亚磷酸二甲酯合成研究及放大
摘要
亚磷酸二甲酯是一种重要的化工中间体，有着广泛的应用。随着市场需求的增大，人们对亚磷酸二甲酯的生产工艺越来越关注。本文对合成反应器的设计和最佳的操作条件进行了研究，以期提高生产规模与产品收率。
合成反应器占据整个工艺的核心地位，操作参数则直接关系到反应器的可靠性与稳定性。如何设计反应器、选择操作参数对最终的生产装置的优劣起决定性作用。
本文的主要工作包括三个步骤。首先在试验基础上获得合成反应的最佳操作参数；对反应的动力学(包括宏观动力学及微观动力学)进行深入的研究，初步确定反应器设计原则。为检验设计是否可行，建立了中试装置；考察装置的运行状况与生产效率，并结合对现有装置的分析，改进设计方法。最后，采用新方法解决了原料混合的难题，完善了5000t／a的生产装置反应器的设计。这种逐级放大的设计方法保证了装置可靠稳定。
在此基础上，浙江新安化工集团股份有限公司建立了5000t／a工业装置。该装置操作简单，经过调试运行稳定，能满足安全生产与降低成本的要求，达到了预期的目标。生产能力与产品收率均达到设计要求，为全国最高。表明该设计是可行有效的。
该装置的建成，为生产操作和工艺改造提供了理论指导，提高了企业整体技术水平，为生产管理现代化打下了坚实的基础。
Dimethyl phosphite is an important chemical intermediate, which has widespread availability in chemical industry. With the rising demand for dimethyl phosphite, more attention was paid to its production process. In this paper, study was carried out to design synthesis reactor and chose the optimal parameters of operation, aiming at enlarging production capacity and increasing yield.
In the process of dimethyl phosphite synthesis, the synthesis reactor occupies the core, and the parameters of operation concern the reliability and stability of the reactor. How to design the reactor and determine the parameters of operation was critical to the goodness of the final industrial unit.
The main job included three steps. Firstly, the optimal technological conditions were screened on the base of experimental data. After profound studying the kinetics (including macro and intrinsic), the principle for synthesis reactor design was determined. Moreover, in order to examine the design principle, a pilot-plant was built. After surveying the operational aspect and production efficiency of the pilot-plant, integrating systemic analyses of the existing plant, the design was modified. Finally, the reactor design for the industrial unit was improved and completed, and some new methods were used to solve the problem of mixing raw material. This method named as step by step ensures reliability and stability of plant.
On the base of the research, an industrial unit with 5000t/a production capacity was built in Zheiang Xin'an Chemical Industrial
Group Co. Ltd. This process unit has simplicity in operation. After testing and adjusting, its operational aspect agrees with the expected result. It runs stably and meets the demand of safety and cost reduction. It has biggest production capacity in China while its yield was highest, reaching the requirements of design. All of those show the design was feasible and effective.
Good performances make the plant have theoretical guide to productive practice and process modification, enhance the technological level of enterprise, and put a solid foundation for modernization of plant supervision.
合成反应器占据整个工艺的核心地位，操作参数则直接关系到反应器的可靠性与稳定性。如何设计反应器、选择操作参数对最终的生产装置的优劣起决定性作用。
本文的主要工作包括三个步骤。首先在试验基础上获得合成反应的最佳操作参数；对反应的动力学(包括宏观动力学及微观动力学)进行深入的研究，初步确定反应器设计原则。为检验设计是否可行，建立了中试装置；考察装置的运行状况与生产效率，并结合对现有装置的分析，改进设计方法。最后，采用新方法解决了原料混合的难题，完善了5000t／a的生产装置反应器的设计。这种逐级放大的设计方法保证了装置可靠稳定。
在此基础上，浙江新安化工集团股份有限公司建立了5000t／a工业装置。该装置操作简单，经过调试运行稳定，能满足安全生产与降低成本的要求，达到了预期的目标。生产能力与产品收率均达到设计要求，为全国最高。表明该设计是可行有效的。
该装置的建成，为生产操作和工艺改造提供了理论指导，提高了企业整体技术水平，为生产管理现代化打下了坚实的基础。
Dimethyl phosphite is an important chemical intermediate, which has widespread availability in chemical industry. With the rising demand for dimethyl phosphite, more attention was paid to its production process. In this paper, study was carried out to design synthesis reactor and chose the optimal parameters of operation, aiming at enlarging production capacity and increasing yield.
