甲胺工艺流程设计
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甲胺工艺流程设计一、产品概述一甲胺:编号:0178号:74-89-5化学式:32相对分子质量:31.10性状:无色液化气体,有特殊气味(商品:40%水溶液)沸点:-6.8℃熔点:-93.5℃相对密度:0.66(水=1);1.09(空气=1)蒸气压:202.65(25℃)溶解度:易溶于水,溶于乙醇、乙醚等闪点:-10℃自然温度:430℃爆炸极限:爆炸下限4.9();爆炸上限20.8()油水分配系数:-0.173二甲胺:号:124-40-3分子式:C2H7N分子量:45.08外观与性状:无色气体或液体,高浓度的带有氨味,低浓度的有烂鱼味。
熔点(℃):-92.2沸点(℃):6.9相对密度(水=1):0.68相对蒸气密度(空气=1):1.55饱和蒸气压():202.65(10℃)燃烧热():1741.8临界温度(℃):164.5临界压力():5.31辛醇/水分配系数的对数值:-0.38闪点(℃):-17.8引燃温度(℃):400爆炸上限%():14.4爆炸下限%():2.8溶解性:易溶于水,溶于乙醇、乙醚。
三甲胺:常温下为无色气体,有鱼腥恶臭,溶于水,乙醇,乙醚,易燃,有毒,相对密度(水=1)0.66(-5℃)、(空气=1)2.09。
分子式为C3H9N国标编号21045号75-50-3分子量59.11闪点-17.78熔点-117.1℃沸点24℃甲胺是一类重要的基本精细有机化工原料,在化学工业领域有着广泛用途,是业内人士建议的100种重点发展的精细化工产品之一。
1996年全球甲胺需求为42.8万吨,其中国内需求量在6万吨左右,尽管缺乏最近的统计数据,但仍可预计未来较长一段时期内甲胺消费量将呈缓慢而稳定的增长趋势。
甲胺的3 种产品一甲胺、二甲胺和三甲胺各有其独特的用途,但随着社会经济的发展和科技进步,市场对3 种甲胺产品的需求比例与传统的甲胺产品结构的矛盾越来越尖锐了。
近年来,在世界范围内对水处理剂二甲基甲酞胺() 的用量持续上扬,直接拉动了对该产品主要原料二甲胺需求的稳步增长,此外,二甲胺还是生产二甲基乙酞胺的重要原料,据专家分析,“十二五”期间,由于其终端应用领域的需求前景看好( 水处理化学、农业化学、表面处理剂和溶剂等) 。
甲胺和二甲基甲酰胺甲胺和二甲基酰胺都是很重要的化工原料,目前主流生产工艺是甲胺生产采用甲醇和氨催化反应法,DMF生产采用一步法合成工艺路线,即二甲胺与一氧化碳在一定的温度、压力和催化剂存在的条件下,一步合成反应生成DMF。
此工艺流程主要原料为甲醇、液氨和一氧化碳,目前拟建项目一般依托化肥生产企业,采用合成氨驰放气精制CO进行生产,生产规模一般在10万吨以上。
采用甲酸作原料的工艺据认为是一种较为落后的工艺,在逐步淘汰中。
DMF目前正处于蓬勃发展的阶段,市场情况看好,在原料可以满足的情况下,应有较好的前景。
甲酰胺作为一种中间体,生产工艺一氧化碳与甲醇在甲醇钠作用下生成甲酸甲酯。
第二步甲酸甲酯再氨解生成甲酰胺。
一、产品用途1.1甲胺甲胺是一种重要的有机化工原料,它广泛的应用于国民经济各行业,是农药、医药、合成燃料、合成树脂、化学纤维、溶剂、表面活性剂、高能燃料、照相材料等工业的基本原料。
农药方面一甲胺主要用于生产乐果、久效磷、西维因、混灭威、叶蝉散、速灭威等;二甲胺主要用于生产杀虫双、绿麦隆;三甲胺主要用于生产矮壮素氯化胆碱等。
在制药行业甲胺可用于合成麻醉剂、兴奋剂、止痛药,抗菌素等多种药物。
在国防化工方面,一、二甲胺分别用于生产火箭的优质液体高能燃料。
二甲胺可制备优良的溶剂DMF,DMF是聚丙烯腈、聚氨基甲酸酯、聚氯乙烯等化纤纺织的最好溶剂,同时还是合成革工业不可缺少的溶剂。
