原料药生产中带水剂选用的模拟与优化
二甲苯,二氯甲烷,1工况分析,2带水过程分析,3模型的建立和验证,4模拟优化,5结论
(华东理工大学工程设计研究院有限公司,上海 200237)关键字:原料药;带水剂;模拟优化
原料药生产中,常在蒸馏或精馏时加入溶剂带水,将体系中的水移出体系。加入的溶剂被称为带水剂(又称携水剂、脱水剂)。具体分析带水剂使用工况,可分为两类。
一类是反应时带水,常见于酯化反应。酯是由羧酸和醇在酸催化下,羧酸中的羟基被烃氧基取代的可逆反应制得的产物[1]。反应有水生成。加入带水剂将生成的水及时移出反应体系,即反应体系中水量减少,使反应物浓度提高,从而加快了反应速度;另外有机化学反应常伴有副反应发生.加入带水剂降低了酯化反应体系的温度,可以抑制副反应的发生,提高原料的利用率。
另一类是精制时带水,常见于后处理精制工段。体系中含产物、杂质、水,从热力学上三者能形成二元或三元共沸物,很难通过蒸馏或精馏分离;在溶解度上三者混溶或部分互溶,很难通过分层分离。加入带水剂能打破原有的热力学平衡,带水剂能与水成共沸物而将水及时带出反应体系[2]。
如何选择带水剂,简单定性来说,加入的带水剂应具有如下特点:
(1)带水剂能与水形成共沸物,并且共沸温度要适中。温度太高,对蒸馏加热介质温度和加热设备要求较高,投资成本高;温度太低则不便于冷凝回收,易产生VOCs,对环境造成污染。
(2)带水剂与水之间的相互溶解度较小,能通过分层操作,实现带水剂和水的分离。这样随带水剂返回体系的水少,能加快分水速率。同时分离出的水中溶解的带水剂少,减轻废水处理难度。
(3)带水剂与产物应容易分离。带水剂与产物一般通过精馏方式分离,选择的带水剂与产物应有较大挥发度差异,便于精馏分离。
(4)带水剂应选用环保型溶剂。苯、氯仿、四氯化碳等溶剂毒性较高,溶剂的阈限值较低[3],易引起人员中毒,不宜选用。
由上可见,带水剂的选用是原料药生产实现绿色工艺的关键因素之一,同时带水过程往往能耗较高,选用合适的带水剂可降低原料药制造成本,提高产品竞争力。
原料药生产中常用的带水剂有甲苯、二甲苯、环己烷、二氯甲烷 ......
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