（甲基）丙烯酸甲酯体系分离及系统集成研究

发布时间：2020-09-17 13:39

　　 (甲基)丙烯酸甲酯是重要化工原料及有机单体,其广泛应用到纺织、涂料、建筑及制造业等化工领域。高纯优等品的(甲基)丙烯酸甲酯(≥99.8wt%)是市场需求的重要趋势。目前,工业上获得高纯度(甲基)丙烯酸甲酯的关键核心是水分、中间产物甲基丙烯醛和甲基丙烯酸等微量杂质的脱除。本论文主要围绕着获得高纯(甲基)丙烯酸甲酯的难题展开,通过热力学、分离方法、系统集成等对(甲基)丙烯酸甲酯分离体系进行了系统研究。主要研究内容和结论如下:(1)通过实验系统研究了甲基丙烯醛-水、甲基丙烯醛-丙醛和甲基丙烯醛-甲基丙烯酸-水的液液和气液相平衡,检验了实验数据的热力学一致性。利用NRTL、UNIQUAC和WILSON模型进行数据关联获得相关的二元交互参数,通过模拟值与实验值的误差分析优选热力学模型并验证了模型选择的可靠性。进一步完善了(甲基)丙烯酸甲酯体系的相平衡数据,构建了完整的热力学体系。(2)通过实验和计算结合,设计并筛选了萃取分离过程中甲基丙烯酸萃取剂,建立了甲基丙烯酸的萃取工艺。系统研究了甲苯、环己烷和正己烷三种不同萃取剂对甲基丙烯酸的萃取效果,考察了温度、萃取剂用量对萃取效果的影响。在实验基础上,利用UNIQUAC模型对二元交互参数进行了修正。以最小年总化成本为目标函数,对甲基丙烯酸萃取工艺进行优化及经济分析,经济性对比结果为:甲苯正己烷环己烷。最终确定甲苯萃取的最优工艺条件。为工业中甲基丙烯酸萃取分离奠定了理论基础。(3)设计了一种针对丙烯酸(甲酯)多组分体系的系统分离方法。基于热力学分析,建立了包含若干分离可行性的超级结构,缩小了分离搜索范围。以能耗为目标函数,确定最优的分离流程。对八组分丙烯酸体系分离进行实例研究,结果表明系统分离方法简单易用且结果可靠。(4)验证了甲基丙烯酸甲酯千吨级中试分离工艺。基于甲基丙烯酸甲酯分离中试实验数据,通过流程模拟对中间产物甲基丙烯酸和产品甲基丙烯酸甲酯的分离进行了验证。甲基丙烯酸甲酯分离的设计与中试基本吻合(误差为5%),甲基丙烯酸分离的设计与中试误差较大,约为10～15%。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ225.24
【部分图文】：

图１－１邋２０１４－２０１８年国内ＭＭＡ产能逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｆｏｒ邋ＭＭＡ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２０１４－２０１８逡逑年３月，由中国科学院过程工程研究所离子液体与绿色工程团离子液体催化乙烯－合成气制ＭＭＡ成套技术”通过了由中国

后续反应的需求。１９９９年，Ｏｋａｍｏｔｏ和Ｇｏｔｏ邋（ＯｋａｍｏｔｏＨ，１９９９）提出了水洗逡逑－甲醇干燥－甲醇吸收－回收精馏的四塔分离ＭＡＬ的工艺流程（图１－２），但这种方逡逑法需要使用大量的甲醇，甲醇对人体有害且对环境有污染。２０１２年，闫瑞一等逡逑（ＹａｎＲＹ，２０１１）提出了离子液体（ＩＬｓ）吸收分离ＭＡＬ的工艺流程（图１－３），逡逑筛选了合适的离子液体对ＭＡＬ进行吸收，并利用ＭＡＬ与离子液体沸点差异直逡逑接用蒸馏法获得高纯度的ＭＡＬ，离子液体可以循环使用。但是离子液体的高成逡逑本限制此方法的工业化。２０１５年，陈建新等（陈建新，２０１５）提出利用６－８个碳逡逑原子烷烃作为吸收剂吸收ＭＡＬ的分离纯化工艺。该工艺利用烷烃的弱极性以及逡逑与水互溶度小的特点，在吸收塔中将ＭＡＬ吸收下来；将吸收后ＭＡＬ混合液经逡逑过油水顷析器分层，上层油相进入脱轻塔，脱轻塔顶部一部分物流回流，一部分逡逑作为轻相采出，塔底物流进入脱重塔进行精馏分离，脱重塔顶得到产品ＭＡＬ，逡逑塔底得到吸收剂循环到吸收塔中使用。该工艺流程工艺较为简单，能耗较低，可逡逑以满足ＭＡＬ的纯度要求。逡逑逦邋逦邋逦甲邋Ｓ？逡逑

用水将ＭＡＬ萃取分离。此分离工艺中也存在水与ＭＡＬ的共沸，无法满足逡逑后续反应的需求。１９９９年，Ｏｋａｍｏｔｏ和Ｇｏｔｏ邋（ＯｋａｍｏｔｏＨ，１９９９）提出了水洗逡逑－甲醇干燥－甲醇吸收－回收精馏的四塔分离ＭＡＬ的工艺流程（图１－２），但这种方逡逑法需要使用大量的甲醇，甲醇对人体有害且对环境有污染。２０１２年，闫瑞一等逡逑（ＹａｎＲＹ，２０１１）提出了离子液体（ＩＬｓ）吸收分离ＭＡＬ的工艺流程（图１－３），逡逑筛选了合适的离子液体对ＭＡＬ进行吸收，并利用ＭＡＬ与离子液体沸点差异直逡逑接用蒸馏法获得高纯度的ＭＡＬ，离子液体可以循环使用。但是离子液体的高成逡逑本限制此方法的工业化。２０１５年，陈建新等（陈建新，２０１５）提出利用６－８个碳逡逑原子烷烃作为吸收剂吸收ＭＡＬ的分离纯化工艺。该工艺利用烷烃的弱极性以及逡逑与水互溶度小的特点，在吸收塔中将ＭＡＬ吸收下来；将吸收后ＭＡＬ混合液经逡逑过油水顷析器分层，上层油相进入脱轻塔，脱轻塔顶部一部分物流回流，一部分逡逑作为轻相采出

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本文编号：2820780