反应萃取精馏合成乙酸异丙酯工艺优化与控制的研究

发布时间：2020-05-12 19:28

【摘要】：在酯化反应中产物水和酯存在共沸且难以分离的物系称为“Ⅱ类物系”,典型的Ⅱ类物系主要包括乙酸乙酯,乙酸异丙酯等。此类物系因复杂的共沸组成导致传统的反应精馏不能得到高纯度的水和酯。本文通过分析“Ⅱ类物系”的特点,以乙酸异丙酯体系为例,提出了反应萃取精馏(RED)合成乙酸异丙酯的工艺。通过均相分离工艺与反应有机结合,将反应、萃取、精馏耦合到一个塔中,实现以萃取促分离,以分离促反应的目的。由于反应萃取精馏耦合过程具有高度复杂性和非线性且多个过程相互影响,本研究以经济最优的参数为基础,针对不同流程构建了不同的动态控制结构,以保证装置平稳运行。本文首先从乙酸异丙酯体系的热力学角度分析了反应萃取精馏的可行性,并验证了NRTL-HOC可以准确地预测该体系的热力学性质。利用Aspen plus流程模拟软件对反应萃取精馏流程进行设计与优化,确定了最优条件下的年度总费用(TAC)为256(1000$/year)。针对该流程设计了基础控制结构和改进的控制结构,并分别考察了±20%的乙酸流量扰动和5%的进料组成扰动下的控制效果。通过比较平方误差积分(ISE)发现,改进后的控制结构的控制性能明显优于基础控制结构。为了提高能量利用率,最大程度降低反应萃取精馏过程的能耗和TAC,通过对换热物流的调整和搭配,本文提出了两种热量集成措施,即中间再沸式流程(IR-RED)和进料预热式(PF-RED)流程。经济优化结果显示相比无热集成的反应萃取精馏流程,中间再沸式流程的总能耗降低24.8%,TAC降低12.5%,而进料预热式流程的总能耗降低35.7%,TAC降低16.4%。针对进料预热式反应萃取精馏的流程特点,提出了温差控制结构和Q/F-温度串级控制两种控制方案,通过动态模拟得出无论是在进料流量扰动还是进料组成扰动下,两种控制方案表现出较好的控制效果。最后提出了隔壁塔反应萃取精馏工艺,将反应萃取精馏和萃取剂回收耦合在一个塔中,简化了生产流程。此外,对隔壁塔反应萃取精馏合成乙酸异丙酯的工艺参数进行模拟优化,得到了最优的工艺参数。针对隔壁塔反应萃取精馏工艺提出了带有温度调节气相分配比的控制结构,结果表明对于引入±20%的流量扰动和5%的异丙醇组成扰动,该控制结构具有良好的鲁棒性,而对于5%的乙酸组成扰动对生产会造成较大扰动,控制效果略差。
【图文】：

表 1-1 不同类型的反应精馏流程Table1-1 Different types of reactive distillation processesTypeⅠ TypeⅡ Ty+MeOH MeAc+WaterHAc+IPOH IPAc+WaterHAc+EtOH EtAc+WaterHAc+BuOHHAc+AmOH

图 1-2 带有侧线采出的反应精馏合成乙酸异丙酯流程 The flowsheet of a reactive distillation with a sidedraw stream for theisopropyl acetate图 1-3 热集成反应精馏合成乙酸异丙酯三塔流程
【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

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈朝环,史丽萍,叶伟贞,严金英;核磁共振研究二烷氧基膦酰乙酸异丙脂与硝酸镧配合的机理[J];波谱学杂志;1989年04期

2 王学丽;王富丽;张毅;常有国;连丕勇;;乙酸异丙酯催化合成研究进展[J];工业催化;2006年03期

3 苏丽红,王璇;相转移催化合成乙酸异丙酯[J];化学工程师;2002年05期

4 井博义;;氨基磺酸催化合成氯乙酸异丙酯[J];河套大学学报;2007年02期

5 井博义;;氨基磺酸催化合成氯乙酸异丙酯[J];内蒙古电大学刊;2007年12期

6 廖世军,梅慈云,杨勇,朱继芳,陈焕钦;固定床固体酸催化乙酸/丙烯酯化合成乙酸异丙酯[J];精细化工;1998年06期

7 兰翠玲;谭华征;;微波辐射催化合成氯乙酸异丙酯[J];广东化工;2006年12期

8 吴长增,訾俊峰;磷钨酸催化合成氯乙酸异丙酯[J];化学研究;2000年02期

9 闫森;李海英;徐鹏飞;张青瑞;;反应精馏合成乙酸异丙酯过程的强化与动态控制[J];石油学报(石油加工);2019年04期

10 姜胜斌,廖桂英,佘万能,屈秀玲;改性的固体超强酸催化合成氯乙酸异丙酯[J];石化技术与应用;2001年04期

相关会议论文 前2条

1 陈朝环;史丽萍;叶伟贞;严金英;;核磁共振研究二烷氧基膦酰乙酸异丙酯与(?)酸(?)配合的机理[A];第五届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1988年

2 朱香芹;桂建舟;刘丹;张晓彤;宋丽娟;孙兆林;;酸性功能化离子液体催化合成氯乙酸异丙酯[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前1条

1 本报记者 欧梁;三大行动力促石化产业实现主营收入1390亿[N];岳阳日报;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 闫森;反应萃取精馏合成乙酸异丙酯工艺优化与控制的研究[D];青岛科技大学;2019年

2 李嘉琪;异丙醇和乙酸异丙酯萃取精馏分离的研究[D];天津大学;2016年

3 李原晓;乙酸异丙酯和2B酸提纯过程的相平衡研究[D];天津大学;2016年

4 郭鲁亚;卟啉（或二氢卟吩）-5-氟尿嘧啶-1-基乙酸异丙酯化合物的合成[D];河北师范大学;2010年

5 霍俊丽;乙酸—水体系非均相共沸精馏过程的研究[D];河北工业大学;2003年

6 周丽华;酸性离子液体的制备及其在异丙醇合成中的应用[D];福州大学;2016年

7 李亚楠;乙酸异丙酯催化加氢制备异丙醇和乙醇工艺研究[D];大连理工大学;2014年

8 李保深;一株产纤维素酶真菌的筛选、鉴定及代谢产物的研究[D];东北林业大学;2011年

9 孔沙沙;催化精馏合成乙酸异丙酯新工艺研究[D];烟台大学;2014年

10 胡s，

本文编号：2660725