In the process of dimethyl phosphite synthesis, the synthesis reactor occupies the core, and the parameters of operation concern the reliability and stability of the reactor. How to design the reactor and determine the parameters of operation was critical to the goodness of the final industrial unit.
The main job included three steps. Firstly, the optimal technological conditions were screened on the base of experimental data. After profound studying the kinetics (including macro and intrinsic), the principle for synthesis reactor design was determined. Moreover, in order to examine the design principle, a pilot-plant was built. After surveying the operational aspect and production efficiency of the pilot-plant, integrating systemic analyses of the existing plant, the design was modified. Finally, the reactor design for the industrial unit was improved and completed, and some new methods were used to solve the problem of mixing raw material. This method named as step by step ensures reliability and stability of plant.
On the base of the research, an industrial unit with 5000t/a production capacity was built in Zheiang Xin'an Chemical Industrial
Group Co. Ltd. This process unit has simplicity in operation. After testing and adjusting, its operational aspect agrees with the expected result. It runs stably and meets the demand of safety and cost reduction. It has biggest production capacity in China while its yield was highest, reaching the requirements of design. All of those show the design was feasible and effective.
Good performances make the plant have theoretical guide to productive practice and process modification, enhance the technological level of enterprise, and put a solid foundation for modernization of plant supervision.
引文
1．陈甘棠，化学反应工程，1990年，第二版，北京：化学工业出版社
2．李绍芬，反应工程，1990年，第1版，北京：化学工业出版社
3．袁渭康，朱开宏，化学反应工程分析，1995年，第一版，上海：华东理工大学出版社
4．张宝夫，王群孝等 新颖的4000吨亚磷酸二甲酯真空抽气系统 《真空》 2002年10月第五期
5．W．雷斯尼克，化工过程分析与设计，1985年，第一版，北京：化学工业出版社
6．韩德刚，高执棣，化学热力学：1997年1 0月第1版化学热力学
7．张瑞生，沈才大，化工系统工程基础，1991年，第一版，上海：华东化工学院出版社
8．金世勋，刘桂存，物理化学，1989年2月第1版社
9．房德中，朱建业，化工过程分析与模拟，1991年，第一版，北京：化学工业出版社
10．陈钟秀，顾飞燕编，化工热力学，1993年11月第1版
11．陆震维化工过程开发，1984年5月第1版
12．[澳]R·拉曼，化工过程计算，1992年6月第1版
13．于遵宏等编著，化工过程开发，1996年12月第1版
14．伍沅编，化工过程动态，1998年5月第1版
15．田春云主编，有机化工工艺学，1998年9月第1版
16．葛婉华，陈鸣德编，化工计算，1990年6月第1版
17．张跃敏等，复杂反应系统活塞流反应器的设计和模拟-一种简便快速的计算方法，计算机与应用化学，1989年，第6卷第2期，151-156
18．[美]V·弗里德 H·F·哈梅卡 U·布卢克斯，物理化学，1983年7月第1版
19．任者福，李成岳，固定床反应器拟均相轴向扩散模型通用软件的
开发，计算机与应用化学，1990年，第7卷第1期，1-6
20．[英]F．A．霍兰得著，王绍亭，李功样译，化工流体流动，1985年10月第1版
21．胡华等，用等效反应温度改善的反应器拟均相一维模型，化学反应工程与工艺，1994年，第10卷第2期，161-168
22．李素珍等，失活FX-01催化剂绝热床反应器再生过程模拟，石油炼制与化工，1998年，第29卷第1期，60-63
