有机硅单体分离系统工艺流程模拟分析

塔釜一个出 纯度， 外一 料由 可以 料的 而另 个出 于
返回相应的塔进行循环加工，这样使得塔的操作 和控制较为灵活，即使进料条件发生改变也可以 得到合格的产品。而 7 塔流程中二甲基二氯硅烷 与一甲基三氯硅烷要在二元塔中实现清晰分割， 并且二甲基二氯硅烷与一甲基三氯硅烷产品纯度 要求分别为 99 9 %与 9 .5%，这就要求进料条件 . 5 相对稳定，对塔的控制要求很严格。但实际上进 料条件并不稳定， 所以对操作和控制的要求更高， 实际生产过程中产品的纯度有一定的波动，不合 格产品的量会增加、 (3 采用 1 塔流程对有机氯硅烷粗单体进行 ) 0 加工的产品纯度高。由于存在沸点介于二甲 基二氯 硅烷与高沸物之间的杂质，杂质与二甲基二氯硅烷 的沸点差更小， 使得分离难度增大。 采用 1 塔流程 0 进行分离和纯化，通过增加优二甲 塔可以有效的去 除二甲基二氯硅烷中的杂质，从而提高二甲 基二氯 硅烷产品纯度。 (4) 两个 1 塔流程中对各塔均容易进行控制 0 与操作， 塔流程中的二元塔不容易控制与操作。 而7 1 2 两种 1 塔流程 1 和2 的能耗对比 0
220 .
2007 年第 26 卷 表 1 有机氮硅烷粗单体的组成
名称
分子式
CH3C I
常压沸点 /℃
一2 3 8
组成(质量分数)/ %
氛甲烷 四甲基硅烷 三氯氢硅
C4H12Si
HSIC 1 3
6‘ 2气， l 3
n 己
< 10 < 1.0
< 10 3~ 5
二甲基一氯硅烷
一甲纂二氯硅烷
四氯化硅
CZ H汇1 51
流程与反式切割的 1 塔流程的产品纯度相当，而能耗较低， 0 但设备投资较大。
关 键词: 有机硅; 二甲 基二氛 硅烧; 精馏模拟; As e Plu Pn s
Simulation analysis of organosilicon Purif cation Pr cesses i o
恻 八 Bi l， Z n G
e K y words: or a osilicon; diPhenyldichlorosila e; distilla ion simula ion; AsPen Plus gn n t t 有机硅是一类性能优异、功能独特的新型材 料， 它不仅可以作为一种基础材料、 结构材料在一 些大工业中应用， 而且可以作为功能性材料加入其
术壁垒主要存在于单体生产阶段， 工艺复杂、 流程 长、技术含量高、投资大是单体工业的主要特点， 因而单体生产技术水平也直接体现了一个国家有 机硅工业的整体水平。 不管采用何种方法生产有机氯硅烷单体，得 到的均为多组分的混合产物，混合单体的分离与 纯化，在有机硅工业及其投资比例中占有重要的
地位【 本文主要对目 ’ 】 。 前有机硅混合单体分离流
困难。
有机氯硅烷粗单体中最有价值的组分是含量最 高的二甲基二氯硅烷，其次一甲基三氯硅烷、三甲 基一氯硅烷和一甲基二氯硅烷等均是具有很高附加 值的 产品。因为制备聚硅氧烷产品时，需要较高纯 度的单体为原料，所以需要对单体混合物进行分离 纯化。通过分离有机氯硅烷粗单体可以得到二甲基 二氯硅烷、一甲基三氯硅烷、二甲基一氯硅烷和一 甲 基二氯硅烷等组分。工业上对有机氯硅烷单体的
脱高塔 脱低塔 轻分塔 含氢塔 共沸塔 三甲塔
三甲产品
工~
一甲含氢产品
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纯 求见 度要 1 表2。 ] 5
表2 有机氮硅烷单体纯度要求
单体名称
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少 创 .