此外,甲胺还可用于生产表面活性剂、水胶炸药、饲料添加剂、显影液等产品。
1.2二甲基甲酰胺(DMF)DMF是一种重要的有机化工原料和优良的非质子极性有机溶剂,其化学性质稳定,沸点和闪点较高,毒性较小。
它能与水、乙醚、乙醇、煤油、氯化烃、芳烃及多数有机溶剂混溶,在常温下可溶解乙基纤维素、硝化纤维素、乙酸丁酯纤维素、聚丙烯腈、氯乙烯、聚氯乙烯等聚合物,被称为全能溶剂,广泛应用于皮革、合成纤维、医药、石油化工、电子、染料、涂料、金属加工等领域,其主要用途如下:(1) 重要的化工原料DMF可以用来合成胺、酰胺、醚、醛、腈、肽类和卤代、杂环和含磷化合物,也可用于可的松、扑尔敏、强力霉素、维生素、驱挠净等药物的生产。
甲胺的生产工艺流程概述甲胺是一种重要的有机化学品,广泛应用于医药、农药、颜料和染料等行业。
甲胺的生产工艺流程主要包括原料准备、反应过程、产品分离和精制等环节。
以下将详细介绍甲胺的生产工艺流程。
一、原料准备甲胺的主要原料包括甲醇、氨气和催化剂。
甲醇可通过氢气和一氧化碳催化反应得到,氨气则通过蒸馏分离和压缩得到。
催化剂主要采用铜、铅、锌等金属,通常以粉末或颗粒的形式使用。
二、反应过程甲胺的生产主要通过甲醇与氨气的反应进行,反应产物为甲胺和水。
通常采用气相反应,反应釜内装有催化剂床层,甲醇和氨气混合后经过预热进入反应釜内。
反应温度是影响甲胺产率和选择性的重要因素。
通常温度在300-500摄氏度之间,可以通过控制反应釜的加热和冷却方式来实现温度的控制。
此外,氨气的流量也是影响甲胺产率的重要因素。
高氨气流量有利于提高甲胺产率,但也容易导致甲醇过量,使得甲胺产率下降。
因此,需要根据具体情况调整氨气流量以获得较高的甲胺产率和选择性。
三、产品分离甲胺反应结束后,反应混合物中含有甲胺、水、未反应的甲醇和氨气。
需要进行分离和提纯。
首先,通过将反应混合物冷却至低温,利用甲胺的低沸点将甲胺和水分离。
然后,通过蒸馏的方式将甲胺和水进一步分离,获得纯净的甲胺。
四、精制为了使甲胺的纯度达到工业要求,通常需要进行进一步的精制。
精制过程主要通过蒸馏、吸附和提纯剂处理等方式进行。
蒸馏是最常见的精制方式,通过采用连续或分批蒸馏的方式将杂质和甲胺分离。
吸附则是通过固定相吸附杂质来提高甲胺的纯度,常用吸附剂包括活性炭、硅胶等。
此外,还可以通过添加提纯剂来进一步提高甲胺的纯度。
常用的提纯剂包括氢氧化钠、硫酸等,可以与杂质发生反应,从而得到更纯净的甲胺。
总结:甲胺的生产工艺流程包括原料准备、反应过程、产品分离和精制等环节。
通过选择合适的反应条件、优化反应参数和采用合适的分离和精制方法,可以生产出高纯度的甲胺。
不同的生产厂家和工艺可能存在差异,但总体流程和原理大致相同。
甲胺装置生产流程说明甲胺生产装置共有两套,一套使91年投产,设计能力3600T混甲胺/年,经过多次扩建,现生产能力已经达到15000T混甲胺/年;二套为02年投产,生产能力2万T混甲胺/年。
两装置生产工艺相同,不同之处只是配料系统的工艺流程有些差别。
具体甲胺生产装置流程说明如下:一、配料系统由于甲胺两装置配料系统工艺上有所差别,故将生产工艺分别说明:1、甲胺一套:甲胺一套原料槽分别有:甲醇罐(25M3)一台,液氨罐(25M3)一台,不合格三甲胺槽(25 M3)一台,不合格一二甲胺槽(25 M3)一台,共沸物贮槽(25M3)两台。
通过计量泵按照相应的原料配比(N/C=1.5-2.5)打入配料缓冲罐,当缓冲罐的物料充满后,会从缓冲罐顶部进入配料槽,从配料槽底部出料,按照调节合成升压泵的冲程,调整系统负荷,由升压泵将合成物料打入合成系统。
2、甲胺二套:甲胺二套原料槽分别有:甲醇罐(25.3 M3)一台,液氨罐(25.3 M3)一台,混胺槽(50.1M3)一台,共沸物贮槽(50.1M3)一台。
