一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法
本发明公开了一种环己酮ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，采用的精细化工。
背景技术：
1、工业生产中采用的管道中混合可燃气体运送、泄漏。在这个过程中会存在可燃气体爆炸隐患，主要是由于可燃气体泄漏出来后，与空气混合后形成适宜浓度的可燃混合气体，被火源介质点燃，形成燃烧、爆燃甚至爆轰造成的。在一般情况下，运输可燃气体的管道是安全的，因为在管网所输送的易燃易爆气体都是纯气体，没有掺杂氧气或其他氧化剂。但是在绿色精细化工生产过程中，现有的许多工艺需要用到氧气作为氧化剂，氮气充当保护气体。可燃气体爆炸需要满足可燃气体处于爆炸极限中，即爆炸下限与爆炸上限中。如果可燃气体处在爆炸极限内，一旦遇到明火、雷击或者其他情况造成的燃烧条件时，就会产生火焰或爆炸，引发严重的安全事故。
2、在面对混合气体爆炸极限控制的本质安全问题，在工业生产中企业往往会逃避用空气做氧化剂，多改用液体氧化剂，但液体氧化剂在反应及后续分离过程中，会产生许多液体废物，使产品的纯度降低，也对整合工艺需求绿色环保加大了难度。但空气作为氧化剂不同，空气是可循环利用的，而且价格实惠，在反应及分离过程中不会产生过多废物，反应后的气体多为氮气，可直接排放，对整个工艺不会产生不良影响。在寻求绿色环保方面，也起到了很好的带头作用。
3、针对上述问题，本发明的目的在于开发一套化工生产中本质安全爆炸极限控制方法，这里即一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，旨在解决环己酮制备ε-己内酯过程中，可燃气体爆炸极限控制问题。
2、本发明目的是通过如下方案实现的：
3、一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，
4、一)将环己酮、苯甲醛、金属卟啉催化剂、溶剂加入高压反应釜，在0.5～4mpa、50～70℃反应得到气液混合反应液；
5、二)在aspen plus化工模拟软件中输入反应前后采用的化学品名称，并基于环己酮、ε-己内酯二元气液平衡选用nrtl物性模型，确定纯组分和二元参数，建立环己酮、ε-己内酯反应分离工艺流程，运行模型并分析流股数据；
6、所述的nrtl为活度系数模型。
7、三)根据流股中各个物质及其含量，基于理-查特里爆炸极限公式计算各流股混合可燃气体的爆炸极限；通过各气相流股爆炸极限计算结果，对比并反馈确定空气进料量。
8、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，所述的环己酮和苯甲醛的质量比为1-2∶2-3。
9、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，所述的溶剂为正丁烷、环己烷、乙腈、苯甲酸甲酯、甲苯中的一种。
10、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，步骤一)具体方法为：
11、1)将环己酮通过第1股流、苯甲醛通过第2股流、金属卟啉催化剂和溶剂通过第3股流在混料罐混合均匀；
12、2)打开微通道反应器气路阀，设置第4流股的空气流速为20ml/min，在循环装置上设置温度50-70℃；待微通道反应器内温度达到设定值后，将第4流股的空气流速调整为70ml/min，然后打开液路阀，将环己酮、苯甲醛、金属卟啉催化剂、溶剂的混合液通过第6流股以5ml/min的速度泵入反应器中润洗5min；
13、3)通过第4流股高压气流吹扫微通道反应器内部5min；
14、4)吹扫结束后，将第4流股空气流速调整为85ml/min，接着打开液路阀，混合液通过第6流股以7ml/min的速度泵入反应器中；
15、5)将第8流股反应液通过换热器降温后进入第9流股，第9股流中的反应液通入三口烧瓶中，三口烧瓶一个支口通过第10流股排气，另一个支口通过第11流股收集产物。
16、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，步骤二)所述的环己酮、ε-己内酯反应分离工艺流程具体如下：第11流股收集产物通过减压阀进入第12股流，第12流股中的产物通过精馏脱酸塔进行精馏分离，不凝气进入第13股流，轻组分进入第14流股，重组分进入第15流股；第14流股中的轻组分通过泵进入第16股流，第16股流中的组分通过精馏脱轻塔进行精馏分离，轻组分进入第17流股，重组分进入第18流股，第17流股中的轻组分通过泵进入第19股流，第19股流中的轻组分循环返回混料罐。
