發(fā)布時(shí)間：2020-05-12 19:28

【摘要】：在酯化反應(yīng)中產(chǎn)物水和酯存在共沸且難以分離的物系稱為“Ⅱ類物系”,典型的Ⅱ類物系主要包括乙酸乙酯,乙酸異丙酯等。此類物系因復(fù)雜的共沸組成導(dǎo)致傳統(tǒng)的反應(yīng)精餾不能得到高純度的水和酯。本文通過分析“Ⅱ類物系”的特點(diǎn),以乙酸異丙酯體系為例,提出了反應(yīng)萃取精餾(RED)合成乙酸異丙酯的工藝。通過均相分離工藝與反應(yīng)有機(jī)結(jié)合,將反應(yīng)、萃取、精餾耦合到一個(gè)塔中,實(shí)現(xiàn)以萃取促分離,以分離促反應(yīng)的目的。由于反應(yīng)萃取精餾耦合過程具有高度復(fù)雜性和非線性且多個(gè)過程相互影響,本研究以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的參數(shù)為基礎(chǔ),針對不同流程構(gòu)建了不同的動(dòng)態(tài)控制結(jié)構(gòu),以保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行。本文首先從乙酸異丙酯體系的熱力學(xué)角度分析了反應(yīng)萃取精餾的可行性,并驗(yàn)證了NRTL-HOC可以準(zhǔn)確地預(yù)測該體系的熱力學(xué)性質(zhì)。利用Aspen plus流程模擬軟件對反應(yīng)萃取精餾流程進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化,確定了最優(yōu)條件下的年度總費(fèi)用(TAC)為256(1000$/year)。針對該流程設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)控制結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的控制結(jié)構(gòu),并分別考察了±20%的乙酸流量擾動(dòng)和5%的進(jìn)料組成擾動(dòng)下的控制效果。通過比較平方誤差積分(ISE)發(fā)現(xiàn),改進(jìn)后的控制結(jié)構(gòu)的控制性能明顯優(yōu)于基礎(chǔ)控制結(jié)構(gòu)。為了提高能量利用率,最大程度降低反應(yīng)萃取精餾過程的能耗和TAC,通過對換熱物流的調(diào)整和搭配,本文提出了兩種熱量集成措施,即中間再沸式流程(IR-RED)和進(jìn)料預(yù)熱式(PF-RED)流程。經(jīng)濟(jì)優(yōu)化結(jié)果顯示相比無熱集成的反應(yīng)萃取精餾流程,中間再沸式流程的總能耗降低24.8%,TAC降低12.5%,而進(jìn)料預(yù)熱式流程的總能耗降低35.7%,TAC降低16.4%。針對進(jìn)料預(yù)熱式反應(yīng)萃取精餾的流程特點(diǎn),提出了溫差控制結(jié)構(gòu)和Q/F-溫度串級(jí)控制兩種控制方案,通過動(dòng)態(tài)模擬得出無論是在進(jìn)料流量擾動(dòng)還是進(jìn)料組成擾動(dòng)下,兩種控制方案表現(xiàn)出較好的控制效果。最后提出了隔壁塔反應(yīng)萃取精餾工藝,將反應(yīng)萃取精餾和萃取劑回收耦合在一個(gè)塔中,簡化了生產(chǎn)流程。此外,對隔壁塔反應(yīng)萃取精餾合成乙酸異丙酯的工藝參數(shù)進(jìn)行模擬優(yōu)化,得到了最優(yōu)的工藝參數(shù)。針對隔壁塔反應(yīng)萃取精餾工藝提出了帶有溫度調(diào)節(jié)氣相分配比的控制結(jié)構(gòu),結(jié)果表明對于引入±20%的流量擾動(dòng)和5%的異丙醇組成擾動(dòng),該控制結(jié)構(gòu)具有良好的魯棒性,而對于5%的乙酸組成擾動(dòng)對生產(chǎn)會(huì)造成較大擾動(dòng),控制效果略差。
【圖文】：

表 1-1 不同類型的反應(yīng)精餾流程Table1-1 Different types of reactive distillation processesTypeⅠ TypeⅡ Ty+MeOH MeAc+WaterHAc+IPOH IPAc+WaterHAc+EtOH EtAc+WaterHAc+BuOHHAc+AmOH

圖 1-2 帶有側(cè)線采出的反應(yīng)精餾合成乙酸異丙酯流程 The flowsheet of a reactive distillation with a sidedraw stream for theisopropyl acetate圖 1-3 熱集成反應(yīng)精餾合成乙酸異丙酯三塔流程
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ225.24

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本文編號(hào)：2660725