吴鹏飞[1]2004年在《催化蒸馏生产醋酸丁酯新工艺模拟优化》文中指出醋酸丁酯是一种性能优良的有机溶剂，广泛用于制药，涂料等行业。醋酸酯化传统上一般使用浓硫酸作催化剂，虽然转化率高，但存在着副反应多，腐蚀严重，后处理复杂和污染等问题。研究采用以固体酸为催化剂的连续反应精馏技术生产醋酸丁酯新工艺，该工艺通过反应精馏塔将化学反应过程与精馏分离过程耦合为一体，具有转化率高、选择性好、能耗低、操作容易、投资省、生产效率高、设备腐蚀轻及副反应少等一系列优点，并应用于企业的生产中，取得了一定的经济效益。 但是实践发现反应精馏工艺仍有需要改进之处，如从反应精馏塔出来的粗酯酸值高需要中和，精馏塔顶的返回料较多降低了生产效率。因此本文结合前人的研究工作在模拟优化的基础上，对该工艺流程做出了两处改进。一是反应精馏塔以前全是装填催化反应填料，一边反应一边分离，现在的反应精馏塔该由叁部分组成，上部为具有部分冷凝作用的精馏段，装填普通填料；中部为反应精馏段，如同以前装有催化反应填料；下部为提馏段，装填普通的精馏。其中塔上部的精馏 广西大学硕士学位论文催化蒸馏生产醋酸丁醋新工艺模拟优化段，具有回流量内部自动调节、控制响应速度快、操作能耗低等优点，在间歇精馏、共沸精馏中有着良好的应用前景。二是在反应塔和精馏塔间省去了中和工序，采用直接精馏粗醋以除去其中的少量醋酸。 本文用VisualC++编程，在分别对精馏塔和改进后反应精馏塔进行模拟计算后，进一步对改进后的整个工艺流程进行了模拟和优化，得到了该流程的操作规律和最佳工作状况，模拟结果表明采用改进后的流程后，不仅得到质量更优的醋酸丁醋，而且简化了原工艺流程，提高了生产效益，从理论上证明了本工艺流程的可行性和优越性，为下一步的实验研究提供了方向和指导。
娄孟坛[2]2007年在《固体酸催化精馏合成醋酸丁酯工艺研究》文中指出醋酸丁酯是一种性能优良的有机溶剂,广泛应用于制药、涂料等行业。醋酸丁酯合成一般使用浓硫酸作催化剂,但存在着副反应多、腐蚀严重、后处理复杂和污染等问题。本研究提出了一种以固体酸为催化剂的连续反应精馏生产醋酸丁酯新工艺,采用平衡级模型进行了模拟计算和过程优化,并以阳离子交换树脂为催化剂,进行了醋酸丁酯合成的小试实验研究。以阳离子交换树脂为催化剂,进行了醋酸和丁醇酯化反应的宏观动力学研究。实验测定了该过程的动力学参数及反应温度对反应速率的影响,得出了实验条件下醋酸丁酯合成的反应动力学方程。采用平衡级数学模型进行了醋酸丁酯合成工艺的模拟工作。通过模拟计算得出:反应精馏塔理论板数为23块板,其中塔上部11块板为精馏段,下部为反应精馏段;醋酸和丁醇的最佳进料位置分别为反应精馏段顶部和底部,水回流最佳位置为反应精馏段下部第20块板左右,可以将反应生成的酯及时移出反应区。在水回流比为5.7,酯回流比为0.25时塔顶粗酯中丁酯含量可达到97%左右,丁醇含量仅为0.84%,并且酸含量仅为0.003%左右。可以省去中和工序,经精制很容易得到纯度为99.9%以上的丁酯产品。在直径为40mm的玻璃塔中进行了实验研究,进一步考察了工艺参数对反应精馏合成醋酸丁酯工艺的影响。实验结果与模拟结果吻合较好。