通过调节计量泵的转数来调节各原料的量,按照相应的原料配比(N/C=1.5-2.5)打入合成缓冲罐,然后通过压差将物料压入至合成系统。
二、合成系统岗位任务:把配料岗位计量泵输送来的合格原料液经升压予热,送合成塔中,在适宜的温度、压力、空速、和催化剂存在的条件下,进行连续气相胺化脱水反应,制取混合粗胺,经换热,减压后送至精馏工序分离。
由于甲胺的生产反应是放热反应,所以在反应后必将放出大量的热,为了保护设备和生产的安全,在原料的配料过程中加入的液氨是过量的,就是为了物料平衡,将合成的反应温度、压力控制在有效的反应温度指标内。
原料进入合成系统后,首先进入合成缓冲罐,低温换热器,在低温换热器中,原料会和合成液进行换热,换热后原料液的温度将会从30℃加热至80℃;原料进入开工气化器,经11Kg蒸汽加热后,原料出口温度达到120℃;进入高温换热器a,原料液和合成液进行换热,换热后,原料液温度升至150℃;进入高温换热器b,原料液被合成液加热至200℃;进入高温换热器c,原料液被再次加热至300℃;进入电炉,进行高压短路盘管加热至320℃,从合成塔顶部进入合成反应器,进行合成反应。
一、配料系统由于甲胺两装置配料系统工艺上有所差别,故将生产工艺分别说明: 1、甲胺一套:甲胺一套原料槽分别有:甲醇罐(25M3)一台,液氨罐(25M3)一台,不合格三甲胺槽(25 M3)一台,不合格一二甲胺槽(25 M3)一台,共沸物贮槽(25M3)两台。
通过计量泵按照相应的原料配比(N/C=1.5-2.5)打入配料缓冲罐,当缓冲罐的物料充满后,会从缓冲罐顶部进入配料槽,从配料槽底部出料,按照调节合成升压泵的冲程,调整系统负荷,由升压泵将合成物料打入合成系统。
2、甲胺二套:甲胺二套原料槽分别有:甲醇罐(25.3 M3)一台,液氨罐(25.3 M3)一台,混胺槽(50.1M3)一台,共沸物贮槽(50.1M3)一台。
通过调节计量泵的转数来调节各原料的量,按照相应的原料配比(N/C=1.5-2.5)打入合成缓冲罐,然后通过压差将物料压入至合成系统。
二、合成系统岗位任务:把配料岗位计量泵输送来的合格原料液经升压予热,送合成塔中,在适宜的温度、压力、空速、和催化剂存在的条件下,进行连续气相胺化脱水反应,制取混合粗胺,经换热,减压后送至精馏工序分离。
由于甲胺的生产反应是放热反应,所以在反应后必将放出大量的热,为了保护设备和生产的安全,在原料的配料过程中加入的液氨是过量的,就是为了物料平衡,将合成的反应温度、压力控制在有效的反应温度指标内。
原料进入合成系统后,首先进入合成缓冲罐,低温换热器,在低温换热器中,原料会和合成液进行换热,换热后原料液的温度将会从30℃加热至80℃;原料进入开工气化器,经11Kg蒸汽加热后,原料出口温度达到120℃;进入高温换热器a,原料液和合成液进行换热,换热后,原料液温度升至150℃;进入高温换热器b,原料液被合成液加热至200℃;进入高温换热器c,原料液被再次加热至300℃;进入电炉,进行高压短路盘管加热至320℃,从合成塔顶部进入合成反应器,进行合成反应。
由于采用甲胺触媒的不同(新系统用的是T-1221型,老系统用的是A6-2型)所以合成反应的操作温度指标也不相同,新合成塔触媒层温度控制指标为375±5℃,老系统指标为420±5℃。
一种甲胺废水资源化利用处理工艺关键词:甲胺废水资源化一、废水处理技术比较国内外对有机废水常用的处理方法有物化法、溶剂萃取法、吸附法、汽提法、蒸发浓缩法等。
1、物化法:物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理,预处理的目的是通过回收废水中的有用成分,或对一些难生物降解物进行处理,从而去除有机物,提高生化性、降低生化处理负荷,提高处理效率。