17、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，所述流股中各个物质的分析方法为：选用气相色谱柱ht-ffap，柱体积30m×0.25mm×0.25μm，柱温20℃-240℃；汽化室温度设置240℃；检测室温度设置240℃；载气为99.999％高纯度氮气；分流比设置30∶1；空气为ga-2009空气发生器；氢气为hf-300氢气发生器；进样量设置0.6μl；工作站为n2000；升温程序设置100℃保留2min，以20℃/min升温至140℃，保留3min；以5℃/min升温至160℃，保留2min；以20℃/min升温至235℃保留18min。
18、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，第13流股中的不凝气主要为氮气、氧气、环己酮；第14流股中轻组分主要为环己酮、苯甲酸甲酯、苯甲醛、ε-己内酯；第15流股中重组分主要为苯甲酸、2-苯亚甲基环己酮、6-羟基己酸；第17流股中的轻组分主要有环己酮、苯甲酸甲酯、苯甲醛，第18流股中重组分主要为ε-己内酯。
19、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，所述的各气相流股爆炸极限计算的爆炸极限计算公式如下：
20、
21、lm--—爆炸性混合气的爆炸极限(％)；
22、l1、l2、l3、ln——组成混合气各组分的爆炸极限(％)；
23、v1、v2、v3、…vn——各组分在混合气中的浓度(％)。v1+v2+v3+…vn＝100；
24、lf——是含有惰性气体混合气体的爆炸极限(％)；
25、b——是惰性气体的含量(％)。
26、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，所述的环己酮爆炸下限为1.1/％，爆炸上限为9.4/％；所述的苯甲醛爆炸下限为1.5/％，爆炸上限为8.4/％；所述的苯甲酸甲酯爆炸下限为1.2/％，爆炸上限为6.7/％；所述的己内酯爆炸下限为1.2/％，爆炸上限为9/％；所述的2-苯亚甲基环己酮爆炸下限为1.6/％，爆炸上限为7.3/％；所述的甲酸异丁酯爆炸下限为2/％，爆炸上限为8/％；所述的6-羟基己酸爆炸下限为1.3/％，爆炸上限为8.4/％；所述的2，6-二苯亚甲基环己酮爆炸下限为1.2/％，爆炸上限为8/％。
27、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，第8流股爆炸上限
28、8.62l上/％，爆炸下限1.28l下/％；第9流股爆炸上限8.71l上/％，爆炸下限1.28l下/％；第10流股爆炸上限4.89l上/％，爆炸下限0.69l下/％；第12流股爆炸上限8.73l上/％，爆炸下限1.25l下/％；第13流股爆炸上限8.77l上/％，爆炸下限1.23l下/％。
29、进一步，上述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，所述的软件aspen plus为大型化工模拟软件，内置丰富的物性数据库，通过环己酮、ε-己内酯二元气液平衡实验，探索出合适的物性模型nrtl。
30、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
31、1、本技术提供的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，为精细化工中环己酮制备ε-己内酯提供了解决方法，为工业化生产提供了很好的借鉴，在ε-己内酯产品工业化生产前，可以利用一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，计算出空气的进料量，使整个系统的气相流股中混合气体爆炸极限在安全范围。
32、3、本技术提供的环己酮制备ε-己内酯工艺流程绿色环保，无三废产生。微界面反应器反应效率高，气密性好，安全可靠。该反应分离流程运用aspen plus大型化工模拟软件进行模拟分析，可以清楚知道每根流股的组分变化，结合混合气体爆炸极限计算方法，对该体系中的气相流股进行模拟计算，进而根据计算结果反馈空气的进气量是否在安全的控制范围。
33、总而言之，本发明提供的技术方案提供的应用于工业上ε-己内酯生产中本质安全保障，该方法结合aspen plus模拟现代化工业生产和工业生产中混合可燃气体爆炸极限控制，解决其工业生产过程中管道的本质安全，为实现工业化生产提供技术指导。
技术特征：
1.一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，所述的环己酮和苯甲醛的质量比为1-2∶2-3。