段贵贤[3]2009年在《醋酸丁酯合成催化反应精馏工艺的研究》文中指出本文建立了一套以强酸型离子交换树脂为催化剂,用醋酸和丁醇催化反应精馏合成5kt/a醋酸丁酯的工业实验装置,在泰森化工集团醋酸丁酯车间进行了较系统的实验研究。通过该工业实验得到了适宜的操作条件,有机相回流比为1.7～2,水回流比为3.3～4.3,釜液中酸含量为30%～50%时,酯化塔顶的丁酯含量为84%～90%,醋酸含量低于0.003%,与硫酸做催化剂的工艺相比,酯化塔顶的丁酯含量提高了3个百分点,酯化塔蒸汽消耗量降低了约15%。实验研究还表明,该催化精馏工艺可长期连续稳定操作。应用Aspen plus模拟软件,采用动力学模型,加入催化反应精馏的反应动力学平衡常数及反应活化能,以及塔板持液量,对醋酸丁酯催化反应精馏工艺进行了模拟计算,模拟计算的结果与工业实验结果吻合较好,酯化塔顶丁酯含量、塔内浓度分布和温度分布的相对误差均小于16%。应用该算法对醋酸丁酯催化反应精馏塔和操作条件进行模拟优化,优化的催化反应精馏塔精馏段级数为19,反应段级数为15,适宜的有机相回流比和水回流比分别为1.5和3,釜液中酸含量为27.91%,酯化塔顶的丁酯含量可达90%,醋酸含量为0.003%,酯化塔与后续的精馏塔加热蒸汽的消耗量比工业实验的催化精馏酯化塔节约了10%。
田君[4]2014年在《流化催化反应精馏技术合成乙酸乙酯的工艺模拟与优化》文中提出乙酸乙酯是一种优良的食用香料和有机溶剂,已被应用于多种生产当中。目前我国乙酸乙酯生产厂家大多数仍是用乙酸和乙醇经浓硫酸催化的传统工艺,尽管该工艺是比较成熟的,然而也有副反应多,设备腐蚀严重等问题。相比传统工艺,催化精馏工艺不但简化了流程,降低了设备投资和操作费用,同时也提高了产品收率和选择性。但是催化精馏过程的催化剂装填方式要求催化剂兼具催化作用和分离作用,这样对催化剂的物理性质要求非常苛刻,严重阻碍了高效催化剂在催化精馏中的应用。流化催化反应精馏是将催化剂磨成细粉,随着物料在催化精馏塔中一同流动,避免了催化剂加工的种种问题,但是目前流化催化反应精馏的数学模拟方面仍是空白,建立能够准确描述该过程的数学模型,对于流化催化反应精馏技术的工艺开发和应用推广是很有必要的。本文利用Matlab建立流化催化反应精馏的数学模型,其中气相采用Tamir模型进行修正,液相以NRTL方程进行修正,采用新松弛法求解反应精馏基本方程组,得到了能准确描述流化催化反应精馏过程的程序。利用该程序对流化催化反应精馏合成乙酸乙酯过程的精馏段塔板数、进料位置、提馏段塔板数、酸醇比、回流液量、回流液组成、回流液位置进行了分析,得到最佳的工艺参数：总理论塔板数22块,填料有效高度为2.31m,其中精馏段4块,反应段18块,乙醇进料位置为第19块塔板,乙酸的流量2.1768mol/h,乙醇流量0.8232mol/h(即酸醇比为3：1),催化剂用量为0.05002g催化剂/g乙酸,回流液流量为2.5mol/h,其中分相器回流量为0.9mol/h,脱水乙酸乙酯回流量为1.6mol/h,脱水乙酸乙酯回流位置为塔顶,塔顶分相器分离出的乙酸乙酯含量为94.45%(质量分数),经过脱水过程,可得到浓度大于99%的乙酸乙酯产品,乙酸乙酯产品流量为0.6162mol/h。
周娇[5]2006年在《“背包式”反应精馏的模拟与优化》文中研究说明传统反应精馏是将化学反应与精馏分离结合在同一设备中进行的一种耦合过程,它具有简化流程、降低操作费用、增大可逆反应的转化率、增加主反应的选择性等优点,该技术已广泛应用于醚化、酯化、水解、缩合等反应体系中,但其局限性是要求体系的反应条件和分离条件一致。为了扩大反应精馏技术的应用范围,提出了在精馏塔外配置反应器的背包式反应精馏概念,外置反应器的形式、体积、操作条件等可以根据要求调节使其在最佳条件下操作,既保留了传统反应精馏耦合技术的优势又克服了其缺点。