2、溶剂萃取法:溶剂采取法是利用不溶的有机溶剂与废水接触,提取废水中的非极性有机物,然后对负载的萃取剂进行进一步处理。
该方法简单可行,适用于可回收有机物的处理,但只能用于非极性有机物。
提取的有机物和提取的废水需要进一步处理,有机溶剂可能造成二次污染。
3、吸附法:根据吸附的主要原理可将其分为物理吸附和化学吸附。
物理吸附是通过分子间作用力进行吸附,化学吸附是通过电子转移形成化学键或形成配位化合物的方式进行吸附。
影响吸附效果的因素较多,主要包括温度、吸附剂结构、吸附剂用量以及污染物性质等,生产中常用的吸附剂包括活性炭、树脂、高分子吸附剂、活性炭纤维等。
吸附法的优点是占地面积小、处理效果好、成本少,不会造成二次污染,但由于吸附剂的吸附容量有限,再生能力弱,这些因素限制了该方法的实际应用。
4、汽提法:是让废水与水蒸气直接接触,使废水中的挥发性有毒有害物质按一定比例扩散到气相中去,从而达到从废水中分离污染物的目的。
汽提法分类污染物的工艺视污染物的性质而异,主要有简单蒸馏和蒸汽蒸馏两种方法。
简单蒸馏适用于与水互溶的挥发性物质,利用其在气—液平衡条件下,在气相中的浓度大于在液性中的浓度这一特性,通过蒸汽直接加热,使其在沸点(水与挥发物两沸点之间的某一温度)下,按一定比例富集于气相。
蒸汽蒸馏适用于与水互不相溶或几乎不相溶的挥发性污染物。
利用混合物的沸点低于两组分沸点这一特性,将高沸点挥发物在较低温度下加以分离脱除。
5、蒸发浓缩法:蒸发浓缩法是通过加热或减压的方法使溶液沸腾,将大部分溶剂蒸发使污染物浓缩并分离析出的方法。
甲胺工艺流程
《甲胺工艺流程》
甲胺是一种重要的有机化工原料,广泛应用于化工、医药等领域。
其工艺流程是指将甲胺从原料氨制备过程中的各个步骤和工艺条件。
首先是氨气的制备。
氨气作为甲胺的原料是通过氮气和氢气在催化剂的作用下在高温高压条件下反应制得。
随后,用甲醇和氨气在催化剂的作用下在特定温度下进行气相反应生成甲胺。
在工艺流程中,控制温度、压力以及催化剂的种类和用量等条件至关重要。
此外,对反应产物的分离和提纯也是工艺流程中不可或缺的步骤。
通常采用蒸馏、结晶等方法进行分离和提纯。
然而,甲胺的合成工艺流程虽然已经非常成熟,但是由于反应条件的复杂性和反应物的选择性,工艺流程中仍然存在着一些难点和技术难题,需要不断进行改进和优化。
随着化工技术的不断发展和进步,未来甲胺的工艺流程将会更加高效、环保和安全,为甲胺的生产和应用提供更好的支持。
甲胺工艺流程设计一、产品概述一甲胺:CSC编号:0178CAS号:74-89-5化学式:CH3NH2相对分子质量:31.10性状:无色液化气体,有特殊气味(商品:40%水溶液)沸点:-6.8℃熔点:-93.5℃相对密度:0.66(水=1);1.09(空气=1)蒸气压:202.65KPa(25℃)溶解度:易溶于水,溶于乙醇、乙醚等闪点:-10℃自然温度:430℃爆炸极限:爆炸下限4.9(V%);爆炸上限20.8(V%)油水分配系数:-0.173二甲胺:CAS 号:124-40-3分子式:C2H7N分子量:45.08外观与性状:无色气体或液体,高浓度的带有氨味,低浓度的有烂鱼味。
熔点(℃):-92.2沸点(℃):6.9相对密度(水=1):0.68相对蒸气密度(空气=1):1.55饱和蒸气压(kPa):202.65(10℃)燃烧热(kJ/mol):1741.8临界温度(℃):164.5临界压力(MPa):5.31辛醇/水分配系数的对数值:-0.38闪点(℃):-17.8引燃温度(℃):400爆炸上限%(V/V):14.4爆炸下限%(V/V):2.8溶解性:易溶于水,溶于乙醇、乙醚。
三甲胺:常温下为无色气体,有鱼腥恶臭,溶于水,乙醇,乙醚,易燃,有毒,相对密度(水=1)0.66(-5℃)、(空气=1)2.09。
