醋酸仲丁酯水解反应的催化精馏过程模拟与优化

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1、分类号：密级UDC：编号河北工业大学硕士学位论文醋酸仲丁酯水解反应的催化精馏过程模拟与优化论文作者：韩雪萍学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：化学工程指导教师：李柏春职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyForTheMasterDegreeofChemicalEngineeringPROCESSSIMULATIONANDOPTIMIZATIONOFCATALYTICDISTILLATIONFORHYDROLYSISOFSEC-BUTYLACETATEbyHa

2、nXuepingSupervisor:Prof.LiBaichunMay2017摘要仲丁醇(SBA)是重要的有机化工原料，因其所具有的优良溶解性能，可以作为调和剂溶解于汽油中，用于增加汽油的辛烷值，同时仲丁醇还用于生产乳化剂、香料等。但90%以上的仲丁醇都被用作合成甲乙酮(MEK)，甲乙酮在化工应用中表现出优良性能，近几年其市场需求呈增长趋势，使得仲丁醇的需求量也随之增加。目前仲丁醇的合成方法可以分为间接水合法、直接水合法和醋酸仲丁酯酯交换法等，但是以上方法大都存在腐蚀设备或者反应条件苛刻等不足。目前工业醋酸仲丁酯(SBAC)是由炼

3、油装置副产C4组分中的正丁烯与醋酸反应生成，廉价易得。本文首次提出醋酸仲丁酯水解制备仲丁醇的催化精馏新工艺。催化精馏水解工艺条件温和，过程简单，原料廉价，是具有研究意义的工艺路线。在间歇搅拌釜式反应器中进行水解反应的动力学研究，筛选了适宜水解反应的催化剂以及反应条件，考察醋酸仲丁酯转化率随反应温度的变化，并建立二级拟均相动力学模型，获得反应的动力学方程。采用化工模拟软件AspenPlus对醋酸仲丁酯水解的催化精馏工艺进行模拟计算，建立适宜的流程，并考察了理论板数等条件对醋酸仲丁酯转化率以及产品纯度的影响，得到反应流程的优化结果，精馏

4、段、反应段和提馏段理论板数分别为14、21和2，进料水酯摩尔比为6:1。醋酸仲丁酯的转化率达到96.87%，塔顶仲丁醇质量分数为71.85%，精制后得到质量分数为99.00%的仲丁醇产品，醋酸和水的含量均达到工业标准。搭建一套连续催化精馏的小试不锈钢塔，自行设计催化剂装填方式，精馏段、提馏段装填3×3mm的θ环316L不锈钢填料。在模拟结果的基础之上，对进料位置、进料水酯摩尔比等条件进行了实验验证，确定水和醋酸仲丁酯分别从反应段顶部和底部进料，进料水酯摩尔比为6:1，塔顶仲丁醇的质量分数达到71.35%，塔釜醋酸的质量分数为44.9

5、1%。实验结果与模拟结果相对误差低于10%，模型的选取准确可靠。关键词：催化精馏，醋酸仲丁酯，仲丁醇，水解，Aspenplus过程模拟IIIABSTRACTSec-butylalcohol(SBA)isanimportantorganicchemicalmaterial,anditiswidelyusedinindustry.SBAisoftenusedassolventbecauseofitssolubility,anditcanalsobeacomponentofgasolinedissolvedwithmethanoltoim

6、provetheoctanenumber.SBAisrawmaterialsofemulsifierandspice,too.Butmorethan90%oftheSBAisusedforthesynthesisofmethylethylketone(MEK),whichisexcellentchemicalmaterials.ThedemandofSBAisrisingasthemarketdemandofMEKshowsagrowingtrendrecently.Atpresent,themethodsforpreparingS

7、BAmainlycomposedofindirecthydration,hydration,transesterificationofSBAC,etc.However,therearemanyproblems,suchasetchingequipmentorharshreactionconditionsandsoon.Theindustrialsec-butylacetate(SBAC)issynthesizedbythereactionofaceticacidandn-buteneintheC4componentwhichisac

8、heapby-productintherefineryandobtainedeasily.ThisthesisputsforwardanewprocessofpreparingSBAbythehydrolysisofSBACinadi