但是有关背包式反应精馏装置的反应能力和分离能力匹配问题研究较少,本文通过建立“背包式”反应精馏的模拟模型和优化模型探讨反应能力和分离能力的匹配问题。针对背包式反应器与精馏塔耦合过程中循环流股多,模拟计算收敛难度大的缺点,本文将背包反应器看作一块没有分离能力的塔板插入到精馏塔中,引入Murphree板效率,对普通分离板和背包反应器进行区分,采用ASPEN PLUS的RadFrac模型描述这个复杂耦合过程的模拟模型。在固定精馏塔塔板数的情况下,讨论了背包反应器个数和间隔位置、进料位置、回流比和催化剂量等因素对醋酸甲酯合成的影响,初步探索了反应能力和分离能力的匹配问题。模拟结果表明在采用五个背包反应器,反应器之间间隔四块分离塔板的配置下,在适宜条件下可以使醋酸总转化率达到96.3%。因为背包式反应精馏装置的反应能力和分离能力是相互影响的,本文在固定分离能力的前提下,对反应能力进行优化,研究反应能力和分离能力的匹配问题。具体的对于醋酸甲酯合成过程,固定精馏塔的分离能力(塔板数45块,塔底再沸器负荷6590kJ/s),对给定催化剂量进行优化分配,使反应能力最大。优化计算采用ASPEN PLUS中的SQP算法。优化结果为:进出料的流率为280kmol/h,催化剂总量为6000kg时,催化剂优化分配比平均分配时反应能力增加了560mol/h;在催化剂总量为6000kg时通过对反应能力的分配,限制产品含量不低于95%时,处理量由原来的280kmol/h增加到309kmol/h。将上述“背包式”反应精馏的模拟模型和优化算法应用于醋酸丁酯的合成过程研究,固定精馏塔的分离能力(45块分离塔板,塔底再沸器负荷1808kJ/s),醋
伯文[6]2008年在《石化工业反应和分离节能技术进展》文中研究表明一、化学反应节能技术1.反应蒸馏技术反应(催化)蒸馏用于MTBE生产已有十年之久,应用领域正在进一步扩大。反应和蒸馏同时在一座塔器中进行,可大大节减设备费用和能耗。
周翠芳[7]2008年在《酯交换法制备醋酸正丁酯的催化精馏实验研究及过程模拟》文中指出醋酸甲酯(MeOAc)作为一种化工原料,其主要用途是作为硝基纤维素和醋酸纤维素的快干性溶剂;还可以作为油漆涂料、人造革和香料制造的原料以及用作油脂的萃取剂等,但与同族其它酯类相比,其需求量不是很大。它在工业生产中,往往作为副产品大量出现,如聚乙烯醇(PVA)生产过程中有大量的副产物醋酸甲酯,据估计,每生产一吨PVA将副产1.5～1.7吨的醋酸甲酯。目前,PVA生产厂家均采用将其水解生成醋酸和甲醇的方法加以利用,因醋酸和甲醇可用作生产PVA的原料。醋酸正丁酯为无色透明液体,是重要的有机溶剂、萃取剂和脱水剂,在工业上用途广泛。本文采用酯交换法将醋酸甲酯转化为醋酸丁酯,可以为醋酸甲酯提供一种效益更高的利用方法。本论文对反应动力学进行实验研究,计算出活化能及指前因子,为后续的精馏实验及模拟提供依据。通过催化精馏实验,改变操作条件,考察进料方式、进料组成、回流比及进料总量等操作条件的变化对醋酸甲酯转化率的影响,并根据结果选择最优的操作条件。在实验范围内,催化精馏过程适宜的操作条件为:回流比10;进料醇酯摩尔比3:1;进料总量22mol/h;进料采用重组分正丁醇在反应段上部进料,轻组分醋酸甲酯在反应段下部进料。借助ASPEN PLUS软件对反应精馏制醋酸正丁酯的过程进行模拟计算,将模拟值与实验值进行对比,从而验证计算的可靠性。进一步模拟优化,以模拟计算结果为依据,为后续的实验研究提供指导依据。结果显示,该模拟结果与实验值的相对误差最大不超过8%,在可接受范围内,故认为模拟值是可靠的。分别改变正丁醇和醋酸甲酯的进料位置,结果表明,反应段的长度越大转化率越高。增加反应段的理论塔板数,在实际实验中则表现为反应段与填料段交叉排列,能提高醋酸甲酯的转化率。
