论文总字数：18949字

摘 要

在传统的聚乙烯醇工业和精对苯二甲酸工业生产过程中，醋酸甲酯回收工艺是采用固定床反应器将醋酸甲酯水解为甲醇和醋酸，使其循环利用。该工艺过程不仅消耗大量的能量，而且去离子水的用量也较大，废水较多。本论文的目的是得出醋酸甲酯催化精馏水解过程的数学模型，提出醋酸甲酯水解工艺的优化方案。

本论文醋酸甲酯处理规模为8000吨/年，其中醋酸甲酯纯度为94.5%。要求出料甲醇质量浓度≥96.5%，醋酸质量浓度≥30%。本文利用已有的热力学、水解反应动力学模型以及现有催化填料的基础数据，采用化工流程模拟与分析的方法，对醋酸甲酯催化精馏水解过程进行了模拟与分析。获得该过程较佳的工艺参数为：催化精馏塔B6的水酯混合物的进料位置为第12块塔板，进料水流量为150 kg/h，回流比为0.33。甲醇分离塔B7的水酯混合物的进料位置为13进料板，侧线采出位置为第6塔板，回流比为300。并进行了塔设备正常操作工况的模拟，验证了该模拟方法的可行性和正确性。

关键词: 醋酸甲酯水解 催化精馏 模拟 优化

Process simulation and optimizing of methyl acetate hydrolysis via catalytic distillation

Abstract

Fixed bed reactor is adopted in methyl acetate recovery technology in the traditional polyvinyl alcohol (PVA) and pure terephthalic acid (PTA) industry production process. A large quantity of energy and de-ionized water is consumed in the old process. The purpose of this thesis is to apply catalytic distillation mathematical model to the old process of methyl acetate hydrolysis and bring forward a new flow chat simultaneously.

The treatment capacity of this study is 8000 tons/year. The purity of methyl acetate is 94.5%. it’s required that the mass concentration of methanol ≥ 96.5% and the mass concentration of acetic acid ≥30%. Design factors of new technology on energy consumption and conversion were also determined and summarized as the following: The feeding position of materials is 12th stages, the feeding flow of water is 150 kg/h and the ratio of top reflux to feed methyl acetate is 0.33 in the B6 column. And the feeding position of materials is 13th stages, the position of side withdrawal is 6th stages and the ratio of top reflux to feed methyl acetate is 300 in the B7 column . By comparing the simulation results and experimental results, the validity of the mathematical model is also validated.

Key words: hydrolysis of methyl acetate; catalytic distillation; simulation; optimizing

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 I

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2 醋酸甲酯水解 2

1.2.1 醋酸甲酯水解体系热力学研究 2

1.2.2 醋酸甲酯催化反应动力学研究现状 2

1.3 醋酸甲酯水解工艺的发展 3

1.3.1 传统固定床水解工艺 3

1.3.2 超（近）临界水解工艺 4

1.3.3 催化精馏水解工艺 4

1.4 反应精馏技术 6

1.4.1 反应精馏技术的发展 6

1.4.2 反应精馏技术的工艺特点 7

1.5 化工模拟软件ASPEN PLUS 8

1.5.1 ASPEN PLUS化工模拟软件的简史与特点 8

1.5.2 ASPEN PLUS 在模拟反应精馏过程中的应用 8

1.6 研究的意义与内容 9

1.6.1 研究的意义 9

1.6.2 研究的内容 9

第二章 动力学参数与热力学模型的选择 10

2.1 动力学参数的确定 10

2.2 热力学模型的选择 11

第三章 工艺过程模拟 14

3.1 进料物料数据及产品要求 14

3.2 工艺流程的选择 14

3.3 进料位置的影响 15

3.3.1 催化精馏塔B6的进料位置影响 15

3.3.2 甲醇回收塔B7的进料位置影响 16

3.4 回流比的影响 17

3.4.1 催化精馏塔B6的回流比的影响 17

3.4.2 甲醇回收塔B7的回流比的影响 18

3.5 催化精馏塔B1进料水量的影响 19

3.6 甲醇回收塔B7侧线采出位置的影响 20

3.7 工艺流程结果 21

3.8 塔设备正常操作工况 24

3.8.1 催化精馏塔B6正常操作工况 24

3.8.2 甲醇回收塔B7正常操作工况 26

第四章 结论 28

参考文献 29

致谢 32

绪论

1.1课题背景

聚乙烯醇(PVA)是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物，广泛应用于纤维、纺织、浆料、涂料、粘合剂、乳化剂、纸加工助剂、薄膜、医药等行业。精对苯二甲酸(PTA)是聚酯工业的重要原料，主要用于生产对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及后续的聚酯纤维、聚酯瓶、聚酯薄膜、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)以及聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)工程塑料，也用作染色中间体。在这两个生产工艺中，作为副产物的醋酸甲酯(MeOAc)产量非常大。醋酸乙烯(VAC)经聚合、醇解制成PVA的过程中，每生产1吨PVA约产生1.68吨MeOAc^[1]。

由于MeOAc的工业用途非常有限，一般在工业上将其循环回收到反应器中，以抑制醋酸甲酯的生成，减少醋酸消耗，但这并不能从根本上解决生产过程中副产物MeOAc的生成问题，而会使得反应器中的醋酸甲酯不断积累，最终不得不以气相或液相的形式排出系统。把MeOAc当作工业废料处理不仅浪费资源且会造成环境污染，因而必须寻求较佳途径对副产物MeOAc进行综合利用。

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