高鑫[1]2008年在《醋酸甲酯催化精馏水解耦合过程研究》文中指出在传统的聚乙烯醇工业和精对苯二甲酸工业生产过程中,醋酸甲酯回收工艺是采用固定床反应器将醋酸甲酯水解为甲醇和醋酸,使其循环利用。该工艺过程不仅消耗大量的能量,而且去离子水的用量也较大,废水较多。本论文的目的是得出醋酸甲酯催化精馏水解过程的数学模型,提出醋酸甲酯水解工艺的改进方案,开发新型催化填料。本文利用已有的热力学、水解反应动力学模型以及现有催化填料的基础数据,采用化工流程模拟与分析的方法,对醋酸甲酯催化精馏水解过程进行了模拟与分析。通过对催化精馏塔的灵敏度分析,获得该过程较优的工艺参数为:醋酸甲酯与水共同从催化精馏塔顶部进料、进料水酯比为0.8、回流进料比为2.5~3.0。并通过与文献数据进行对比,验证了该模拟方法的可行性和正确性。在对现有工艺流程模拟的基础上,结合工业操作实际,提出两种工艺改进方案:(1)提高塔内压力;(2)在催化精馏塔上采用侧线采出的方式采出水解产物。运用本文提出的模拟方法对改进与原工艺的能耗情况进行了考察,结果表明这两种改进方案都是对醋酸甲酯水解过程有利的。在对现有催化填料的研究分析基础上,研制开发了一种新型高效网盒式催化剂的填装方式,亦称网盒式结构催化填料。以空气和水为介质,在冷模实验装置上,对该网盒式结构催化填料的流体力学性能的实验研究,发现与传统的捆扎包形式的催化填料相比,该新型催化填料具有压降低、液泛气速高等优点。
王成习[2]1997年在《催化精馏技术在醋酸甲酯水解过程中的应用研究》文中提出本论文的目的是将催化精馏技术应用于醋酸甲酯水解反应过程，以期突破化学平衡的限制而获得较高的水解转化率。主要研究内容如下： 1、通过对当前用于水解反应的固体酸催化剂的比较分析，结合催化反应精馏塔装填的需要，选择了强酸性阳离子交换树脂和阳离子交换膜两种类型的催化剂用间歇搅拌釜式反应器对醋酸甲酯水解动力学的规律进行了实验测定。在对内、外扩散效应测定及分析的基础上，获得了在较大的温度、反应物摩尔比及催化剂浓度范围内消除了内、外扩散影响的水解转化率随时间的变化数据。并采用了较适宜的处理方法对反应速率进行了计算。 综合初始反应速率的实测结果及Langmuir-Hinshelwood模型方程的拟合情况，选择了最适宜的双曲线型方程的形式并得到了相应的模型参数数据，还同时得到了拟合的均相动力学方程。对实验结果的反算表明双曲线型动力学方程大大优于均相动力学方程。 选择同一计算基准，用双曲线型动力学方程分别对两类催化剂的反应速率进行了计算，得到了在相同催化剂浓度和相同酸度下离子交换树脂均优于离子交换膜的结论。 2、采用自建的催化精馏装置及自制的催化剂填料，分别对不同的进料方式、进料量、进料摩尔比、回流量及回流位置进行了醋酸甲酯水解的实验测定，得到了各组实验的液相浓度沿塔高度的分布结果及水解转化率数据。 以双膜理论为基础，以有效传质理论为依据，分析了汽相、液相、固相侧的热质同时传递过程，并用考虑了醋酸发生汽相缔合的Wilson方程计算汽液相平衡，用本文得到的双曲线型动力学方程计算催化剂表面的反应量，得到了通用的非平衡级模型方程。并结合本文研究体系的特殊性，对非平衡级模型进行了合理的简化。 用本文给出的有效催化剂表面关系式、用三层迭代松弛方法求解非平衡级模型。对各组实验的模拟计算发现，新得的水解转化率及液相浓度分布结果均与实验结果吻合良好。此外，本文还对进料方式、进料摩尔比、进料量和回流量的大小以及反应段和分离段的高度等因素分别进行了系统计算，初步掌握了醋酸甲酯催化精馏水解过程的内在规律。 3、考虑到过程设计和放大的需要，为了简化计算的工作量，本文还对非平衡级模型做了大幅度简化工作的尝试，得到了仅有一个参数的级效率模型关系式。采用该级效率关系式也能得到可靠的模拟计算结果。
