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摘 要

在对苯二甲酸（TA）生产过程中，大量的副产品醋酸甲酯需水解回收，传统的固定床水解工艺是采用固定床反应器将醋酸甲酯水解为甲醇和醋酸，该工艺过程不仅消耗大量的能量，而且水解率低，产生的废水较多。本文提出了反应精馏塔与固定床相结合水解醋酸甲酯的新工艺。

首先设计了合理的工艺流程，并使用化工模拟软件Aspen Plus对醋酸甲酯水解进行模拟计算，确定了塔设备理论级数、水的用量和最佳操作条件等工艺参数。主要工艺参数为：反应精馏塔理论级数为20块，水的用量为150kg/h，回流比为0.33，塔径为900mm；甲醇回收塔理论级数为16块，回流比为300，第7块板侧线采出甲醇，采出质量流率410kg/h，塔径为1000mm；然后通过使用Exchanger Design and Rating软件对工艺流程中反应精馏塔冷凝器、反应精馏塔再沸器、回收塔冷凝器、回收塔再沸器、甲醇冷却器进行详细核算，得到5台冷凝器具体的数据参数、装配图以及布管图。并绘制了工艺流程图、工艺管道及仪表流程图、工艺设备平面布置图。

关键词: 醋酸甲酯 催化蒸馏 水解 模拟 放大

Low Concentrations of Methyl Acetate Acetic Acid Preparation Process Separation Unit for Industrial Design

Abstract

In the production process of PTA, a large amount of methyl acetate(by-product) must be recycled through hydrolysis. In the traditional fixed bed hydrolysis process, the fixed bed reactor was selected for the hydrolysis of methanol which was turned to methyl acetate and acetic acid. The process not only consumed a lot of energy, and the hydrolysis rate was low, more wastewater was produced This paper presents a new process for hydrolysis of methyl acetate reactive distillation column and the fixed bed combination.

First, a reasonable process was designed, and the hydrolysis of methyl acetate process was simulated and calculated using Aspen Plus software. Then the theoretical stages of tower, water usage and optimal operating conditions and other parameters were determined. The main process parameters were: theoretical stages of the reaction distillation column 20, amount of water 150kg/h, reflux ratio 0.33, diameter of diameter 900mm; theoretical stages of the methanol recovery column 16, reflux ratio of 300, the first side cutting plate of methanol recovery 7, mass flow rate 410kg/h, column diameter 1000mm. Then the reactive distillation column condenser, the reaction distillation column reboiler, recycling column condenser, the recovery column reboiler, and methanol condenser was detailed accounted using Exchanger Design and Rating software to get specific data parameters and piping assembly drawing figure and a flow chart figure, process piping and instrumentation diagrams, process equipment layout plan.

Keywords: methyl acetate; catalytic distillation; hydrolysis; simulation; amplification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 催化精馏概述 3

1.3 催化精馏工艺特点 3

1.4 催化剂的填充方式 5

1.4.1 板式塔 5

1.4.2 填料塔 7

1.5 催化精馏过程模拟计算的研究概述 10

1.5.1 完全平衡级模型 10

1.5.2 平衡级模型 10

1.5.3 非平衡机模型 11

1.6 催化精馏技术水解醋酸甲酯的研究现状 12

1.7 课题的研究意义及内容 17

第二章 醋酸甲酯水解分离工艺 18

2.1 进料物流数据及工艺要求 18

2.2 工艺流程说明 19

2.3 工艺流程模型的建立 20

2.3.1 模型的建立 20

2.3.2 物性计算方法的选择 20

2.4 醋酸甲酯水解处理工艺总物料平衡 21

2.5 醋酸甲酯水解处理工艺PID图 24

2.6 醋酸甲酯水解处理工艺设备布置图 27

2.7 塔设备操作参数的确定 32

2.7.1 塔径的计算与核算 32

2.7.2 反应精馏塔T0101正常操作工况 35

2.7.3 甲醇回收塔T0102正常操作工况 37

第三章 基于Exchanger Design and Rating的换热器选型 40

3.1 概述 40

3.2 设计依据 40

3.3 选型原则 40

3.4 选型步骤 42

3.4.1 初步计算 42

3.4.2 初步选型 43

3.4.3 Exchanger Design and Rating（EDR）核算 44

3.5 换热器选型结果 45

3.5.1 反应精馏塔塔顶冷凝器E0101选型 45

3.5.2 反应精馏塔塔底再沸器E0102选型 47

3.5.3 回收塔塔顶冷凝器E0103选型 49

3.5.4 回收塔塔底再沸器E0104选型 51

3.5.5 甲醇冷凝器E0105选型 52

第四章 泵与贮罐的选型 54

4.1 泵的选型 55

4.2 贮罐的选型 56

第五章 总结 57

参考文献 58

致谢 61

第一章 绪论

1.1 课题背景

醋酸甲酯是重要的水溶性高分子化合物，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，在工业上主要是由甲醇和醋酸在强酸性催化剂存在下脱水合成而得。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，如在聚乙烯醇(PVA)生产过程中，每制取1吨的PVA就会得到1.5-1.7吨的醋酸甲酯^[1]。醋酸甲酯的水解产物为醋酸和甲醇，是生产PVA的主要原料，也是其它化工生产的重要基本原料。因此如何有效地加以回收利用醋酸甲酯一直是相应工业过程中颇有意义的研究课题。

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