丁二腈制備與提純工藝的研究.pdf

1、近年來，隨著鋰離子電池的發(fā)展，丁二腈作為一種重要的鋰離子電池有機(jī)電解液中的添加劑，因其具有防氣脹、改善電池高溫循環(huán)性能、提高電池電化學(xué)穩(wěn)定性窗口等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到國內(nèi)電解液生產(chǎn)商的重視。丁二腈的純度對(duì)于電解液的比容量和首次效率影響較大，當(dāng)丁二腈的純度達(dá)到99.95％以上時(shí)，電池的比容量和首次效率都較大。當(dāng)純度為99.95%以上的丁二腈添加量為3%時(shí)，復(fù)合正極材料的電性能較好。然而目前，丁二腈一般采用如下兩條路線合成，第一：把氰化鈉與1，2

2、-二氯乙烷混合反應(yīng)，除鹽得到丁二腈；第二：利用丙烯腈與氰化氫在堿性催化劑的催化作用下反應(yīng)生產(chǎn)丁二腈。由以上兩種工藝制得的丁二腈產(chǎn)品純度都在99.5%以下，并帶有顏色，無法滿足作為鋰離子電池電解液添加劑的要求。因此尋找一種合理有效的工藝路線來制取高純度的丁二腈產(chǎn)品迫在眉睫。本文以丙烯腈和氫氰酸為原料，研究了丙烯腈和氫氰酸在堿性催化劑催化作用下生產(chǎn)制備丁二腈的方法，并以反應(yīng)制備的粗品丁二腈為原料，探索了一條真空精餾分離提純粗品丁二腈生產(chǎn)高純

3、丁二腈的工藝路線，并利用Aspen Plus模擬軟件對(duì)整個(gè)工藝進(jìn)行模擬優(yōu)化為高純丁二腈的生產(chǎn)提供了一種新思路。
　　本文首先對(duì)丙烯腈與氰化氫在堿性催化劑的催化作用下制備丁二腈的反應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)驗(yàn)找出了最佳的反應(yīng)條件：三乙胺與丙烯腈摩爾比為0.05:1時(shí)為最佳催化劑用量；最佳反應(yīng)溫度為30℃。在此反應(yīng)條件下丁二腈的產(chǎn)率維持在92%以上。在保證丁二腈不發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)的條件下（精餾最高溫度不超過180℃）設(shè)計(jì)了采用真空精餾的方法

4、提純粗品丁二腈的實(shí)驗(yàn)，精餾過程控制塔頂真空度為0.5kpa（絕壓），回流比為1:1，塔釜溫度為160℃，塔頂冷凝水溫度維持在58℃，收集塔頂餾分得到純度99.998%的高純丁二腈產(chǎn)品，且塔釜丁二腈在持續(xù)精餾12小時(shí)的情況下性質(zhì)穩(wěn)定未發(fā)生聚合和分解反應(yīng)。
　　本文利用Aspen Plus軟件對(duì)丁二腈反應(yīng)過程中產(chǎn)生的重組分雜質(zhì)進(jìn)行了估算，根據(jù)物料體系特征選擇NRTL方程作為模擬計(jì)算的物性方法。利用Aspen Plus軟件的間歇精餾動(dòng)態(tài)

5、模擬模塊對(duì)粗品丁二腈間歇精餾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果基本吻合，從而進(jìn)一步說明模擬所選擇的物性方法和參數(shù)估算是合理可用的。在丙烯腈與氰化氫制備丁二腈的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、粗品丁二腈真空精餾提純實(shí)驗(yàn)以及間歇精餾模擬的基礎(chǔ)上對(duì)高純丁二腈的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行了模擬與優(yōu)化，確定了最優(yōu)工藝流程和適宜的操作條件。經(jīng)過此工藝模擬后所得丁二腈產(chǎn)品純度超過99.998%，且高純丁二腈收率維持在98%