3.根据权利要求1所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，所述的溶剂为正丁烷、环己烷、乙腈、苯甲酸甲酯、甲苯中的一种。
4.根据权利要求1-3所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，步骤一)具体方法为：
5.根据权利要求4所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，步骤二)所述的环己酮、ε-己内酯反应分离工艺流程具体如下：第11流股收集产物通过减压阀进入第12股流，第12流股中的产物通过精馏脱酸塔进行精馏分离，不凝气进入第13股流，轻组分进入第14流股，重组分进入第15流股；第14流股中的轻组分通过泵进入第16股流，第16股流中的组分通过精馏脱轻塔进行精馏分离，轻组分进入第17流股，重组分进入第18流股，第17流股中的轻组分通过泵进入第19股流，第19股流中的轻组分循环返回混料罐。
6.根据权利要求1所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，所述流股数据的分析方法为：选用气相色谱柱ht-ffap，柱体积30m×0.25mm×0.25μm，柱温20℃-240℃；汽化室温度设置240℃；检测室温度设置240℃；载气为99.999％高纯度氮气；分流比设置30：1；空气为ga-2009空气发生器；氢气为hf-300氢气发生器；进样量设置0.6μl；工作站为n2000；升温程序设置100℃保留2min，以20℃/min升温至140℃，保留3min；以5℃/min升温至160℃，保留2min；以20℃/min升温至235℃保留18min。
7.根据权利要求5所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，第13流股中的不凝气主要为氮气、氧气、环己酮；第14流股中轻组分主要为环己酮、苯甲酸甲酯、苯甲醛、ε-己内酯；第15流股中重组分主要为苯甲酸、2-苯亚甲基环己酮、6-羟基己酸；第17流股中的轻组分主要有环己酮、苯甲酸甲酯、苯甲醛，第18流股中重组分主要为ε-己内酯。
8.根据权利要求1所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，所述的各气相流股爆炸极限计算的爆炸极限计算公式如下：
9.根据权利要求8所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，所述的环己酮爆炸下限为1.1/％，爆炸上限为9.4/％；所述的苯甲醛爆炸下限为1.5/％，爆炸上限为8.4/％；所述的苯甲酸甲酯爆炸下限为1.2/％，爆炸上限为6.7/％；所述的己内酯爆炸下限为1.2/％，爆炸上限为9/％；所述的2-苯亚甲基环己酮爆炸下限为1.6/％，爆炸上限为7.3/％；所述的甲酸异丁酯爆炸下限为2/％，爆炸上限为8/％；所述的6-羟基己酸爆炸下限为1.3/％，爆炸上限为8.4/％；所述的2，6-二苯亚甲基环己酮爆炸下限为1.2/％，爆炸上限为8/％。
10.根据权利要求8所述的一种环己酮制备ε-己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，其特征在于，第8流股爆炸上限8.62l上/％，爆炸下限1.28l下/％；第9流股爆炸上限8.71l上/％，爆炸下限1.28l下/％；第10流股爆炸上限4.89l上/％，爆炸下限0.69l下/％；第12流股爆炸上限8.73l上/％，爆炸下限1.25l下/％；第13流股爆炸上限8.77l上/％，爆炸下限1.23l下/％。
技术总结
本发明的目的是提供一种环己酮制备ε‑己内酯本质安全的爆炸极限控制方法，拟解决的化工生产本质安全的技术问题；其技术方案：一)将环己酮、苯甲醛、金属卟啉催化剂、溶剂加入高压反应釜，在0.5～4MPa、50～70℃反应得到气液混合反应液；二)在Aspen Plus化工模拟软件中输入反应前后采用的化学品名称，并基于环己酮、ε‑己内酯二元气液平衡选用NRTL物性模型，确定纯组分和二元参数，建立环己酮、ε‑己内酯反应分离工艺流程，运行模型并分析流股数据；三)根据流股中各个物质及其含量，基于理‑查特里爆炸极限公式计算各流股混合可燃气体的爆炸极限；通过各气相流股爆炸极限计算结果，对比并反馈确定空气进料量；属于精细化工技术领域。
技术研发人员：杨彦,王鸿飞,纪红兵
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23