曾宏[3]2003年在《乙酸甲酯水解萃取精馏与催化精馏耦合工艺研究》文中研究说明本文在乙酸甲酯水解催化精馏工艺成功工业应用的基础上提出新的水解工艺，将原工艺流程的萃取精馏塔与催化精馏塔结合起来，实现萃取精馏过程与催化精馏过程的耦合操作，开发了乙酸甲酯水解萃取精馏与催化精馏耦合工艺（简称耦合工艺）。通过耦合技术达到过程强化、流程精简的目的，以期进一步提高乙酸甲酯的水解转化率，降低回收过程能耗和投资。本文结合小试实验和过程模拟系统地考察了耦合工艺水解过程的影响因素和规律，在此基础上完成了工艺全流程的计算机模拟，为中试放大和工业化设计提供依据。研究的主要内容如下：1．考察比较了3种（捆扎包型、催化剂与填料交替混装型和新开发的管型）不同的催化剂装填方式，确定出“管式”装填方式具有装卸方便、效率较高的优点。2．以新开发的“管式”催化剂装填方式为基础，直接以乙酸甲酯和甲醇的恒沸物为原料，在直径为35mm的小试塔上进行实验，结果表明：进料水酯摩尔比是过程影响最显著因素，随着水酯比增加水解转化率明显提高；同时得出水解转化率随空速提高而下降；回流进料比增大能促进水解反应的进行，但增大到一定程度后对水解率的影响趋于平缓，适宜回流进料比一般不高于4。3．考察了进料位置、提馏段高度和反应段高度对水解率的影响，结果表明：耦合塔中部进料对空速较高情况有利；提馏段的增加能有效的提高过程效率；催化剂管径对过程的影响不大，反应段高度的增加对过程有一定的强化作用。4．以大量的实验数据为训练样本，应用改进BP算法的人工神经网络模型对耦合水解塔进行过程模拟，可获得满意的模拟结果。5．建立了偶合塔的数学模型，开发出相应的计算方法。通过模拟计算进一步验证了实验的结论，乙酸甲酯水解转化率和塔釜酸水重量比随各操作条件的模拟变化趋势与实验的结果基本一致，为小试过程提供有效的指导，也为中试放大提供了依据。6．在小试实验和耦合塔过程模拟的基础上，应用HYSYS流程模拟软件进行了乙酸甲酯水解工艺的全流程模拟，分别模拟比较了固定床水解工艺、催化精馏水解工艺<WP=4>和耦合水解工艺，基于能耗最低的原则，通过对流程模拟体系的过程综合，初步提出了耦合水解工艺的中试方案：控制水酯摩尔比在4.5左右，回流进料比约为3，水解转化率大于90%，耦合塔塔釜酸水重量比＞0.7，配合电渗析提浓乙酸，节能可达到原固定床工艺的20.7%。
尚会建[4]2004年在《反应精馏在醋酸甲酯水解工艺中的开发研究与应用》文中研究说明简要介绍了催化精馏技术的发展及几种类型的反应精馏塔，综述了催化精馏水解乙酸甲酯的研究现状及催化剂的种类、装填方式，并阐明了其优缺点。研究了在701型强酸性阳离子交换树脂催化下的乙酸甲酯的水解反应动力学，实验验证了此反应为二级反应，测定了反应温度、催化剂用量、不同进料水酯比对反应速率的影响，并比较了几种不同催化剂的催化活性，获得了乙酸甲酯水解的活化能和反应动力学方程。开发了一种适用于醋酸甲酯水解的催化反应精馏塔，具有催化剂装填量大、不易泄漏、更换方便等优点，通过实验验证，发现其反应过程与分离过程耦合良好，易于调整，开发了醋酸甲酯反应精馏水解新工艺，简化了流程，提高了过程的可操作性。用填料催化反应精馏塔对乙酸甲酯的催化水解过程进行了小试和中间过程试验研究找到了适宜的操作条件，实验证明节能降耗明显(4吨蒸汽／吨PVA)，指出了反应精馏水解醋酸甲酯研究过程数据及工业化应用情况及存在的问题。
邱挺[5]2002年在《醋酸甲酯催化精馏水解新工艺及相关基础研究》文中指出本文在催化精馏水解工艺工业化成功的基础上，进行了醋酸甲酯和甲醇共沸物催化精馏水解新工艺及其相关基础研究，以进一步改进工艺，达到简化流程及节能降耗的目的，同时建立起催化精馏过程模拟和设计的理论体系，为中试及将来的工业化打下了坚实的基础。主要研究内容如下：1．在直径为25mm的小试塔中进行了实验，获得了丰富的实验数据和满意的实验结果。