間苯二甲腈間歇精餾工藝研究

李 強(qiáng)

（江蘇新河農(nóng)用化工有限公司，江蘇徐州 221400）

間苯二甲腈（IPN）是重要的化工中間體，主要用于生產(chǎn)百菌清。百菌清是一種高效、低毒、低殘留、廣譜型的殺菌劑農(nóng)藥，由于對(duì)真菌引起的瓜果類經(jīng)濟(jì)作物病害有特殊的防治效果，且至今無(wú)抗藥性報(bào)導(dǎo)，因此在世界上得到廣泛的應(yīng)用。

隨著國(guó)際市場(chǎng)的變化，為了提高百菌清的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出更高的要求。具體而言，就是需要進(jìn)一步提高百菌清產(chǎn)品中六氯苯含量低于10×10-6產(chǎn)品的比例。根據(jù)百菌清車間的流化床取樣數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)可知，六氯苯含量與間苯二甲腈的純度息息相關(guān)，IPN 含量越高，雜質(zhì)越低，百菌清產(chǎn)品中六氯苯的含量越低。

為了穩(wěn)定獲得含量達(dá)到99.5%以上的精制間苯二甲腈，需對(duì)間苯二甲腈生產(chǎn)裝置出來(lái)的粗品間苯二甲腈進(jìn)行精制，主要去除掉粗品中的間腈基苯甲酰胺等高沸點(diǎn)雜質(zhì)，本文對(duì)間歇精餾工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和收率的影響進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)工藝流程及操作

工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程簡(jiǎn)圖

具體實(shí)驗(yàn)流程如下：

將一定量IPN 粗品投入到蒸餾釜中，蓋上蒸餾釜釜蓋。開(kāi)真空泵，打開(kāi)蒸餾釜進(jìn)油閥，隨著蒸餾釜內(nèi)溫度的升高，間苯二甲腈逐漸熔化；

當(dāng)蒸餾釜釜頂氣相溫度提高至200℃左右后，嘗試開(kāi)攪拌。開(kāi)攪拌后蒸餾釜開(kāi)始有產(chǎn)品蒸出，簡(jiǎn)單蒸餾工藝是蒸出的氣相產(chǎn)品不經(jīng)過(guò)精餾塔直接經(jīng)過(guò)換熱器冷凝成液體進(jìn)接收釜，接收釜的產(chǎn)品由切片機(jī)切片成固體精制間苯二甲腈產(chǎn)品。

間歇精餾工藝是蒸餾釜蒸出的氣相產(chǎn)品經(jīng)過(guò)精餾塔傳質(zhì)分離后，再進(jìn)換熱器冷凝成液體進(jìn)接收釜，接收釜的產(chǎn)品由切片機(jī)切片成固體精制間苯二甲腈產(chǎn)品。

通過(guò)蒸餾釜視鏡觀察釜內(nèi)殘留量較低后，關(guān)閉蒸餾釜進(jìn)油閥，蒸餾釜開(kāi)始降溫。蒸餾釜降至一定溫度后，然后關(guān)閉真空，開(kāi)蒸餾釜釜底閥門，將廢渣排出。

2 結(jié)果討論

2.1 精餾塔塔頂回流冷凝器出口油溫和外循環(huán)油溫對(duì)精餾結(jié)果的影響

由于無(wú)法直接測(cè)量回流量，因此通過(guò)控制塔頂回流冷凝器的出口油溫來(lái)間接反映回流量。

精餾塔下段進(jìn)外循環(huán)油，上段不進(jìn)油，塔頂回流冷凝器進(jìn)內(nèi)循環(huán)油。通過(guò)改變塔頂回流冷凝器內(nèi)循環(huán)油油溫來(lái)觀察精餾結(jié)果變化情況，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 塔頂回流冷凝器出口不同油溫的精餾結(jié)果

表1中最后一批實(shí)驗(yàn)，塔頂塔頂回流冷凝器內(nèi)循環(huán)油出口溫度160～165℃（進(jìn)口油溫低于160℃），蒸至后期,真空開(kāi)始逐漸下降，可以明顯觀察到塔內(nèi)液體回流至釜內(nèi)。這是因?yàn)樗敾亓骼淠鳒囟忍?，低于間苯二甲腈熔點(diǎn)162℃，前期蒸餾量大時(shí)可以保證不堵，后期蒸餾量下降后，IPN 開(kāi)始凝結(jié)在冷凝器內(nèi)造成堵塞。為了保證精餾塔正常工作，保證系統(tǒng)真空度，塔頂回流冷凝器出口油溫至少保證在165℃以上。

由圖2可以看出,隨著精餾塔塔頂回流冷凝器出口油溫的升高，蒸餾產(chǎn)品中間苯二甲腈的含量逐漸降低，酰胺含量逐漸增加。產(chǎn)品含量與塔頂回流冷凝器出口油溫（即回流比）有關(guān)，塔頂回流冷凝器出口油溫最佳控制溫度為165～170℃，低于165℃間苯二甲腈會(huì)在塔頂回流冷凝器內(nèi)析出，造成塔頂回流冷凝器堵塞，系統(tǒng)真空下降，影響精餾效果。

圖2 塔頂回流冷凝器出口不同油溫主含量和酰胺含量的關(guān)系

由表1也可以看出，蒸餾時(shí)間和排渣量只與外循環(huán)油的溫度有關(guān)，與塔頂回流冷凝器出口油溫基本無(wú)關(guān)。外循環(huán)油溫度在265℃時(shí)，精餾時(shí)間為2.5h，排渣量在385～400kg。當(dāng)外循環(huán)油溫度增加至275℃時(shí)，精餾時(shí)間縮短到1.5h