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他材料以改善其工艺性能，因此获得了 “ 业味 _ 上 精”“ 、 科技发展催化剂” 的美誉。 有机硅材料是有 机硅聚合物的总称，其基本单体都是有机氯硅烷 (包括甲基氯硅烷、 苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅 烷和乙烯基三氯硅烷等乙烯基单体) ，其中甲基氯 硅烷的用量.」 1整个单体生产总量的90%以上， ‘ 它是 有机硅工业的支柱。 该行业的发展是以有机硅下游 产品开发为主， 从而带动单体合成技术的发展， 具 有单体集中生产、卜 一游分散深加工的特点。 在单体 合成中， 以非金属硅粉和氯代烃为原料， 采用直接 合成法生成的粗硅烷中含有多种组分， 将粗硅烷蒸 馏分离可得到二甲基氯硅烷等少 具有工业价值 的单体，进而制成有机硅材料的中间体聚硅氧烷， 这是有机硅工业最关键的中间体。 有机硅行业的技
J ‘. 曰 1 4
. 八 0
CH C1 4 2Si
SIC1 4
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C ， J 件 ， ‘ 〕
二 甲基一氯硅烷
一甲基三氯硅烷 二甲基乙氯硅烷
高沸物
C， H汇151 CHJCI， 51 CZ 氏CIZ Si
6 5 ~ 80
目前工业上多采用流化床工艺生产有机硅单 体， 反应在流化床反应器中进行， 随着反应的进行， 催化剂活性逐渐降低，导致反应产物有所变化，以 致反应产物的组成随着生产的进行有所变化。 从表 1可以 看出，混合单体中组分较多，沸点 差距小，并且组分四氯化硅与三甲 基一氯硅烷之间 存在共沸，因此有机氯硅烷单体的分离纯化相当
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纯度要求(质遥分数) % l
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高沸物塔 一甲塔
2 有机氯硅烷粗单体精馏流程
G ro a Jia China; ， ，lalznou 225300， la g u， r ouP T izhou 乙 ) j VU， n g u ， 艺 J n s 七
n e a d T chnolog ，Tia in Universit ， a in 300072 ，C h in a ) y j n y Tn i j
Pr cess. The tr ns一 t ing l0 column Pr cess syst m had lo讹r consumPtion comPar d with cis一 t ing o a cut o e e cut
10 columns Pr cess system， the equiPment investment was higher. o but
高沸物塔釜物料排出系统。
脱高塔 二甲塔 脱低塔 轻分塔 含氢塔 共沸塔 三甲塔
入脱高塔，塔顶物料进入脱低塔，塔釜物料排出系 统; 脱低塔塔顶物料进入轻分塔，主要为一甲基三 氯硅烷和二甲基二氯硅烷的脱低塔塔釜物料进入二 元塔; 二元塔塔顶出合格的一甲基三氯硅烷产品， 二元塔塔釜出合格的二甲基二氯硅烷产品; 轻分塔、 含氢塔与共沸塔流程与顺式切割 1 塔流程相同: 三 0 甲 塔塔顶出合格的三甲基一氯硅烷产品，三甲塔塔 釜物料排出系统。
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ZSchool of Chemical Engineering
i ( I Slilicon Ma eria Ltd. of j ia gsu M e i la ll t l n t Meila n
程进行模拟分析，比较了各种工艺流程之间的优
缺点。
1 有机氯硅烷粗单体的性质
有机氯硅烷是以氯甲 烷和硅粉为原料， 在高温 和催化剂的作用下合成的。典型的生成物的组成和
性 1 ‘ 表1所示。 质2一如 1
第一作者简介 工斌 ( 196 一)，男. 工程师。联系人 许春建。电 8
话 022 一 27404440; E 一 c xu@t u.edu.cn。 mail j j
. 2 2 反式切割1 塔分离工艺流程 0 反式切割 r 塔分离」 o _ :艺流程如图2 所示。 原料 粗单体进入脱高塔，塔顶物料进入二甲 塔， 塔釜物 料进入高沸物塔; 带有少量二甲 基二氯硅烷的二甲 塔塔顶物料进入脱低塔，土要为二甲 基二氯硅烷的
增刊
卜 斌等: 有机硅一 单体分离系统工艺流程模拟分析
分离有机氯硅烷粗单体的方法有物理分离法和 化学分离法，_ 业上主要采用精馏的方法分离。日 毛 前国内 有多套生产甲基氯硅烷的装置，并且都采用 了精馏分离_ 艺流程， _ f 其中第一个塔均为脱高塔， 但从第二个塔往后加工顺序各家有所不同。根 其