分子式为C3H9N国标编号21045CAS号75-50-3分子量59.11闪点-17.78熔点-117.1℃沸点24℃甲胺是一类重要的基本精细有机化工原料,在化学工业领域有着广泛用途,是业内人士建议的100种重点发展的精细化工产品之一。
1996年全球甲胺需求为42.8万吨,其中国内需求量在6万吨左右,尽管缺乏最近的统计数据,但仍可预计未来较长一段时期内甲胺消费量将呈缓慢而稳定的增长趋势。
甲胺的3 种产品一甲胺、二甲胺和三甲胺各有其独特的用途,但随着社会经济的发展和科技进步,市场对3 种甲胺产品的需求比例与传统的甲胺产品结构的矛盾越来越尖锐了。
甲胺工艺流程设计一、产品概述一甲胺:CSC编号:0178CAS号:74-89-5化学式:CH3NH2相对分子质量:31.10性状:无色液化气体,有特殊气味(商品:40%水溶液)沸点:-6.8℃熔点:-93.5℃相对密度:0.66(水=1);1.09(空气=1)蒸气压:202.65KPa(25℃)溶解度:易溶于水,溶于乙醇、乙醚等闪点:-10℃自然温度:430℃爆炸极限:爆炸下限4.9(V%);爆炸上限20.8(V%)油水分配系数:-0.173二甲胺:CAS号: 124-40-3分子式: C2H7N分子量: 45.08外观与性状: 无色气体或液体,高浓度的带有氨味,低浓度的有烂鱼味。
熔点(℃):-92.2沸点(℃): 6.9相对密度(水=1):0.68相对蒸气密度(空气=1):1.55饱和蒸气压(kPa):202.65(10℃)燃烧热(kJ/mol): 1741.8临界温度(℃):164.5临界压力(MPa): 5.31辛醇/水分配系数的对数值:-0.38闪点(℃): -17.8引燃温度(℃):400爆炸上限%(V/V):14.4爆炸下限%(V/V): 2.8溶解性:易溶于水,溶于乙醇、乙醚。
三甲胺:常温下为无色气体,有鱼腥恶臭,溶于水,乙醇,乙醚,易燃,有毒,相对密度(水=1)0.66(-5℃)、(空气=1)2.09。
分子式为C3H9N 国标编号21045CAS号75-50-3分子量59.11闪点-17.78熔点-117.1℃沸点24℃甲胺是一类重要的基本精细有机化工原料,在化学工业领域有着广泛用途,是业内人士建议的100种重点发展的精细化工产品之一。
1996年全球甲胺需求为42.8万吨, 其中国内需求量在6万吨左右,尽管缺乏最近的统计数据,但仍可预计未来较长一段时期内甲胺消费量将呈缓慢而稳定的增长趋势。
甲胺的3 种产品一甲胺、二甲胺和三甲胺各有其独特的用途,但随着社会经济的发展和科技进步,市场对3 种甲胺产品的需求比例与传统的甲胺产品结构的矛盾越来越尖锐了。
近年来,在世界范围内对水处理剂二甲基甲酞胺(DMF)的用量持续上扬,直接拉动了对该产品主要原料二甲胺需求的稳步增长,此外,二甲胺还是生产二甲基乙酞胺的重要原料,据专家分析,“十二五”期间,由于其终端应用领域的需求前景看好(水处理化学、农业化学、表面处理剂和溶剂等)。
使得对二甲胺的需求将进一步增加。
总之,市场变化改变了对3 种甲胺产品的需求比例。
自甲胺工业化生产以来,有过多种工艺技术路线,目前工业上多采用甲醇与氨催化胺化法合成甲胺,使用的是具有脱水功能的酸性催化剂,如γ-Al2O3、Si-Al2O3、MgO、ThO2等。
这类催化剂均属于平衡型催化剂,产品分布受热力学平衡控制,产物中三甲胺所占比例明显偏高,如400℃,N/C=1(mass ),甲醇转化率为99% 时,其产物的重量平衡组成为:M/D/T= 27/23/50,而目前全球市场需求比例大致为M/D/T= 21/61/18, 见表1[1]。
日本市场更达10/80 /10。
