隔壁式反应精馏塔合成乙酸甲酯的模拟与优化

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乙酸甲酯是一种重要的溶剂和有机化工原料,广泛应用于纺织、医药、香料及食品等行业。在工业上常用作硝酸纤维素和醋酸纤维素的快干溶剂,作为有机原料的中间体可以用于合成醋酸、醋酐、醋酸乙烯、丙烯酸甲酯等。乙酸甲酯的生产主要采用传统酯化法,由于乙酸与甲醇合成乙酸甲酯是典型的可逆反应,且乙酸甲酯、甲醇和水形成二元或三元共沸物,所以获得高纯度的乙酸甲酯比较困难。本文在对该反应物系的热力学分析的基础上,对常规反应精馏塔和隔壁式反应精馏塔内的乙酸甲酯两种合成过程进行了模拟研究,辨析出影响产品收率和能耗的重要因素并得到最佳操作条件。最后,对两种合成塔模式的操作费用、投资费用及控制进行了比较分析。  论文首先针对合成乙酸甲酯工艺的四组分形成的高度非理想性物系,选择考虑乙酸分子的气相缔合作用的NRTL-HOC热力学方法,对该物系中的二元汽液相平衡、共沸物的形成、三元汽-液-液相平衡(剩余曲线)进行了分析,所获数据与文献一致,可以保证模拟过程的精度。  常规反应精馏工艺过程由反应精馏塔和甲醇回收塔组成,两塔均选用平衡级模型的严格蒸馏模块对初始工况进行了模拟计算,然后通过乙酸甲酯产品纯度对塔板数、回流比、醇酸进料位置、反应区位置、醇酸进料比的灵敏度分析,确定了最佳操作参数:反应精馏塔理论板为46块,乙酸与甲醇分别由第6块和第40块进料,最佳回流比1.8,醇酸摩尔比为1.2。结果表明:优化工况取得了较高节能效果。但通过塔板液相组成分布的分析表明甲醇在靠近塔釜处存在返混现象,从而增加了甲醇回收的能耗。  采用相同的工艺条件,对隔壁式反应精馏塔内的乙酸甲酯合成工艺进行了模拟计算,然后通过乙酸甲酯产品纯度及再沸器热负荷对气相分配比、隔板底部位置的灵敏度分析,确定了最佳操作参数:气相分配比为1,隔板底部位置在第46块塔板。结果表明:与常规反应精馏相比,隔壁式反应精馏塔工艺过程显著避免了其返混现象。  最后对两种工艺流程模拟结果进行比较,隔壁式反应精馏塔在相同条件,乙酸甲酯纯度基本相同的情况下,其在能耗上节省15.4%,投资费用上有较高的节省。
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