反应精馏合成乙酸异丁酯的经济优化与动态控制

发布时间：2020-03-27 02:24

【摘要】：近年来,随着环境与能源短缺问题的日益突出,节能降耗与绿色生产成了化学工业过程的明显趋势。乙酸异丁酯广泛应用于化工和医药行业,随着众学者对乙酸异丁酯合成方法的不断研究,乙酸异丁酯在工业上已经实现连续生产。目前,工业上合成乙酸异丁酯的工艺大都是先反应然后进行多步分离的过程,该工艺存在能耗高、过程复杂繁琐等问题。本文通过Aspen模拟软件对合成乙酸异丁酯的反应精馏工艺及其强化过程的优化与控制进行了研究。首先对等量进料操作方式的常规反应精馏(CRD)流程的经济优化与动态控制进行了研究。以年度总费用(TAC)为优化目标,CRD流程优化后的TAC为5.26×10~5$/year。对CRD流程在引入±20%进料流率与5%进料组分扰动时的控制性能进行研究,得到了控制效果较好的控制方案CS2。为了进一步降低过程的TAC,研究了塔釜再沸式热泵反应精馏(BR-HPRD)、中间再沸式热泵反应精馏(IR-HPRD-1)和带预热器的中间再沸式热泵反应精馏(IR-HPRD-2)流程。优化结果表明:与CRD流程相比,BR-HPRD、IR-HPRD-1与IR-HPRD-2流程的TAC分别降低了10.00%、16.92%和19.13%。通过对IR-HPRD-2流程在引入±20%进料流率与5%进料组分扰动时的可控性进行研究,得到了较为有效的控制结构,可以实现较为稳健的控制。然后对非等量进料操作方式下的反应精馏隔壁塔(RDWC)流程、热泵反应精馏隔壁塔部分热集成(VRHP-RDWC-1)流程和热泵反应精馏隔壁塔完全热集成(VRHP-RDWC-2)流程进行了经济性和动态可控性研究。经济优化结果表明:RDWC、VRHP-RDWC-1和VRHP-RDWC-2流程的TAC分别是7.45×10~5$/year、6.68×10~5$/year和5.79×10~5$/year。与RDWC流程相比,VRHP-RDWC-1和VRHP-RDWC-2流程的TAC分别降低了10.23%和22.30%。对RDWC流程设计了2种控制方案,结果表明:带汽相分率控制的控制结构CS2可以更为有效的控制产品质量。对VRHP-RDWC-1和VRHP-RDWC-2流程引入±20%进料流率与5%进料组分扰动考察其动态可控性,结果表明:两种流程在带有汽相分率控制器的控制方案下均能有效控制产品纯度。最后,对不同流程的经济性和动态可控性进行定量比较。结果表明:在经济性方面,等量进料方式占有较大优势;在动态可控性方面,非等量进料模式下流程的可控性占有较大的优势。虽然等量进料方式的IR-HPRD-2流程在稳态经济方面有明显优势,但是针对目前工业生产上等量进料操作模式较难实现的情况,非等量进料方式的VRHP-RDWC-1流程是个较好的选择。
【图文】：

反应精馏合成乙酸异丁酯的经济优化与动态控制异丁酯。还有研究采用 FePO4[4]、RuCl3[5]、CdO乙酸酐合成乙酸异丁酯。异丁基酮的 Baeyer-Villiger 氧化重排反应liger 氧化重排反应又叫拜耳-维立格氧化重排反氧化羧酸等）氧化下，甲基异丁基酮的氧化重排化剂和催化剂的作用下，甲基异丁基酮合成乙酸
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ225.24

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本文编号：2602319