可见目前甲胺产品分布与市场需求处于脱节状态,尽管这种状况因时因地在程度上有所差异,但总的来说,三甲胺相对过剩了。
为了尽可能多产二甲胺,人们采取了许多措施调整工艺操作条件,如提高反应温度、增大进料N / C 比、三甲胺返料等,在一定程度上提高了二甲胺的收率,但实际效果有限且同时带来种种弊端:如增加了物、能耗、需要庞大的精制分离系统等。
为此,开发高效、高选择性的甲胺催化剂以提高二甲胺的产量,就成了各国学者和工程技术人员研究的热点课题之一。
表1 近年世界主要地区甲胺需求%自20世纪70年代以来,人们广泛开展了对选择性合成甲胺催化剂的研究,人们发现,具有独特规整孔道结构的沸石分子筛有可能解决现存的大部分问题。
沸石催化剂不但可获得理想的二甲胺选择性,而且具有比传统催化剂更高的转化率。
在对多种天然或合成沸石分子筛如镁碱沸石、毛沸石、菱沸石、丝光沸石、ZSM-5、T沸石、HZK-5、RHO等的研究中, 取得了许多重要的理论成果。
但由于种种原因,大多数研究未能走出实验室进人工业应用。
目前国内外甲胺生产工艺技术开发的重点是高效择形型甲胺催化剂,它简化工艺流程并使3种甲胺的比例能任意调节。
在选择性合成甲胺研究方面处于领先水平的是APCI (空气产品和化学品公司)、Du Pont、Mobil、日东化学和三井东压等美日几家大公司。
其中美国主要集中于小孔沸石如HZSM-5、HZK-5、RHO等的研究上,而日本则重点致力于丝光沸石的改性上,并取得了工业化成果。
此外,还有一种采用CO或CO2为碳源,以CO/H2(H2O) /NH3或CO2 /H2(H2O)/NH3的混合物经费——托合成催化剂或甲醇催化剂催合成甲胺的路线被提出。
该路线制甲胺当采用低浓度氨时, 产物以TMA为主,高氨时以MMA 为主,无H2时催化剂严重失活。
这是一个与传统制法截然不同的路径,但该路线目前尚无实质性突破,预计在一个较长时期内甲胺制造的方法不可能发生根本的改变,而开发新型甲胺催化剂及其配套工艺是较具有现实意义的。
二、设计基础1.甲醇和氨气相催化法生产原理:1.1反应方程式甲胺和氨气相催化法,是利用甲醇和液氨为原料,按一定比例,在一定温度和压力下,通过触媒经气相催化反应而得到一、二、三甲胺,同时发生一系列主、副反应,其主要反应式如下:主反应:1 CH3OH+NH3≒CH3NH2+H2O+4960卡/克分子2 2CH3OH +NH3≒(CH3)2NH+2H2O +14560卡/克分子3 3CH3OH+NH3≒(CH3)3N+3H2O+27360卡/克分子4 2CH3NH2≒(CH3)2NH+NH3+4700卡/克分子5 2(CH3)2NH≒CH3NH2+(CH3)3N-3150卡/克分子6 (CH3)3N+NH3≒CH3NH2+(CH3)2NH-7850卡/克分子7CH3OH+CH3NH2≒(CH3)2NH+H2O+9600卡/克分子8CH3OH+(CH3)2NH≒(CH3)3N+H2O+12800卡/克分子次反应:12CH3OH≒CH3OCH3+H2O2 CH3OCH3+NH3≒CH3NH2 +CH3OH3 CH3OCH3+CH3NH2≒(CH3)2NH+CH3OH4 CH3OCH3+(CH3)2NH≒(CH3)3N+CH3OH5 CH3OCH3+NH3≒(CH3)2NH +H2O6 CH3OCH3+CH3NH2≒(CH3)3N +H2O副反应:1CH3OH≒CO +2H222NH3≒N2 +3H23(CH3)3N≒CH3N=CH2+CH44 CH3OH +NH3≒(CH3)2NH+CO2+ H2O副反应的发生,不仅增加了甲醇的消耗,而且生成的碳酸盐类(胺,氨的碳酸盐)易于结晶,会堵塞设备和管道,故必须避免副反应的发生。
如给予适当的条件,副反应基本上是可以抑制的。
