摘要
癸二酸作为一种重要的化学中间体，在增塑剂、尼龙、表面活性剂、润滑油等产业都有着广泛的应用。目前癸二酸的产业化生产工艺为蓖麻油催化碱解法，存在反应时间长、收率低、酚污染、铅催化剂未回收等问题。以蓖麻油酸甲酯为原料碱解制备癸二酸有望解决上述问题，然而相关可参考数据十分匮乏。针对于此，本研究首先对蓖麻油酸甲酯碱解制备癸二酸的工艺进行优化，以癸二酸的收率为目标，考察了反应温度、反应时间、油碱比、催化剂等因素的影响。其次，对整个工艺过程进行了分析，得到全工艺流程的物料衡算与反应过程的物料组成，对反应机理进行进一步分析；在此基础上，对稀释剂液体石蜡、铅催化剂、硫酸钠、副产物癸脂进行回收利用，提高工艺的可持续性。最后，设计了一条年产25吨癸二酸的生产工艺，利用Aspen进行了全流程模拟；此外，采用电磁感应加热技术对裂解反应器进行了初步设计。具体的实验内容如下： （1）针对传统酚稀释剂的酚污染问题，采用安全无毒的液体石蜡进行替代。分别以蓖麻油、蓖麻油酸甲酯、蓖麻油酸作为裂解原料进行反应，发现以蓖麻油酸甲酯或蓖麻油酸作为裂解原料能保证在高收率的同时又大大缩短反应时间。以蓖麻油酸甲酯为原料，采用单因素实验方法进行工艺优化，在反应温度为 290℃，反应时间为 4 h，油碱比为 15∶15，催化剂 1%油重 Pb3O4的优选条件下，癸二酸收率达到69.65%。通过液相色谱分析反应制备的癸二酸纯度在85%-95%之间。表明在此优化工艺条件下，可以得到高收率的癸二酸。 （2）以蓖麻油酸甲酯作为裂解原料，在最佳裂解工艺条件下，对反应全过程进行物料衡算，得到蒸发、反应、中和、酸化、洗涤、干燥等过程的物料组成。分析表明反应过程癸二酸的选择性约为75%。通过Benson基团加和法和Rihani基团加合法估算裂解反应热，得到 ΔrH563K=18.3385 kJ/mol。将副产物与 Pb3O4的混合物直接套用或将催化剂分离后套用，催化活性相当。液体石蜡回收率在84%，进行碱洗、水洗处理后可以进行循环套用。酸废水先用活性炭吸附去除有机物质后，进行蒸馏回收硫酸钠，酸废水的COD去除率为87%，得到的硫酸钠纯度为99.04%，在减少废水处理量的同时回收了高纯度硫酸钠。 （3）在蓖麻油酸甲酯碱解制备癸二酸的工艺优化及过程分析的基础上，进行了年产25 吨癸二酸的工艺流程设计。采用 Aspen Plus 对整个流程进行了物料衡算。基于物料衡算及传统裂解反应器存在的不足，设计了一种电磁感应加热反应器以提升裂解反应器内的温度均匀性，反应器直径为 1.32 m，高度为 0.47 m，感应加热电源频率为 16 kHz，功率为 40 kW，线圈到壁面距离为 30 mm，线圈匝数为10匝。
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