许保云[8]2009年在《酯交换法合成醋酸正丁酯的催化精馏过程研究》文中进行了进一步梳理在塔内装有固体催化剂的反应精馏形式称为催化精馏,是近几十年发展起来的一种新的化工技术,具有能耗低、操作简单、投资少等优点。本文对酯交换法制备醋酸正丁酯的催化精馏过程进行了实验和模拟研究,主要研究内容如下:在间歇搅拌釜式反应器中测定了NKC-9型强酸性阳离子交换树脂催化的醋酸甲酯与正丁醇的酯交换反应动力学,考察影响反应速率的各种因素的影响,得出了该反应的拟均相动力学模型。自行设计制作了催化反应段并建立了催化精馏实验装置,进行了该酯交换反应的催化精馏实验研究,并考察了操作条件对醋酸甲酯转化率的影响。建立了催化精馏过程的非平衡级稳态模型,采用Newton同伦连续法进行模型的求解。并通过模拟结果与实验结果的对比验证了模型的准确性,应用模型系统分析催化精馏过程的稳态特性,考察了回流比、原料摩尔比、进料量、反应段内催化剂的用量和反应段级数对醋酸甲酯转化率影响。本文还将模拟结果与Katpak-s和Katapak-sp型催化剂装填方式进行比较,结果表明本文开发的催化反应段更有利于化学反应的进行,因此醋酸甲酯转化率显着高于文献值;文中还将模拟结果与着名的过程模拟软件ASPEN Plus和PROⅡ的模拟结果进行对比,结果表明本文建立的非平衡级模型由于避开了填料等板高度的计算,因而比软件模型中使用的平衡级模型更为合理,其计算结果也与实验值更为接近。采用VOF法,建立了催化反应段的二维CFD模型,对装填催化剂的部分使用多孔介质模型,考察了不同液体入口流速和气体入口流速下反应段内的相分布,计算结果显示液体入口速度为0.06m/s时,反应段内的催化剂完全浸泡在液体中,有利于化学反应的进行。通过对反应段的叁维CFD模型的研究得出了反应段内的速度分布和压强分布,模拟结果显示液体在多孔介质区域流速很低,从而为反应段内的液体提供了与催化剂足够长的接触时间。
哈莹[9]2015年在《催化裂化汽油烷基化脱硫催化精馏过程的模拟分析与优化》文中研究说明为了满足日益严格的环保要求,世界各国已开发出了多种应用于降低催化裂化(FCC)汽油硫含量的技术。其中,烷基化脱硫作为一种新型的脱硫方法,吸引了越来越多的注意力。该技术基于汽油中噻吩类硫化物与烯烃所发生的烷基化反应,与传统的加氢脱硫相比,其具有操作条件温和,无需从外界添加反应物以及辛烷值损失小等优点。将其与在化工中应用比较广泛的催化精馏技术结合到一起,不仅可以强化脱硫效果,还可以达到经济节能的目的。本文围绕着FCC汽油烷基化脱硫的催化精馏过程,系统地开展了稳态模拟,过程分析,优化设计等工作,具体研究内容如下:首先,在概念设计的基础上,利用ASPEN-PLUS软件针对FCC汽油烷基化脱硫催化精馏过程进行稳态模拟。结果表明,对该过程催化精馏塔所进行的初步设计合理,各项设计以及操作参数的设置可以应用于后续对汽油烷基化脱硫催化精馏过程的分析与优化中。基于初始设计模型,运用ASPEN-PLUS软件对FCC汽油烷基化脱硫催化精馏过程参数进行了灵敏性分析。并且,分析了各个设计变量及操作参数对该过程经济性的影响。通过这两项分析,确定了各个过程的设计变量的数值,为进一步的优化设计操作条件奠定了基础。最后,采用人工神经网络(ANN)与遗传算法(GA)相结合的方法对FCC汽油烷基化脱硫催化精馏过程进行单目标以及多目标优化,最终得到一组以塔顶馏分中的硫含量不大于1μg/g(1ppmw)以及年总成本最低为目标的最优操作参数,说明ANN-GA混合算法可以对汽油烷基化脱硫的催化精馏过程进行有效的优化。