23．于广锁，于建国，王辅臣，于遵宏，连续换热式耐硫甲烷化反应器的模拟与分析，化学反应工程与工艺，1999年，第15卷第2期，187-195
24．蔡松林，陈宗海，沈廉，基于稳态数据的化工过程动态模型的建立，计算机仿真，1998年，第15卷第2期
25．赵荣昌，聂昌廷，邹德琴，钱军，亚磷酸二甲酯的合成，辽宁化工，1995年，第2期，23-24
26．朱志峰，连续化二甲基亚磷酸生产工艺研究，农药，1994年，33卷第3期，7-8
27．姬学仪，朱德湘，姬学诚，无溶剂法合成亚磷酸二甲酯的条件探讨，辽宁化工，1995年，第6期，32-35
28．江芝良，杨超英，陈宇虹，亚磷酸酯反应的非常规使用研究，陕西化工，1992年，第3期，50-51
29．(德)M．贝伦斯，H．霍夫曼，A．林肯，化学反应工程，1994年，第一版，北京：中国石化出版社
30．(美)O．列文斯比尔，化学反应器，1988年，第一版，北京：烃加工出版社
31．周爱月，化工数学，1993年，第一版，北京：化学工业出版社
32．徐寿昌，有机化学，1993年，第二版，北京：高等教育出版社
33．邓正龙，化工中的优化方法，1992见，第一版，北京：化学工业出版社
34．金克新，赵传钧，马沛生，化工热力学，1990年，第一版，天津：天津大学出版社
35．邓建中，葛仁杰，程正兴，计算方法，1985年，第一版，西安：西安交通大学出版社
36．郭天民，多元汽-液平衡和精馏，1983年，第一版，北京：化学工业出版社
37．陈敏恒，从德滋，方图南，化工原理，1985年，第一版，北京：化学工业出版社
38．谭天恩，麦本熙，丁惠华，化工原理，1992年，第二版，北京：化学工业出版社
39．天津大学物理化学教研室，物理化学，1992年，第三版，北京：高等教育出版社
40．(美)R．B．伯德等著，传递现象，1990年，北京：化学工业出版社
41．《化学工程手册》编辑委员会，化学工程手册，1989年，第一版，北京：化学工业出版社
42．童景山，李敬，流体热物理性质的计算，1982年，第一版，北京：清华大学出版社
43．姚学仪 朱德湘 姬学城 无溶剂法合成亚磷酸二甲酯的条件探讨，1995年，《辽宁化工》
44．姚学仪 朱德湘 姬学城 亚磷酸二甲酯的液相无溶剂连续合成的研究，《江苏农药》
45．朱志蜂等 连续化二甲基亚磷酸生产工艺研究 1993年 第一期 《福建化工》
46. Gidewell, christopher, Prgorzelec,Peter J. Esters of some phosphorous acids A laboratory experiment ,J. Chem.Educ. 1998,57(10),740-1
47. A.K.Misra, J.B.Lal, Preparation of diakyl esters of phosphonic acid,Indian J. Appl. Chem.28(6), 187-189(1965)
48. Chares.F.Baranauchas, James.J.hodan, Esters of phosphorus, US 3,331.895
49. Ted.B.Haufe, John.O.Iverson, Dimethyl hydrogen phosphite, US 2,631,161
50. Dialkyl phosphonates, Stauffer chemical.Co.Neth.Appl.6,612,966
51. Herman S.Bloch, Dialkyl hydrogen phosphites, US. 2,257,512
52. Charles H. Campbell, Anniston, Ala., Method of producing dialkyl and dicycloalkyl phosphites, US. 2,794,820
53. Herman S.Bloch, Manufacture of dialkyl hydrogen phophites, US. 2,570,512
54. Christopher J.Sowa, Make the Move to Dynamic Simulation, Chemical Engineering Progress, August 1997, 44-47
55. J.Perregaard, Model Simplification and Reduction for Simulation and Optimization of Chemical Processes , Computers chem.Engng, Vol.17, No.5/6, pp.465-483, 1993
56. H.I.Moe, S.Hauan, K.M.Lien and T.Hertzberg, Dynamic Model of a System with Phase and Reaction Equilibrium, Computers chem.Engng, Vol. 19, Suppl., pp.s513-s518, 1995
57. B.S.Bossen, L.J.Christiansen, J.E.Jarvan and R..Gani, Simulation, Optimization and Data-Reconciliation of Industrial Chemical Processes, Trans IChemE, Vol.72, Part A, May 1994, 376-381
58. S.Storen,T.Hertzberg,Local thermodynamical models applied in dynamical process simulation: a simplified approach, Institution of chemical engineering, 72(A), 1994,395-401