1.2合成反应机理由上述反应式可知,甲醇氨化反应制造甲胺的主反应实际上为催化脱水作用。
对于该反应的机理,曾有人进行了研究,但说法不一。
以r-Al2O3为例,概括有两种说法:吸附理论:该理论认为,r-Al2O3在催化脱水过程中具有相当的活性。
在275℃以上时,水不要与氧化铝重新化合,而单是被吸附。
在整个催化历程中,水被认为是具有重要作用的,由于水生成单分子层,将氧化铝粒子包上一层薄膜,水在薄膜内离解为OH-和H+离子。
由于合成引力之故,使薄膜具有高度的稳定性,而薄膜即形成催化中心。
CH3OH和NH3在薄膜具上被吸附,NH3被OH-离子,CH3OH被H+离子吸附,从而发生张力状态,CH3+(甲基)和NH2-(氨基)就化合成甲胺而引起一分子水的损失,但当温度到600℃以上时,氧化铝由于网状结构变化,品格收缩,引起吸附力减弱而活性破坏。
游离基理论:该理论认为:甲醇和氨的气相混合物通过触媒r-Al2O3表面,被r-Al2O3吸附引起游离基而发生反应。
当r-Al2O3之温度高于其活性温度(>600℃)时,其晶格结构变化,活性减弱。
当高于1000℃时,使晶格变成完整无缺,而成为r-Al2O3,至使游离基消失而成为非活性物质,则不再起催化作用。
因此对于r-Al2O3触媒,在使用过程中,必须进行认真的活化处理和活性保护。
1.3 化学反应的平衡和速度甲胺的合成反应是一个比较复杂的可逆反应。
所谓可逆反应,就是反应可以向正方向(从反应物向生产物的方向)进行,同时也可以向反方向(从产物向原来的反应物的方向)进行。
以主反应(1)为例:CH3OH+NH3≒CH3NH2+H2O反应既可以由反应物CH3OH、NH3向生成CH3NH2、H2O的方向进行,同时,已生成的CH3NH2、H2O也可以反应生成原来的反应物CH3OH、NH3。
反应一开始,系统中只有CH3OH和NH3反应很快地向生成CH3NH2和H2O的方向进行。
当系统中出现CH3NH2和H2O 时,反方向的反应也同时发生了。
随着系统中CH3OH和NH3浓度逐渐减少,正方向的反应速度逐渐减慢,而随着系统中CH3NH2和H2O的浓度逐渐增加,反方向的反应速度逐渐加快,当正、反方向的反应速度相等时,系统中的CH3OH、NH3和CH3NH2、H2O的浓度不再改变,反应达到了平衡。
但是在系统中正、反方向的反应仍不停地进行,所以反应的平衡实质上是一动态平衡。
同时,在工业生产中,使化学反应达到平衡状态,必须在有足够的反应速度的前提下,才是实际意义。
例如氦的合成反应如果在300℃下进行,达到平衡状态需要几年甚至几千年的时间,平衡产率虽然很高,但没有什么实际意义。
因此,对于一个化学反应的进行,通常希望既有利于反应平衡,又有利于反应速度,方能在单位时间内获得较多的产物。
从化学热力学可知,任何可逆反应皆有一个限度,即达到平衡状态。
这种限度(平衡)与反应所处的条件(温度、压力、成份等)有关,条件改变时,这个限度(平衡)也就改变。
这种外界条件对反应平衡的影响,是符合质量作用定律和平衡转移定律的。
质量作用定律告诉我们:在一定温度下,反应的速度与各反应物浓度的乘积成正比,并且每种反应物的浓度的方次等于反应式中各反应物的系数。
根据质量作用定律,要使反应不断向正方向进行,就要增加系统中反应物的浓度,或减少系统中生成物的浓度。
平衡转移定律告诉我们:要改变决定化学平衡的任一因素,则平衡向着反抗这种变化的方向移动。
例如:增高温度可使平衡向吸热反应的方向移动,反之,降低温度可使平衡向放热反应方向移动。
增加压力可使反应方向体积减小的反应方向移动,反之,降低压力可使平衡向体积增大的反应向移动。
同理,增加反应物的浓度或降低生成物的浓度,可使平衡向增加生成物浓度的反应方向移动,相反,减少反应物的浓度或增加生成物的浓度,可使平衡向增加反应物浓度的方向移动。