结果表明，最佳工艺条件为：醋酸甲酯和甲醇从塔顶进料，空速为0.356，水酯比为5.0，回流进料比为2.15，此时酯水解率可达80.38%,回收系统的能耗比传统的固定床工艺降低39.99%，比催化精馏工艺降低23.5%，以年产3.3万吨PVA规模计，可获得经济效益达942.5万元/年。因此，该新工艺的工业化将可获得很高的经济效益和社会效益。2．在间歇搅拌釜式反应器中测定了SK-1A型阳离子交换树脂催化的醋酸甲酯水解反应动力学，得到了以单位质量干催化剂为基准的醋酸甲酯催化水解动力学方程为：其中：这为醋酸甲酯催化精馏水解过程的模拟计算提供必要的基础数据。3．利用液液平衡釜测定了常压下醋酸甲酯－水二元系（20.0～50.0℃）的部分互溶度数据、醋酸甲酯－甲醇－水和醋酸甲酯－水－醋酸三元体系（20.0～50.0℃）以及醋酸甲酯－甲醇－水－醋酸四元体系（20.0～50.0℃）的液液平衡数据，为工业生产提供了设计依据，也充实了液液平衡数据库。同时，采用NRTL和UNIQUAC模型，利用单纯形优化方法对上述体系的液液平衡数据进行了关联，得到相应的模型参数。根据回归的模型参数进行了计算,所得计算值与实测值的平均误差较小。另外，采用面向对象的VB6.0开发出液液相平衡关联及预测通用软件，可以方便地运用于液液相平衡计算。4．建立了非平衡级速率模型，采用收敛性能很好的Newton同伦连续算法，在计算中合理地引入阻尼因子，建立了可稳定收敛的计算方法。应用该方法结<WP=4>合实验测定的醋酸甲酯催化水解动力学数据对醋酸甲酯与甲醇共沸物催化精馏水解小试过程进行了模拟计算，得到了满意的结果。该计算方法对初值的选取范围几乎没有限制，收敛性能很好，解决了以往对初值要求高的缺点。通过模拟计算得出了增大回流进料比不能有效强化醋酸甲酯水解的催化精馏过程的结论，为中试过程提供了有效的指导，也给工业化提供了依据。
贺娜[6]2012年在《醋酸甲酯催化精馏分离过程的研究》文中认为醋酸甲酯是聚乙烯醇生产中的副产物,工业上在回收工段将其水解成醋酸和甲醇,作为原料再使用。醋酸甲酯水解在固定床反应器中进行,受平衡常数的影响,水解率较低。大量未水解的醋酸甲酯需要循环操作,造成系统中后续精馏塔负荷很高,能耗很大。本课题的目的是采用催化反应精馏塔对醋酸甲酯进行水解,提高单程水解率。与固定床反应器相比,加入催化反应精馏塔能有效提高醋酸甲酯的单程水解率,降低其后精馏塔负荷,减小能耗。催化精馏塔的加入,塔内气液负荷大幅度降低,会对其后精馏塔操作造成影响。本课题在加入催化精馏塔的基础上,考察了不同操作条件对分离效果的影响,工业规模的实验结果表明,加入催化精馏塔后,单程水解率能达到70%以上,分离产物满足工艺要求。在实验结果的基础上,对流程进行了模拟,计算了不同操作条件下精馏塔的分离效果,并与未加入反应精馏塔的情况进行了对比,为装置改造提供了依据。对分离系统进行了能耗计算,对精馏塔能量利用进行了优化。
金柳伟[7]2006年在《反应精馏技术制备醋酸甲酯工艺的研究》文中研究指明醋酸甲酯的制备是一种经典的化学过程，但由于反应过程中形成共沸物的限制，通过常规的单元操作不能够得到高纯度的醋酸甲酯。本论文在模拟计算的基础上开展验证试验。并由此设计一套反应精馏装置，产出满足羰基合成醋酐用的醋酸甲酯，为上海焦化有限公司的产业结构调整作支撑。论文以计算机模拟为基础，将反应精馏过程应用于醋酸甲酯的制备，在中试规模的装置上验证了模拟计算的可行性。以98％浓硫酸作为催化剂，用醋酸和甲醇为原料，用一个塔成功制得纯度≥99.5％的醋酸甲酯，醋酸的转化率＞99.9％。论文采用平衡级模型对醋酸甲酯合成工艺进行了模拟计算。应用严格蒸馏模型RadFrac，热力学方程选用适合醋酸甲酯物系的NRTL方程，系统考察了全塔级数、回流比、进料位置、酸醇进料比等因素对反应精馏过程的影响；并对该过程进行了优化，初步得到最优操作条件：反应精馏塔理论级为45级，甲醇、硫酸、醋酸的进料位置分别为第40级、第20级和第10级(塔顶冷凝器为第1级，塔釜为第45级)，回流比为1.2，甲醇／醋酸(mol)=1.2，硫酸／醋酸(wt)=0.01。