59. W.Marquard, trends in computer-aided process modeling,Computers chem. Engng, 1996,Vol.20,No.6/7, 591-609
60. Zhen-Min Cheng, Wei-Kang Yuan,Initial estimation of heat tranfer and kinetic parameters of a wall-cooled fixed-bed reactor, Computer chem.Engng, 1997,Vol. 21,No. 5, 511-519
61. Reid. Robert C., The properties of gases and liquids, 1987
62. M.L.Michelsen, Calculation of multiphase equilibrium, Computer chem.Engng, 1994,Vol. 19,No.7,545-550
63. J.Warna,T.Salmi, Dynamic modeling of catalytic three phase reactors, Computer chem.Engng, 1996,Vol.20,No. 1 ,39-47
64. Mansour Shirvani, Simplification study on dynamic models of distributed parameter systems, AIChE, December 1995,Vol.41 ,No. 12,2658-2660
65. G.Fieg, A standard interface for use of thermodynamics in process simulation, Computer chem. Engng, 1995,Vol. 19,Suppl,s317-s320
66. Miguel A.Isla, Simulation of a urea synthesis
reactor, Eng.Chem.Res, 1993,Vol.32, No. 11,2662-2680
67. Proceedings of the 3 rd Beijing international conference on system simulation and scientific computing, October 17-19,1995,Beijing, China, International Academic Publishers
68. Sidney W. Benson , Thermochemical kinetics—Methods for the Estimation of Thermochemical Data and Rate Parameters, 1976, second edition, A Wiley-Interscience Publication, New York , John Wiley & Sons, Inc
2．李绍芬，反应工程，1990年，第1版，北京：化学工业出版社
3．袁渭康，朱开宏，化学反应工程分析，1995年，第一版，上海：华东理工大学出版社
4．张宝夫，王群孝等 新颖的4000吨亚磷酸二甲酯真空抽气系统 《真空》 2002年10月第五期
5．W．雷斯尼克，化工过程分析与设计，1985年，第一版，北京：化学工业出版社
6．韩德刚，高执棣，化学热力学：1997年1 0月第1版化学热力学
7．张瑞生，沈才大，化工系统工程基础，1991年，第一版，上海：华东化工学院出版社
8．金世勋，刘桂存，物理化学，1989年2月第1版社
9．房德中，朱建业，化工过程分析与模拟，1991年，第一版，北京：化学工业出版社
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12．[澳]R·拉曼，化工过程计算，1992年6月第1版
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14．伍沅编，化工过程动态，1998年5月第1版
15．田春云主编，有机化工工艺学，1998年9月第1版
16．葛婉华，陈鸣德编，化工计算，1990年6月第1版
17．张跃敏等，复杂反应系统活塞流反应器的设计和模拟-一种简便快速的计算方法，计算机与应用化学，1989年，第6卷第2期，151-156
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19．任者福，李成岳，固定床反应器拟均相轴向扩散模型通用软件的
开发，计算机与应用化学，1990年，第7卷第1期，1-6
20．[英]F．A．霍兰得著，王绍亭，李功样译，化工流体流动，1985年10月第1版
21．胡华等，用等效反应温度改善的反应器拟均相一维模型，化学反应工程与工艺，1994年，第10卷第2期，161-168
22．李素珍等，失活FX-01催化剂绝热床反应器再生过程模拟，石油炼制与化工，1998年，第29卷第1期，60-63
23．于广锁，于建国，王辅臣，于遵宏，连续换热式耐硫甲烷化反应器的模拟与分析，化学反应工程与工艺，1999年，第15卷第2期，187-195
24．蔡松林，陈宗海，沈廉，基于稳态数据的化工过程动态模型的建立，计算机仿真，1998年，第15卷第2期
25．赵荣昌，聂昌廷，邹德琴，钱军，亚磷酸二甲酯的合成，辽宁化工，1995年，第2期，23-24
26．朱志峰，连续化二甲基亚磷酸生产工艺研究，农药，1994年，33卷第3期，7-8
27．姬学仪，朱德湘，姬学诚，无溶剂法合成亚磷酸二甲酯的条件探讨，辽宁化工，1995年，第6期，32-35
28．江芝良，杨超英，陈宇虹，亚磷酸酯反应的非常规使用研究，陕西化工，1992年，第3期，50-51
29．(德)M．贝伦斯，H．霍夫曼，A．林肯，化学反应工程，1994年，第一版，北京：中国石化出版社
30．(美)O．列文斯比尔，化学反应器，1988年，第一版，北京：烃加工出版社
31．周爱月，化工数学，1993年，第一版，北京：化学工业出版社
