酯交换法制备醋酸正丁酯的催化精馏实验研究及过程模拟

论文摘要

醋酸甲酯(MeOAc)作为一种化工原料,其主要用途是作为硝基纤维素和醋酸纤维素的快干性溶剂;还可以作为油漆涂料、人造革和香料制造的原料以及用作油脂的萃取剂等,但与同族其它酯类相比,其需求量不是很大。它在工业生产中,往往作为副产品大量出现,如聚乙烯醇(PVA)生产过程中有大量的副产物醋酸甲酯,据估计,每生产一吨PVA将副产1.5～1.7吨的醋酸甲酯。目前,PVA生产厂家均采用将其水解生成醋酸和甲醇的方法加以利用,因醋酸和甲醇可用作生产PVA的原料。醋酸正丁酯为无色透明液体,是重要的有机溶剂、萃取剂和脱水剂,在工业上用途广泛。本文采用酯交换法将醋酸甲酯转化为醋酸丁酯,可以为醋酸甲酯提供一种效益更高的利用方法。本论文对反应动力学进行实验研究,计算出活化能及指前因子,为后续的精馏实验及模拟提供依据。通过催化精馏实验,改变操作条件,考察进料方式、进料组成、回流比及进料总量等操作条件的变化对醋酸甲酯转化率的影响,并根据结果选择最优的操作条件。在实验范围内,催化精馏过程适宜的操作条件为:回流比10;进料醇酯摩尔比3:1;进料总量22mol/h;进料采用重组分正丁醇在反应段上部进料,轻组分醋酸甲酯在反应段下部进料。借助ASPEN PLUS软件对反应精馏制醋酸正丁酯的过程进行模拟计算,将模拟值与实验值进行对比,从而验证计算的可靠性。进一步模拟优化,以模拟计算结果为依据,为后续的实验研究提供指导依据。结果显示,该模拟结果与实验值的相对误差最大不超过8%,在可接受范围内,故认为模拟值是可靠的。分别改变正丁醇和醋酸甲酯的进料位置,结果表明,反应段的长度越大转化率越高。增加反应段的理论塔板数,在实际实验中则表现为反应段与填料段交叉排列,能提高醋酸甲酯的转化率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 反应精馏技术的发展概况
• 1.2 反应精馏技术的工艺特点
• 1.3 反应精馏技术的应用范围
• 1.4 反应精馏的基础研究
• 1.4.1 反应动力学
• 1.4.2 化学相平衡
• 1.4.3 传质
• 1.5 反应精馏的工程研究
• 1.5.1 催化剂构件
• 1.5.2 过程模拟
• 1.5.2.1 平衡级模型
• 1.5.2.2 非平衡级模型
• 1.5.2.3 混合池模型
• 1.5.2.4 微分模型
• 1.6 本文的研究目的、研究内容
• 1.6.1 本文研究工作的目的、意义
• 1.6.2 本文研究工作的主要内容
• 第二章 反应动力学研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 实验步骤
• 2.1.4 分析方法
• 2.1.5 定量计算方法
• 2.1.6 校正因子的测定
• 2.1.7 实验操作条件
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 活度的计算
• 2.2.2 各因素对反应的影响
• 2.2.2.1 搅拌速率的影响
• 2.2.2.2 反应温度的影响
• 2.2.2.3 催化剂量的影响
• 2.2.2.4 进料醇酯摩尔比
• 2.2.3 动力学方程
• 2.3 本章小结
• 第三章 催化精馏实验研究
• 3.1 实验原料及性质
• 3.2 实验装置及主要设备
• 3.3 实验步骤
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 进料方式的影响
• 3.4.2 回流比的影响
• 3.4.3 进料摩尔比的影响
• 3.4.4 进料总量的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 催化精馏过程的模拟和优化
• 4.1 化工模拟软件ASPEN PLUS
• 4.1.1 ASPEN PLUS 模拟软件发展简史及特点
• 4.1.2 模拟计算中常用的热力学模型
• 4.2 反应精馏塔数学模型
• 4.3 模拟流程图和模拟条件
• 4.4 模拟值与实验值的对比
• 4.5 工艺条件优化
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