草甘膦是一种灭生性有机膦除草剂,市场需求增长迅速,已连续多年占据世界农药销售额的首位。现阶段主要合成路线是以亚氨基二乙酸(IDA)为原料的合成路线,其关键步骤是双甘膦催化氧化合成草甘膦反应。该反应是串联反应,草甘膦还可能进一步氧化生成副产物氨基甲磷酸,因而反应器的形式和操作工艺对中间目的产物草甘膦的收率有决定性的影响。而现有较低活性的活性炭催化剂迫使反应工艺只能采用粉末催化剂的间歇反应过程,通过液固分离回用催化剂,同时由于产物草甘膦的溶解度很小,分离过程中需要去除大量的水,导致水的蒸发以及草甘膦结晶工艺的能耗特别大,阻碍了该工艺的工业化应用前景。本研究试图采用改性的高活性颗粒状活性炭催化剂,通过其动力学的研究,分析探讨反应过程的优化工艺,采用新型的产生二次清洁蒸汽的蒸发沉降专利技术来降低过程的能耗,并用Aspen Plus过程模拟软件模拟优化了新的工艺流程,以期开发设计出优化的连续化催化氧化双甘膦的生产工艺。具体的研究工作如下：1.反应动力学研究：在自制的无梯度循环式微分反应器中,以颗粒状活性炭作为催化剂,氧气作为氧化剂,考察了不同温度下(40-C-70℃)双甘膦和草甘膦浓度随时间的变化规律,并根据不同温度下的氧气溶解度,拟合得到该反应为1-1级串联反应,常压下第一步双甘膦氧化反应的表观活化能为29.64 kJ/mol,第二步草甘膦进一步氧化反应的表观活化能为20.97 kJ/mol,从而建立了颗粒活性炭催化氧化双甘膦生成草甘膦反应过程的宏观动力学方程。通过校验,双甘膦浓度预测结果的平均相对误差为5.55%,草甘膦浓度预测结果的平均相对误差为8.43%,动力学模型的计算结果与实验测得结果符合较好。2.反应过程工艺的模拟研究：双甘膦的催化氧化是一个典型的气液固三相反应,为了减少反应过程中的返混,本研究拟采用填充床反应器以实现中间产物的最大产率。根据上述得到的宏观动力学方程,用Aspen Plus软件模拟研究了不同反应条件下双甘膦氧化反应过程中目的产物草甘膦的收率,考察分析了反应器尺寸、氧气压力和流率、反应温度以及流体停留时间等参数对双甘膦转化率和草甘膦收率的影响,通过所有参数的整体优化,得到优化后反应条件为反应器的长度为6.11 m,反应压力为0.30 MPa,氧气质量流率为2kg/h，在此条件下双甘膦转化率为97.87%,草甘膦的最大收率为89.75%。由于反应过程的氧气是过量的,为回收利用氧气,进行了氧气循环回收利用系统的模拟设计,使得多余的氧气尽可能多的回用于反应器进口,循环回收率为96.30%。3.产物分离系统的模拟优化设计：由于产物草甘膦在水中的溶解度很小,从反应单元初步分离得到的草甘膦母液大约为含有90%以上水的稀溶液,为了尽可能降低水的蒸发以及草甘膦结晶过程中的能耗,采用了新型的产生二次清洁蒸汽的蒸发沉降设备,利用水蒸发过程产生清洁蒸汽来提供系统所需的热量,仅需要外加首次水蒸发所需的热量,随后可由系统自行提供所需的热量,大大降低了分离过程的能耗。用Aspen Plus化工模拟软件对该新型分离工艺进行了模拟优化设计,优化了加热器的压力以及蒸发沉降室的操作温度,草甘膦固体的收率达到92.45%。再次利用蒸汽水蒸汽所释放的热能为66.46 kw,能为加热器提供热量。其它模拟单元能耗总和为87.75 kw,蒸汽水蒸汽释放热量为其能耗的75.74%。该工艺大大降低了能耗,节约能源,提高经济效益,为实际生产提供一定的参考价值。