李岭[10]2017年在《催化精馏催化填料反应及传质特性实验研究》文中研究指明催化精馏技术耦合了催化反应与精馏过程,具有选择性高、收率高、能耗低和设备投资省等优点,因而具有广泛的应用前景。由于催化精馏过程的复杂性及放大效应,从实验开发到实现工业化应用所需的周期较长,因而需要研究解决推进工业化过程中的各种问题。在催化精馏塔内,催化剂的装填方式决定了反应及分离的效率,是实现工业化的核心技术,因此催化填料的结构优化及设计是促进催化填料更好的应用于工业过程的重要内容。本课题以催化填料为研究对象,在自主制作的宏观动力学测定实验装置内,针对不同的催化填料的反应及传质性能,研究了适用于催化精馏过程模拟与工业应用的宏观动力学数据;对不同催化剂包结构尺寸及不同操作条件下的效率因子进行了研究与关联,优化出最佳尺寸的催化剂包结构,并提出一种新型结构的催化填料型式。因此,本文的研究内容包括:(1)以工业化离子交换树脂C100E为催化剂,研究乙酸甲酯水解反应的本征反应动力学,考察各因素对其反应速率的影响;(2)建立催化精馏宏观反应动力学实验测定装置(催化精馏塔塔径为0.1m的循环式间歇恒温反应器),针对叁种不同的催化填料,以乙酸甲酯水解体系为测试对象,在温度为313.15～328.15K,水酯比为1～6,喷淋密度为6.4～28.8m3/(m2 · h)的条件范围内,测定了乙酸甲酯水解反应的宏观动力学数据,并回归出相应的宏观动力学方程;(3)研究了五种不同当量结构尺寸下的催化剂包,测定了不同结构尺寸的催化剂包在宏观动力学测定装置内不同操作条件下的效率因子,结果表明催化剂包当量直径8 mm时的效率因子为最高,并推导出该填料结构下的效率因子表达式;(4)通过优化催化填料的装填结构,设计出一种催化填料的新结构,并测定了该填料型式下乙酸甲酯水解的宏观反应动力学,回归出相应的宏观动力学方程,得到新型催化填料的效率因子。研究结果表明,新型催化填料的反应与传质性能良好,可以避免催化剂溶胀对装填的影响,其催化剂利用率高达90%,具有很好的工业应用前景。
参考文献：
[1]. 催化蒸馏生产醋酸丁酯新工艺模拟优化[D]. 吴鹏飞. 广西大学. 2004
[2]. 固体酸催化精馏合成醋酸丁酯工艺研究[D]. 娄孟坛. 河北工业大学. 2007
[3]. 醋酸丁酯合成催化反应精馏工艺的研究[D]. 段贵贤. 河北工业大学. 2009
[4]. 流化催化反应精馏技术合成乙酸乙酯的工艺模拟与优化[D]. 田君. 广西大学. 2014
[5]. “背包式”反应精馏的模拟与优化[D]. 周娇. 南京工业大学. 2006
[6]. 石化工业反应和分离节能技术进展[J]. 伯文. 精细化工原料及中间体. 2008
[7]. 酯交换法制备醋酸正丁酯的催化精馏实验研究及过程模拟[D]. 周翠芳. 天津大学. 2008
[8]. 酯交换法合成醋酸正丁酯的催化精馏过程研究[D]. 许保云. 天津大学. 2009
[9]. 催化裂化汽油烷基化脱硫催化精馏过程的模拟分析与优化[D]. 哈莹. 天津大学. 2015
[10]. 催化精馏催化填料反应及传质特性实验研究[D]. 李岭. 福州大学. 2017
标签：有机化工论文; 醋酸论文; 精馏塔论文; 动力学论文; 反应动力学论文; 乙酸丁酯论文; 背包问题论文; 回流比论文; 脱硫论文;