乙二醇單丁醚催化精餾合成工藝的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及模擬研究.pdf

1、反應(yīng)/催化精餾是上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新興化工過程強(qiáng)化技術(shù)。該技術(shù)將反應(yīng)和分離這兩個(gè)化學(xué)工程領(lǐng)域中最為關(guān)鍵的過程耦合于同一設(shè)備單元中，被認(rèn)為是革新傳統(tǒng)單元操作的代表性技術(shù)和過程強(qiáng)化的先驅(qū)者。針對(duì)環(huán)氧乙烷深加工行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新要求及現(xiàn)有乙氧基化工藝存在的副產(chǎn)物多、能耗高等問題，遼寧奧克化學(xué)股份有限公司提出并開展了催化精餾法合成乙二醇單丁醚的研究開發(fā)工作，建成了中試規(guī)模的催化精餾塔，并開展了裝置數(shù)學(xué)模型和模擬研究工作。以此項(xiàng)目為背景，在

2、先前穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和模擬研究的基礎(chǔ)上，本文開展催化精餾塔動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和模擬研究工作，旨在為裝置的工藝試驗(yàn)、改進(jìn)設(shè)計(jì)、操作控制和模擬放大等奠定理論基礎(chǔ)。
　　 論文的主要研究內(nèi)容及得出的結(jié)論如下：
　　 (1)建立了基于平衡級(jí)的催化精餾塔動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和基于Aspen模擬平臺(tái)的動(dòng)態(tài)模擬方法；
　　 (2)對(duì)半間歇操作模式的催化精餾塔進(jìn)行了模擬計(jì)算。結(jié)果表明，半間歇操作模式下催化精餾塔的最優(yōu)操作參數(shù)為：操作壓力0.2MP

3、a，環(huán)氧乙烷進(jìn)料速率0.036～0.04kmol·h-1。反應(yīng)5小時(shí)后，正丁醇和環(huán)氧乙烷的總摩爾比為1.6：1，環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99％以上，丁醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了91％以上，而單醚對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇性達(dá)到87％，體現(xiàn)了催化精餾工藝的優(yōu)越性。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較表明，模型預(yù)測的塔內(nèi)溫度分布及塔釜產(chǎn)品組成和試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，表明所采用的模擬算法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性；
　　 (3)對(duì)連續(xù)操作催化精餾塔的開車過程進(jìn)行了模擬計(jì)算。模擬

4、結(jié)果表明，連續(xù)操作的催化精餾塔開車過程中，從關(guān)鍵反應(yīng)物EO進(jìn)料開始到操作達(dá)到穩(wěn)定，回流罐、再沸器內(nèi)的汽液相組成、熱負(fù)荷、溫度、塔內(nèi)汽液相流量、反應(yīng)速率等均有呈現(xiàn)明顯的動(dòng)態(tài)分布。回流罐內(nèi)各變量在整個(gè)開車過程中變化較為迅速，達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間較短，約2.5小時(shí)，而再沸器各變量的變化趨勢較平緩，達(dá)到穩(wěn)定需5小時(shí)。該研究將為指導(dǎo)工業(yè)裝置的開車和控制奠定理論基礎(chǔ)。
　　 (4)對(duì)環(huán)氧乙烷進(jìn)料擾動(dòng)的影響進(jìn)行了初步研究。針對(duì)體系特點(diǎn)，提出了兩

5、種控制方案。研究表明，在給體系施加相同擾動(dòng)的情況下，以再沸器熱負(fù)荷控制塔釜液位，以塔頂回流量控制塔頂回流罐液位的控制方案可使系統(tǒng)在10小時(shí)內(nèi)重新回到新的穩(wěn)定狀態(tài)，且整個(gè)過程各參數(shù)發(fā)生較少的波動(dòng)；而以再沸器熱負(fù)荷控制第九級(jí)塔板溫度，以正丁醇進(jìn)料量控制塔頂回流罐淤的控制方案可使系統(tǒng)在擾動(dòng)發(fā)生后立即作出響應(yīng)，但需在12小時(shí)后方可回歸穩(wěn)定，且該過程中各參數(shù)均發(fā)生較大的波動(dòng)，但新的穩(wěn)定狀態(tài)下各參數(shù)的值與原來的穩(wěn)定狀態(tài)相差不大。兩種控制方案均可使系