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user: 3. 实验结果与讨论 3.1. 不同条件对合成N，N-二甲基苯胺的影响 3.1.1. 原料比对反应过程的影响 在反应温度为240℃、空速为0.5 h −1 条件下，考察原料摩尔比对合成N，N-DMA的影响，反应5小时后，取样检测。实验结果如图3所示，随着原料比的增大，苯胺转化率和N，N-DMA选择性明显提高，当为4:1时，N，N-DMA选择性达到最高。当甲醇和苯胺的摩尔比大于4:1后，苯胺的转化率趋于稳定，但N，N-DMA的选择性明显下降。在甲醇和苯胺的摩尔比较小条件下，苯胺转化率和N，N-二甲基苯胺的选择性均较低，说明影响反应选择性的主要因素是甲醇含量。在甲醇和苯胺的摩尔比较大的情况下，N，N-DMA与甲醇进一步反应生成副产物的量增多，导致N，N-DMA的选择性下降。 图2. 精制过程示意图 Table 1 Primary data of side distillation and extractive distillation column 精馏塔 模拟参数 N N f R T101 60 15 10 T102 100 50 5 T103 30 10 2 表1. 侧线精馏和萃取精馏过程的起始设定参数 图3. 原料配比对反应的影响 3.1.2. 反应温度对反应过程的影响 在甲醇与苯胺的摩尔比为4:1、空速为0.5 h −1 条件下，考察反应温度对合成N，N-DMA的影响，反应5 h后，取样检测。实验结果如图4所示，当反应温度由220℃上升至230℃时，反应速率逐渐加快，苯胺的转化率明显提高，N，N-DMA的选择性也由90.25%提高到93.17%。当温度高于230℃后，随着反应温度的升高，苯胺的转化率基本稳定，但N，N-DMA选择性随反应温度的升高而下降，这主要由于温度升高促进了C-甲基产物的生成。 3.1.3. 空速对反应过程的影响 在反应温度为230℃、原料甲醇与苯胺摩尔比为4:1条件下，考察进料空速对合成N，N-DMA的影响反应5 h后，取样检测。实验结果如图5所示，随着进料空速的增大，苯胺转化率和N，N-DMA选择性明显下降，当空速为0.25 h −1 时，反应物在体系中停留时间较长，反应能够充分进行，N，N-DMA的选择性达到95.57%；而当空速过大时，反应物停留时间短，反应不充分，导致苯胺转化率和N，N-DMA选择性降低。 3.2. 正交试验优化 根据单因素实验研究结果，以苯胺转化率和N，N-DMA选择性为目标，对原料比、反应温度及进料空速三个因素进一步优化，设计L 9 (3 3 )正交试验表。试验条件、方差分析及结果分别如表2和表3所示。 图4. 反应温度对反应的影响 图5. 空速对反应的影响 表2结果表明：C > A > B，空速(C)为影响转化率的主要因素，其次依次为原料摩尔比(A)、反应温度(B)，因此反应优化条件为A2B3C1，即原料摩尔比4:1、温度240℃及进料空速0.25 h −1 ，在该条件下苯胺转化率为99.83%，N，N-DMA的选择性为92.06%。 表3结果表明：A > C > B，原料摩尔比(A)是影响选择性的主要因素，其次依次为空速(D)及反应温度(B)。最适宜反应条件为A2B2C1，即原料摩尔比4:1、温度230℃及进料空速0.25 h −1 。在该条件下，苯胺转化率达到99.87%、N，N-二甲基苯胺选择性为95.57%。 综上所述，管式反应最佳工艺条件为原料摩尔比4:1、温度230℃及进料空速0.25 h −1 。 3.3. 分离过程的模拟优化结果 在连续侧线精馏过程中，考察塔板数(N)、原料进料位置(N f )、侧线出料位置(N c )、回流比(R)、原料 Table 2 L9(33) Table of orthogonal tes 试验号 原料比(A) 温度(B)/℃ 空速(C)/h −1 苯胺转化率/% 1 1 (3.5) 1 (220) 1 (0.25) 99.52 2 1 (3.5) 2 (230) 2 (0.50) 95.34 3 1 (3.5) 3 (240) 3 (0.75) 94.12 4 2 (4.0) 1 (220) 3 (0.75) 92.80 5 2 (4.0) 2 (230) 1 (0.25) 99.87 6 2 (4.0) 3 (240) 2 (0.50) 99.80 7 3 (4.5) 1 (220) 2 (0.50) 96.48 8 3 (4.5) 2 (230) 3 (0.75) 93.70 9 3 (4.5) 3 (240) 1 (0.25) 95.41 K1 96.327 96.267 98.267 K2 97.490 96.303 97.207 K3 95.197 96.443 93.540 R 2.293 0.176 7.727 主次顺序 C > A > B 优水平 A2 B3 C1 优组合 A2B3C1 表2. L 9 (3 3 )正交试验表 注：K1，K2，K3表示方差，R表示极差。 Table 3 L9(33) Table of orthogonal tes 试验号 原料比(A) 温度(B)/℃ 空速(C)/h −1 N，N-DMA选择性/% 1 1 (3.5) 1 (220) 1 (0.25) 84.87 2 1 (3.5) 2 (230) 2 (0.50) 74.86 3 1 (3.5) 3 (240) 3 (0.75) 69.51 4 2 (4.0) 1 (220) 3 (0.75) 77.61 5 2 (4.0) 2 (230) 1 (0.25) 95.57 6 2 (4.0) 3 (240) 2 (0.50) 86.85 7 3 (4.5) 1 (220) 2 (0.50) 83.04 8 3 (4.5) 2 (230) 3 (0.75) 75.77 9 3 (4.5) 3 (240) 1 (0.25) 73.49 K1 76.413 81.840 84.687 K2 83.387 82.110 82.250 K3 77.433 77.283 74.297 R 10.974 4.827 10.390 主次顺序 A > C > B 优水平 A2 B2 C1 优组合 A2B2C1 表3. L 9 (3 3 )正交试验表 注：K1，K2，K3表示方差，R表示极差。 Table 4 The separation process simulates the optimized parameters and the result 精馏塔 模拟参数 含量/wt% 收率/% N N f N c N s R F (kg/h) F s (kg/h) D (kg/h) D c (kg/h) T101 35 15 31 / 5 100 / 22 69.5 98.63 98.44 T102 100 46 / 65 5 75 300 392 / 99.92 98.24 T103 20 10 / / 3 397 / 300 / 99.96 99.86 表4. 分离过程模拟优化后的参数及结果 进料速率(F)、塔顶出料速率(D)、侧线出料速率(D c )对分离效果的影响，在优化条件下，侧线中N-MA和N，N-DMA总含量达到98.63%、收率达到98.42%。在萃取精馏过程中，萃取剂为N，N-二甲基甲酰胺，考察塔板数(N)、原料进料位置(N f )、萃取剂进料位置(N s )、回流比(R)、原料进料速率(F)、溶剂进料速度(F s )、塔顶出料速率(D)对分离效果的影响，在优化条件下，N，N-DMA含量为99.92%、收率为98.24%。在溶剂回收过程中，考察塔板数(N)、原料进料位置(N f )、回流比(R)、原料进料速率(F)、塔顶出料速率(D)对分离效果的影响，在优化条件下，N，N-DMA含量为99.96%、收率为99.86%。分离过程的模拟优化结果如表4所示。