论文设计了内径φ125／φ140、高约16米的醋酸甲酯合成反应精馏塔(6米高的波纹丝网填料与40块CTST塔板复合塔)，在上海焦化有限公司进行了系统的试验研究，试验塔操作稳定，调节方便，可稳定生产纯度≥99.5％的醋酸甲酯，醋酸甲酯纯度最高可达99.64％，醋酸的转化率＞99.9％，且温度分布、塔顶、塔釜各组分浓度试验结果与模拟结果吻合良好。基于以上工作，还完成了年产2万吨醋酸甲酯工艺包的设计工作。反应精馏塔高度为42.7米，78块CTST塔板，直径为φ1200／φ1600。本研究工作是计算机模拟和试验结合的较好体现，为企业今后的项目开发昭示了新的发展思路。
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》文中研究表明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著高于文献值;文中还将模拟结果与著名的过程模拟软件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。通过对反应段的三维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。
孙莉君[9]2004年在《醋酸甲酯水解催化反应精馏技术的研究》文中研究指明作为开发醋酸甲酯水解新工艺的前期工作，本文针对醋酸甲酯水解催化反应精馏新工艺，建立了非平衡级反应精馏速率模型和过程模拟的计算方法。通过模拟计算，考察了水酯比、回流进料比等对醋酸甲酯水解率及塔釜醋酸浓度的影响。并得到了下一阶段工业化试验的工艺条件，为工业化生产提供了技术支持。 河北工业大学化学工程研究所在年产3.5万吨聚乙烯醇(PVA)生产装置中采用新型CTST反应精馏塔板，进行了醋酸甲酯水解反应精馏塔的工业化试验。通过工业化试验，确定了生产的工艺条件：醋酸甲酯进料8m~3/h，水酯比3.0，回流进料比3.0，转化率达75％左右。节省蒸汽消耗14万吨/年。 通过试验结果与模拟结果的比较，验证了所建立的非平衡级模型及计算方法的合理性。针对不同的工作状况来调节模型的可调参数，可以对工业化生产进行指导。
张红梅, 魏文珑, 常宏宏[10]2008年在《催化精馏技术及其模拟计算》文中研究表明叙述了催化精馏技术的原理及其在酯化、水解、烷基化等反应中的应用,介绍了催化精馏过程的模拟模型,重点阐述了催化精馏模拟计算的应用,并对模拟软件在催化精馏模拟计算中的应用进行了阐述,应用Aspen Plus、ChemCAD等软件能较好地模拟催化精馏过程。
参考文献：
[1]. 醋酸甲酯催化精馏水解耦合过程研究[D]. 高鑫. 天津大学. 2008
[2]. 催化精馏技术在醋酸甲酯水解过程中的应用研究[D]. 王成习. 浙江大学. 1997
[3]. 乙酸甲酯水解萃取精馏与催化精馏耦合工艺研究[D]. 曾宏. 福州大学. 2003
[4]. 反应精馏在醋酸甲酯水解工艺中的开发研究与应用[D]. 尚会建. 北京化工大学. 2004
[5]. 醋酸甲酯催化精馏水解新工艺及相关基础研究[D]. 邱挺. 天津大学. 2002
[6]. 醋酸甲酯催化精馏分离过程的研究[D]. 贺娜. 华东理工大学. 2012
[7]. 反应精馏技术制备醋酸甲酯工艺的研究[D]. 金柳伟. 浙江大学. 2006
[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]. 醋酸甲酯水解催化反应精馏技术的研究[D]. 孙莉君. 河北工业大学. 2004
[10]. 催化精馏技术及其模拟计算[J]. 张红梅, 魏文珑, 常宏宏. 化工时刊. 2008
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