曹晓艳，顾正桂*，冯微，蔡其行
（南京师范大学江苏省萃取分离工程技术研究中心，江苏南京210097）
摘要：建立精制N，N-_甲基苯胺和提取甲醇的方法，采用Aspen Plus模拟软件对连续侧线精馏精制N，N-二甲基苯胺和提取甲醇的工艺进行模拟计算，考察塔板数、原料进料位置、侧线出料位置、回流比及出料比等因素对分离效果的影响，并优化分离过程条件，确定最佳操作参数。在优化条件下，侧线出料中二甲基苯胺的质量分数达到98. 70%，收率达到96. 56%；侧线精馏塔顶出料混合液经精馏提取甲醇，甲醇质量分数达到99. 80%、收率达到91.08%。
关键词：连续侧线精馏；Aspen Plus；精制和提取；，N，，N-二甲基苯胺；甲醇
中图分类号：TQ641.3 文章编号：0253 -4320(2016)04 -0167 -03
DOI:10. 16606/j. cnki. issn 0253 - 4320. 2016. 04. 041
N，N-二甲基苯胺是重要的化工原料和医药中间体，在医药工业中用于制造头孢菌素V、磺胺-b -甲氧嘧啶、磺胺邻二甲氧嘧啶及氟孢嘧啶等，在香料工业中用于制造香兰素等。N，N-二甲基苯胺采用苯胺和甲醇（苯胺）/n,（甲醇）=1/3]进行合成，合成的条件为：通过往复式无脉冲计量泵按空速0.5 h-1、反应温度240~ 2500C注入反应器中，生成的产物含有大量的甲醇和水及少量的三甲基苯胺。本文中提出连续侧线精馏和精馏结合的方法精制二甲基苯胺和提取甲醇，采用AspenPlus模拟软件对精制和提取过程进行模拟计算，考察不同操作参数对分离效果的影响，为进一步连续分离研究提供依据。
1 连续侧线精馏和连续精馏过程设计
以NRTL方程为模型，采用Aspen Plus模拟软件对甲醇水溶液、N，N-二甲基苯胺及三甲基苯胺的混合物进行静态模拟。连续侧线精馏和精馏结合工艺如图1所示。
2连续侧线精馏过程影响因素的模拟研究
采用Aspen Plus流程模拟软件，选择其中的RadFrac严格精馏模块对连续侧线精馏塔精制N，N-二甲基苯胺和提取甲醇过程进行模拟计算。以T101为例进行模拟计算，分别考察塔板数、原料进料位置、侧线出料位置、回流比、侧线出料比对分离效果的影响，优化出最适宜的精馏塔操作参数。
2.1 塔板数变化对分离效果的影响
在原料进料位置为第4块塔板，侧线出料位置为第10块塔板，回流比为4.5，侧线出料比为0. 19的条件下，塔板数变化对分离效果的影响见图2。
由图2可以看出，随着理论板数的增加，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率均增加。当理论板数超过20块后，随着理论板数的继续增加，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率几乎保持不变。考虑到分离要求以及随着理论板数增加对塔的投资费用和操作费用的影响，故选择适宜的理论板数为20块。
2.2进料位置对分离效果的影响
在理论板数为20块塔板，侧线出料位置为第10块塔板，回流比为4.5，侧线出料比为0. 19的条件下，进料位置变化对分离效果的影响见图3。
由图3可以看出，随着进料位置的下移，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率逐渐增高。当进料位置位于4~8块塔板时，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率达到最高。随着进料位置的继续下移，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率均下降，故选择适宜的进料位置在第4块塔板。
2.3侧线出料位置变化对分离效果的影响
在理论板数为20块塔板，进料位置为第4块塔板，回流比为4.5，侧线出料比为0. 19的条件下，塔侧线出料位置变化对分离效果的影响见图4。
由图4可以看出，随着侧线出料位置逐渐远离进料口，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率逐渐增加，当侧线出料口位于6～10块塔板时，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率增加到最高。随着侧线出料位置继续下移，侧线出料处中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率逐渐降低，故选择适宜的侧线出料位置为第10块塔板。
2.4 回流比变化对分离效果的影响
在理论板数为20块塔板，进料位置为第4块塔板，侧线出料位置为第10块塔板，侧线出料比为0.19的条件下，回流比变化对分离效果的影响见图5。
由图5可以看出，当回流比从1增大到4.5时，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率均增加。随着回流比的继续增大，侧线出料中Ⅳ，N-二甲基苯胺的质量分数和收率几乎保持不变。考虑到随着回流比增大，塔顶冷凝器和塔釜再沸器的冷热负荷随之增大，所以选择适宜的回流比为4.5。
2.5侧线出料比对分离效果的影响
在理论板数为20块塔板，进料位置为第4块塔板，侧线出料位置为第10块塔板，回流比为4.5的条件下，侧线出料比变化对分离效果的影响见图6。
由图6可以看出，随着侧线出料比的增大，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数先几乎保持不变，然后逐步降低；而随着侧线出料比的增大，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的收率先增大，然后随着侧线出料比的继续增大，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的收率几乎保持不变。当侧线出料比达到0. 19时，侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数和收率都达到最大，故选择适宜的侧线出料比为0. 19。
3工艺条件优化设计
对侧线精馏塔的工艺条件进行模拟实验，选择5因素4水平实验，按L16(45)正交实验表模拟实验，可得到如表1所示的条件和结果。
表1中A、B、C、D、E分别代表理论塔板数、原料进料位置、侧线出料位置、回流比、侧线出料比，ω代表侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数。对各因素进行优化分析，以侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数为依据，分析结果如表2所示。
就侧线出料中N，N-二甲基苯胺的质量分数而言，极差比较结果为E>A>D>B=C，所以侧线出料与进料比影响最大，理论塔板数次之。通过对实
平均值的比较，可得此精馏额最佳组合为A2B2C2D2E3。
以相同的方法对塔T201进行Aspen Plus模拟计算和正交实验，确定提取甲醇最优操作条件，如表3所示。
4结论
采用Aspen Plus模拟软件对甲醇、N，N-二甲基苯胺、三甲基苯胺及水的混合物进行连续侧线精馏和精馏模拟，基于NRTL模型模拟得出采用连续侧线精馏和精馏结合的方法分离此混合物是可行的，且分离效果较为理想。
利用模拟软件中的灵敏度分析及正交实验的方法对各参数进行优化，连续侧线精馏塔中侧线出料中的N，N-二甲基苯胺的质量分数可达98.70%，收率可达96.56%，连续精馏塔塔顶出料中甲醇的质量分数可达99.80%，收率可达91.08%。
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