基于反应精馏的工业乙醇除水工艺及其过程模拟研究

论文摘要

无水乙醇是一种非常重要的有机化工原料，广泛用于食品、化学试剂、医药、油漆、颜料、化妆品、燃料、香料、国防、电子、航天等工业领域。由于乙醇能与水形成二元均相共沸物，所以利用普通精馏的方法无法直接从乙醇-水混合物中提纯乙醇。针对此问题，工业上和学术上提出采用共沸精馏、萃取精馏、吸附分离和渗透蒸发等方法，但这些方法均存在分离剂用量大、系统能耗高、设备投资费用高、分离流程复杂等问题，所以研究和开发新型无水乙醇制备工艺非常重要和必要。反应精馏是现代化工过程强化的代表性技术，并已在工业上得到成功应用。本文提出一种基于反应精馏技术的工业乙醇除水工艺，并利用数学模拟对这一工艺的可行性及过程基本规律进行模拟和分析，旨在为新工艺开发和工业装置设计奠定理论基础。（1）提出一种以环氧乙烷和工业乙醇为原料，利用反应精馏法脱除工业乙醇中水分、同时副产乙二醇等有价值组分的无水乙醇制取新工艺。首先对体系反应动力学、组分物性参数和相平衡热力学进行了模拟与分析，结果表明，环氧乙烷水合反应条件能满足反应精馏技术的适用性要求，表现为：化学反应条件和产物分离条件可较好匹配，体系不形成新的二元和三元共沸物，反应物和产物的挥发度排序允许塔顶直接得到无水乙醇，塔釜采出反应得到的重组分，乙醇还可作为载热剂辅助移出反应热。在此基础上，构想出全系统概念流程，包括反应精馏塔的构型及原料进料方式，后续产物的精馏分离流程。（2）利用Aspen Plus模拟平台，对工艺的可行性进行了模拟、分析与评价。考察了反应精馏塔设备参数和操作参数对关键组分转化率的影响，得到适宜的设备和操作条件，得到塔内温度、汽液相浓度和流量的分布。模拟结果表明，反应精馏塔在操作压力为0.4MPa，环氧乙烷与水的进料摩尔比为2：1、回流比为8、理论塔板数为25的条件下，环氧乙烷与水在反应精馏塔内完全转化，塔顶得到无水乙醇，塔釜产物用两个精馏塔进行分离，得到乙二醇单乙醚、乙二醇和二乙二醇三种产品。与现有工艺的技术性和经济性进行了初步比较，结果表明，本文工艺中水的转化率达到99.99%，同时热量合理利用，节能效果明显，具有很好的开发前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 无水乙醇制备方法的现状
• 1.1.1 无水乙醇制备的物理方法
• 1.1.2 无水乙醇制备的化学方法
• 1.2 反应精馏技术
• 1.2.1 反应精馏技术介绍
• 1.2.2 反应精馏技术的应用进展
• 1.2.3 反应精馏模拟软件
• 2 基于反应精馏的工业乙醇除水新工艺
• 2.1 反应体系及过程分析
• 2.1.1 反应动力学
• 2.1.2 物性参数
• 2.1.3 相平衡热力学
• 2.2 基于 EO 水合反应精馏的乙醇除水工艺
• 3 工艺过程模拟与分析
• 3.1 反应条件对关键反应物转化率的影响及分析
• 3.1.1 操作压力对水转化率的影响
• 3.1.2 烷/水进料比对水的转化率的影响
• 3.1.3 回流比对水转化率的影响
• 3.1.4 塔顶馏出液对水转化率的影响
• 3.1.5 进料位置对水的转化率的影响
• 3.1.6 适宜的操作参数和设备参数
• 3.2 反应精馏塔模拟结果与分析
• 3.2.1 反应精馏塔内温度、流量、组成分布及反应分布
• 3.2.2 模拟结果
• 3.3 EMEG 精馏塔的模拟及结果分析
• 3.3.1 EMEG 精馏塔的操作参数和设备参数
• 3.3.2 EMEG 精馏塔内温度、流量及组成分布
• 3.3.3 模拟结果
• 3.4 EG 精馏塔的模拟结果
• 3.4.1 EG 精馏塔的主要操作参数和设备参数
• 3.4.2 EG 精馏塔内温度、流量及组成分布
• 3.4.3 模拟结果
• 3.5 新工艺与其他工艺的比较
• 3.6 本章小结
• 4 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历