图 1 顺式切割
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三甲 塔塔釜物料进入优二甲塔; 优二甲 塔塔顶出合 格的二甲基二氯硅烷产品，优二甲塔塔釜物料返回 脱高塔; 带有少量一甲基三氯硅烷的脱低塔塔顶物 料进入轻分塔，主要为一甲基三氯硅烷的脱低塔塔 釜物料进入一甲 塔; 一甲 塔塔顶出合格的一甲基三 氯硅烷产品， 一甲塔塔釜物料返回二甲塔; 轻分塔、 含氢塔与共沸塔流程与顺式切割 1 塔流程相同; 二 0 甲塔塔顶出合格的三甲基一氯硅烷产品，三甲塔塔 釜物料返回二甲塔;高沸物塔塔顶物料返回脱高塔，
Abst ct: T r e sePar ion Pr c sses f r t e Purif ca ion of o电 osilicon comPonent t ns一 t ing lo a r h e t a oe o h i t n a s r a cut columes Process，cis一 t ing l0 columes Pr cess a d 7 columes Pr cess a introduced in this Pa er cut o n o e r P . Asp n Plus was 耐oPted t simula t e Pr cesses a d t e simula ion results Pr ved tha bO t e l0 e o e t h o n h t o t t h h columns Processes ha a vanta es of lower ener y consumPtion a d hig er yield tha the 7 column d d g g n h n
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2007 年第26 卷增刊
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CH EM ICA L IN DU STRY AN D EN G I EER 1 G P ROG R ES S N N
有机硅单体分离系统工艺流程模拟分析
王 斌‘ 杨 ， 成勇’ 宪 ，曾 友2， 咏军2， 春建2 曹 许
(’ 泰州梅兰集团硅材料有限公司， 江苏 泰州 22530 : 2天津大学化工学院， 0 天津3 0072 0 )
摘 要: 介绍了 有机硅单体分离系 统的3 种工艺流程，即顺式切割的 1 塔流程、 0 反式切割的 1 塔流程和7 塔流 0
程. 并 用化工 程模拟软件As e P u: 进行了 采 过 Pn l 模拟计算， 种工艺流 能 对3 程的 耗做了 对比， 表明: 1 详细 结果 0 塔流 程在能 耗和主产品二甲 基二氛硅烷的收率方面均优于7 塔流程. 两 1 塔流程各有优劣， 种0 顺式切割的1 塔 0
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3 工艺模拟结果与讨论
. 31 三 种工艺流程分 离结果比 较
为了对有机硅单体的精馏分离过程进行研究和
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对 ， 用A e P u 化L流 模 软 对 过 比 采 sp l s n 程拟件该程
进行了模拟计算，模拟计算结果表明: ( 1 两个 1 塔流程中有机氯硅烷中关键组分 ) 0 二甲 基二氛硅烷的收率较高，能达到9 . 4%左右， 99 而7 塔流程中二甲基二氯硅烷的收率只有 9 . 8%。 5 (2) 两个 1 塔流程能够适应进料条件的较 0 大波动。 两个 1 塔流程中，各塔均只保证塔顶或 0
加工顺序可将有机氯硅烷粗单体精馏分离工艺流程 分为 3 种: 顺式切割的 1 塔流程、反式切割的 1 0 0 塔流程和 7 塔流程。 2.1 顺式切割的 1 塔分离工艺流程 0 顺式切割的 1 塔分离工艺流程如图 1 所示。 0 原料粗单体进入脱高塔，塔顶物料进入脱低塔， 塔釜物料进入高沸物塔; 带有少量一甲基三氯硅 烷的脱低塔塔顶物料进入轻分塔，主要为一甲基 三氯硅烷和二甲基二氯硅烷的脱低塔塔釜物料进 入一甲塔; 一甲塔塔顶出合格的一甲基三氯硅烷 产品，一甲塔塔釜物料进入二甲 塔; 二甲塔塔顶 物料返回一甲塔，主要为二甲基二氯硅烷的二甲 塔塔釜物料进入优二甲塔; 优二甲塔塔顶出合格 的二甲基二氯硅烷产品，优二甲 塔塔釜物料返回 脱高塔; 轻分塔塔顶物料排出系统，其主要为比 一甲基二氯硅烷沸点低的物质，轻分塔塔釜物料 进入含氢塔; 含氢塔塔顶出合格的一甲基二氯硅 烷产品，含氢塔塔釜物料进入共沸塔; 共沸塔塔 顶物料排出系统，共沸塔塔釜物料进入三甲 塔; 三甲 塔塔顶出合格的三甲基一氯硅烷产品，三甲 塔塔釜物料返同脱低塔; 高沸物塔塔顶物料返回 脱高塔，高沸物塔釜物料排出系统。