32．徐寿昌，有机化学，1993年，第二版，北京：高等教育出版社
33．邓正龙，化工中的优化方法，1992见，第一版，北京：化学工业出版社
34．金克新，赵传钧，马沛生，化工热力学，1990年，第一版，天津：天津大学出版社
35．邓建中，葛仁杰，程正兴，计算方法，1985年，第一版，西安：西安交通大学出版社
36．郭天民，多元汽-液平衡和精馏，1983年，第一版，北京：化学工业出版社
37．陈敏恒，从德滋，方图南，化工原理，1985年，第一版，北京：化学工业出版社
38．谭天恩，麦本熙，丁惠华，化工原理，1992年，第二版，北京：化学工业出版社
39．天津大学物理化学教研室，物理化学，1992年，第三版，北京：高等教育出版社
40．(美)R．B．伯德等著，传递现象，1990年，北京：化学工业出版社
41．《化学工程手册》编辑委员会，化学工程手册，1989年，第一版，北京：化学工业出版社
42．童景山，李敬，流体热物理性质的计算，1982年，第一版，北京：清华大学出版社
43．姚学仪 朱德湘 姬学城 无溶剂法合成亚磷酸二甲酯的条件探讨，1995年，《辽宁化工》
44．姚学仪 朱德湘 姬学城 亚磷酸二甲酯的液相无溶剂连续合成的研究，《江苏农药》
45．朱志蜂等 连续化二甲基亚磷酸生产工艺研究 1993年 第一期 《福建化工》
46. Gidewell, christopher, Prgorzelec,Peter J. Esters of some phosphorous acids A laboratory experiment ,J. Chem.Educ. 1998,57(10),740-1
47. A.K.Misra, J.B.Lal, Preparation of diakyl esters of phosphonic acid,Indian J. Appl. Chem.28(6), 187-189(1965)
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53. Herman S.Bloch, Manufacture of dialkyl hydrogen phophites, US. 2,570,512
54. Christopher J.Sowa, Make the Move to Dynamic Simulation, Chemical Engineering Progress, August 1997, 44-47
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58. S.Storen,T.Hertzberg,Local thermodynamical models applied in dynamical process simulation: a simplified approach, Institution of chemical engineering, 72(A), 1994,395-401
59. W.Marquard, trends in computer-aided process modeling,Computers chem. Engng, 1996,Vol.20,No.6/7, 591-609
60. Zhen-Min Cheng, Wei-Kang Yuan,Initial estimation of heat tranfer and kinetic parameters of a wall-cooled fixed-bed reactor, Computer chem.Engng, 1997,Vol. 21,No. 5, 511-519
61. Reid. Robert C., The properties of gases and liquids, 1987
62. M.L.Michelsen, Calculation of multiphase equilibrium, Computer chem.Engng, 1994,Vol. 19,No.7,545-550
63. J.Warna,T.Salmi, Dynamic modeling of catalytic three phase reactors, Computer chem.Engng, 1996,Vol.20,No. 1 ,39-47
64. Mansour Shirvani, Simplification study on dynamic models of distributed parameter systems, AIChE, December 1995,Vol.41 ,No. 12,2658-2660
65. G.Fieg, A standard interface for use of thermodynamics in process simulation, Computer chem. Engng, 1995,Vol. 19,Suppl,s317-s320
66. Miguel A.Isla, Simulation of a urea synthesis
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67. Proceedings of the 3 rd Beijing international conference on system simulation and scientific computing, October 17-19,1995,Beijing, China, International Academic Publishers
68. Sidney W. Benson , Thermochemical kinetics—Methods for the Estimation of Thermochemical Data and Rate Parameters, 1976, second edition, A Wiley-Interscience Publication, New York , John Wiley & Sons, Inc