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1、環(huán)氧乙烷(Ethylene oxide,EO)是乙烯衍生物中一種重要的基本有機(jī)化工原料和合成中間體,其中最大的應(yīng)用領(lǐng)域是與水反應(yīng)合成乙二醇(EG)。針對(duì)現(xiàn)有工藝均存在水和環(huán)氧乙烷摩爾配比大、乙二醇的選擇性較低、分離能耗高及流程復(fù)雜等缺點(diǎn),本文提出并開(kāi)展EO水合制取乙二醇過(guò)程強(qiáng)化新工藝及其過(guò)程模擬研究工作,旨在為新工藝的設(shè)計(jì)和技術(shù)開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)和模型支持。
(1)在分析現(xiàn)有環(huán)氧乙烷水合制乙二醇工藝的現(xiàn)狀和反應(yīng)過(guò)程特點(diǎn)的基礎(chǔ)
2、上,提出一種利用熱泵反應(yīng)精餾技術(shù)強(qiáng)化水合反應(yīng)、利用熱耦合精餾技術(shù)強(qiáng)化產(chǎn)物分離的過(guò)程強(qiáng)化新工藝。
傳統(tǒng)EO水合反應(yīng)精餾塔的反應(yīng)段和提餾段在同一塔體中,反應(yīng)段通常在高溫高壓下進(jìn)行,對(duì)應(yīng)的分離段也需要在高溫下操作,因此導(dǎo)致系統(tǒng)操作費(fèi)用很高。針對(duì)這一問(wèn)題,本文提出一種熱泵反應(yīng)精餾的工藝,該工藝中水合反應(yīng)在高壓操作的反應(yīng)精餾塔中進(jìn)行,未轉(zhuǎn)化反應(yīng)物和產(chǎn)品的分離在低壓操作的汽提塔中進(jìn)行,兩塔之間設(shè)置節(jié)流減壓閥和壓縮機(jī),反應(yīng)精餾塔的塔底液
3、體混合物經(jīng)減壓閥減壓降溫后直接做為汽提塔的液相回流,汽提塔的塔頂蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮升溫升壓后直接作為反應(yīng)精餾塔的上升蒸汽,以此實(shí)現(xiàn)高溫高壓反應(yīng)和低溫低壓分離的同步進(jìn)行,從而可有效降低系統(tǒng)的操作費(fèi)用。
針對(duì)產(chǎn)物分離階段中間組分乙二醇含量大,輕組分水和重組分二乙二醇含量小、混合物沸點(diǎn)差大的特點(diǎn),本文提出產(chǎn)物分離的熱耦合精餾工藝。其中預(yù)分餾塔用于使中間組分非清晰分割,最終產(chǎn)物在主塔中進(jìn)行提純,以此簡(jiǎn)化了流程和降低了產(chǎn)品的分離能耗。
4、
(2)利用Aspen plus模擬軟件,對(duì)新工藝過(guò)程進(jìn)行了模擬和分析,揭示了參數(shù)之間的耦合行為和過(guò)程基本規(guī)律。
對(duì)熱泵反應(yīng)精餾系統(tǒng)進(jìn)行模擬,研究了進(jìn)料比、操作壓力、汽提塔再沸器負(fù)荷等操作參數(shù)對(duì)乙二醇選擇性的影響,得到反應(yīng)精餾塔及汽提塔適宜的操作條件,得到塔內(nèi)溫度、汽液相組成、汽液相流量分布。結(jié)果表明,在反應(yīng)精餾塔操作壓力為1Mpa、設(shè)置8塊塔板、進(jìn)料水烷比為1.1:1;汽提塔操作壓力為0.1Mpa、設(shè)置7塊
5、塔板、再沸比為10的條件下,反應(yīng)精餾塔中EO轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%,水的轉(zhuǎn)化率達(dá)到83.3%,目標(biāo)產(chǎn)物EG選擇性為91%。
建立了通過(guò)簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)法取得模擬初值,用嚴(yán)格模擬法進(jìn)行核算的熱耦合精餾塔的模擬方法,通過(guò)模擬取得了塔適宜的設(shè)備參數(shù)和操作參數(shù),得到塔內(nèi)溫度、汽液相組成及汽液相摩爾流量的分布。結(jié)果表明,在操作壓力為0.1Mpa、預(yù)分餾塔設(shè)8塊塔板、主塔設(shè)35塊塔板,主塔回流比為14條件下,可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的分離,其中目標(biāo)產(chǎn)物由主塔側(cè)
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