循環(huán)，導(dǎo)致在反應(yīng)段塔板上形成很高的氨烷比（塔板上的平均氨烷比（βNH3/EO）達(dá)40∶1以上，見表3），此情況下反應(yīng)塔板上EO 的濃度降到很低，此有助于MEA 選擇性提高。然而，繼續(xù)提高M(jìn)EA 選擇性將受到諸多條件限制，特別是塔釜溫度的限制。如提高水用量可提高M(jìn)EA 選擇性，但過多的水將導(dǎo)致再沸器溫度升高超限。

（二）在給定的參數(shù)范圍內(nèi)（表2），用反應(yīng)精餾技術(shù)獲得最大的DEA選擇性遠(yuǎn)小于MEA，其原因也歸結(jié)為塔設(shè)計(jì)條件的限制。理論上講，要獲得高的DEA 選擇性，一是讓MEA 盡可能地轉(zhuǎn)化為DEA，二是發(fā)揮反應(yīng)精餾的強(qiáng)化作用，從反應(yīng)段及時移出DEA，避免深度反應(yīng)生成TEA。從第3 節(jié)的分析可知，要實(shí)現(xiàn)此兩個方面，需減小進(jìn)料氨烷比（氨的進(jìn)料摩爾流量小于EO，使氨與EO 完全反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MEA，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為DEA）和降低水的用量（使生成DEA 的反應(yīng)速率更高于生成MEA 的反應(yīng)速率），但此兩個參數(shù)的調(diào)節(jié)將同時導(dǎo)致再沸器溫度升高超限。當(dāng)然，可通過降低塔操作壓力降低再沸器溫度，但降低壓力又將導(dǎo)致氨和EO 轉(zhuǎn)化為MEA 的速率降低，所以壓力的調(diào)節(jié)裕度有限。綜上可認(rèn)為，在給定的參數(shù)限制條件下，預(yù)達(dá)到的DEA 選擇性遠(yuǎn)小于MEA選擇性。

圖7 反應(yīng)精餾塔內(nèi)溫度分布Fig.7 Temperature profiles along RD column

圖7 給出了分別以MEA 和DEA 為選擇性目標(biāo)下反應(yīng)精餾塔內(nèi)各級上的溫度分布。從圖7 看出，以DEA 選擇性目標(biāo)條件下反應(yīng)段的溫度更高，此表明通過調(diào)節(jié)塔設(shè)計(jì)參數(shù)可以使反應(yīng)段中更多的氨轉(zhuǎn)化為MEA，即可通過調(diào)節(jié)塔參數(shù)（氨烷比、水用量、再沸比等）實(shí)現(xiàn)盡可能高的DEA 選擇性，但受塔釜再沸器溫度限制，參數(shù)調(diào)節(jié)范圍有限。

5 結(jié) 論

提出以環(huán)氧乙烷和液氨為原料，水為催化劑，反應(yīng)精餾塔合成乙醇胺的工藝，考察了在同一反應(yīng)精餾塔中實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)物選擇性目標(biāo)的可行性和可達(dá)到的最大選擇性。結(jié)果表明：（1）操作壓力和EO進(jìn)料位置對MEA 和DEA 的相對生成速率影響不顯著，適宜的操作壓力為1.9 MPa，EO 進(jìn)料位置為第四塔板；（2）水的用量對MEA 和DEA 的相對生成速率有顯著影響，是關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)；（3）氨烷比對MEA 和DEA 相對生成速率有一定影響，但影響再沸器溫度更為重要和顯著；（4）大的氨烷比、水進(jìn)料量和再沸比有利于提高M(jìn)EA 選擇性，小的氨烷比、水進(jìn)料量和再沸比則有利于提高DEA 選擇性，在優(yōu)化條件下，MEA 選擇性可達(dá)70.30%，DEA 選擇性可達(dá)41.89%。研究表明了通過改變操作參數(shù)、在反應(yīng)精餾塔中實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)產(chǎn)物最大選擇性的可行性，研究所建立的方法、得到的結(jié)果、結(jié)論將為工業(yè)裝置的設(shè)計(jì)、操作和控制等奠定理論和模型基礎(chǔ)。