，排渣量在減少至108～135kg。外循環(huán)油溫度越高，蒸餾時(shí)間越短，排渣量越少。這是因?yàn)橥庋h(huán)油溫度越高，蒸餾溫差越大，提供的熱量越高，所以精餾時(shí)間越短。由于間苯二甲腈具有熱敏性質(zhì)，精餾時(shí)間越短，精餾過(guò)程中增加的高沸物雜質(zhì)越少，因此排渣量也越少。

2.2 精餾操作對(duì)高沸物增加量的影響

表2為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不同操作條件下高沸物增加數(shù)據(jù)分析。

表2 高沸物相關(guān)數(shù)據(jù)分析

由表2和圖3可以看出：隨著精餾時(shí)間的增加，高沸物的增加量和單位時(shí)間高沸物增加量也逐漸增加。而且高沸物增加量隨著精餾時(shí)間的增加呈加速生成的趨勢(shì)，時(shí)間超過(guò)8h 后，會(huì)迅速增加。

圖3 蒸餾時(shí)間與渣增加量的關(guān)系

為了減少高沸物增加量，要盡可能減少精餾時(shí)間。最后一批數(shù)據(jù)，沒(méi)有精餾塔的2#蒸餾釜加4t 原料，蒸餾時(shí)間達(dá)到11h，單位蒸餾時(shí)間增加高沸物量19.5kg/h，遠(yuǎn)大于蒸餾時(shí)間小于8h 單位蒸餾時(shí)間增加的高沸物量。

2.3 蒸餾釜投料量對(duì)精餾塔精餾結(jié)果的影響

在蒸餾釜外循環(huán)油溫和精餾塔塔頂回流冷凝器出口油溫（165℃）基本相同的前提下，對(duì)采用1t 原料和3t 原料進(jìn)行蒸餾實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 蒸餾釜不同投料量對(duì)精餾結(jié)果的影響

由表3 可知：在外循環(huán)油溫均在270℃的情況下，投3 000kg 原料的排渣量雖然大于投1 000kg 原料的排渣量，但低于投料量的3倍差距，前者精餾后產(chǎn)品的含量99.76%高于后者的99.73%。

從表3 還看出，在外循環(huán)油溫均在265℃的情況下，投3 000kg 原料的排渣量只比投1 000kg 原料的排渣量高5kg，而前者精餾后產(chǎn)品的含量99.82%也高于后者的99.71%。

單批次投料量多，釜內(nèi)液位高，接觸的換熱面積大，液體間苯二甲腈蒸發(fā)速度快，有利于減少排渣量，單位重量原料所需的精餾時(shí)間也較短。

2.4 精餾工藝對(duì)產(chǎn)品雜質(zhì)的影響

粗品二腈中有多種雜質(zhì)，包括輕組分水分、間二甲苯（MX）、苯甲腈（BN）、間甲基苯甲腈（MTN）、同分異構(gòu)體對(duì)苯二甲腈（TPN）、高沸物間腈基苯甲酰胺（CBA）等，通過(guò)精制工藝的設(shè)計(jì)，基本可以除去水分，以下討論幾種雜質(zhì)的處理效果。

2.4.1 輕組分處理效果

表4為輕組分含量較高的粗品二腈處理效果。

表4 輕組分處理效果

接收釜設(shè)定溫度為等于二腈熔化溫度。根據(jù)真空度計(jì)算，接收釜可以收集到85%～90%產(chǎn)品，剩余物料會(huì)到捕集器中凝華析出。由于接收釜溫度相對(duì)高，大部分輕組分會(huì)到捕集器內(nèi)，導(dǎo)致捕集器輕組分含量高。由于沒(méi)有針對(duì)的輕組分處理工藝和設(shè)備，原料中輕組分含量高時(shí)，產(chǎn)品中輕組分也會(huì)相應(yīng)增加，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4.2 同分異構(gòu)體處理效果

由于精餾塔塔板數(shù)不夠，TPN 與IPN 分離效果幾乎沒(méi)有。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，渣內(nèi)的TPN 含量低于產(chǎn)品內(nèi)的TPN 含量，說(shuō)明經(jīng)過(guò)精制后，產(chǎn)品的TPN 含量有可能會(huì)稍高于粗品二腈中的TPN 含量。

2.4.3 高沸物CBA處理效果

精餾塔有效降低了粗品中的高沸物含量，表5為經(jīng)精餾塔處理后CBA 變化量。

表5 CBA處理效果

精餾去除高沸的效果非常明顯，CBA 明顯降低，在提高塔効率或者降低回流冷凝器溫度后，還可以進(jìn)一步降低。

3 結(jié)論

1）精餾塔塔頂回流冷凝器出口油溫控制在165～170℃時(shí)，精餾產(chǎn)品的含量最高，IPN 含量在99.7%～99.9%，溫度過(guò)低則容易導(dǎo)致精餾塔堵塞，真空下降，精餾效率降低。

2）外循環(huán)油溫度高，精餾時(shí)間短，排渣量少，高沸物增加量少，單位時(shí)間高沸物增加量也少。盡量保證外循環(huán)油溫度高于275℃。

3）精餾生產(chǎn)時(shí)，保證蒸餾釜較高液位有利于提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，減少排渣量。

4）精餾去除高沸物的效果非常明顯，輕組分有一定的去除率，TPN 基本不能去除掉。