環(huán)氧乙烷水合制乙二醇新工藝及其過程模擬研究

【摘要】：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)，本文提出并開展EO水合制取乙二醇過程強(qiáng)化新工藝及其過程模擬研究工作，旨在為新工藝的設(shè)計(jì)和技術(shù)開發(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)過程特點(diǎn)的基礎(chǔ)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。針對這一問題，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，以此簡化了流程和降低了產(chǎn)品的分離能耗。 （2）利用Aspen plus模擬軟件，對新工藝過程進(jìn)行了模擬和分析，揭示了參數(shù)之間的耦合行為和過程基本規(guī)律。 對熱泵反應(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1.11；汽提塔操作壓力為0.1Mpa、設(shè)置7塊塔板、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%。 建立了通過簡捷設(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)線出料，純度達(dá)到99%以上。 對工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，本文提出的熱泵反應(yīng)精餾工藝耦合熱耦合精餾工藝的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性要遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有工藝，表現(xiàn)為水烷比更低，反應(yīng)熱能得到直接利用，系統(tǒng)能耗更低，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高的原料轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物選擇性，體現(xiàn)出很好的應(yīng)用開發(fā)價(jià)值。本文研究成果將為這一工藝的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)研究、操作控制和模擬放大等奠定重要理論基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：環(huán)氧乙烷 乙二醇 反應(yīng)精餾 熱泵 熱耦合精餾 模擬
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TQ223.162
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 0 前言12-13
• 1 文獻(xiàn)綜述13-28
• 1.1 原料與產(chǎn)品13-16
• 1.1.1 環(huán)氧乙烷13-14
• 1.1.2 乙二醇14-16
• 1.2 乙二醇合成工藝技術(shù)進(jìn)展16-19
• 1.2.1 引言16
• 1.2.2 環(huán)氧乙烷催化水合法16-17
• 1.2.3 碳酸乙烯酯法合成乙二醇技術(shù)17-18
• 1.2.4 基于合成氣工藝18
• 1.2.5 反應(yīng)精餾技術(shù)18-19
• 1.3 化工過程強(qiáng)化技術(shù)及其研究進(jìn)展19-26
• 1.3.1 反應(yīng)精餾技術(shù)20-22
• 1.3.2 熱泵精餾技術(shù)22-24
• 1.3.3 熱耦合精餾技術(shù)24-26
• 1.4 本文研究內(nèi)容26-28
• 2 環(huán)氧乙烷水合制乙二醇新工藝28-34
• 2.1 環(huán)氧乙烷水合制乙二醇過程分析28-29
• 2.1.1 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)28-29
• 2.1.2 反應(yīng)體系主要物性參數(shù)29
• 2.2 現(xiàn)有 EO 水合制乙二醇反應(yīng)精餾工藝29-30
• 2.3 EO 制乙二醇熱泵反應(yīng)精餾新工藝流程30-32
• 2.3.1 引言30-31
• 2.3.2 工藝流程圖31
• 2.3.3 工藝過程描述31-32
• 2.4 工藝特點(diǎn)及創(chuàng)新32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 熱泵反應(yīng)精餾系統(tǒng)過程模擬與分析34-48
• 3.1 反應(yīng)精餾塔模擬與分析34-44
• 3.1.1 進(jìn)料比的影響及確定34-37
• 3.1.2 壓力的影響及確定37-38
• 3.1.3 再沸器負(fù)荷影響及確定38-39
• 3.1.4 精餾塔操作參數(shù)的確定39
• 3.1.5 壓縮機(jī)與減壓閥參數(shù)確定39-40
• 3.1.6 塔內(nèi)汽液相組成分布40-41
• 3.1.7 塔內(nèi)反應(yīng)速率分布41-42
• 3.1.8 塔內(nèi)溫度分布42-43
• 3.1.9 塔內(nèi)汽液相摩爾流量分布43-44
• 3.2 汽提塔模擬與分析44-47
• 3.2.1 塔內(nèi)汽液相組成分布44-45
• 3.2.2 塔內(nèi)溫度分布45
• 3.2.3 塔內(nèi)汽液相摩爾流量分布45-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 4 熱耦合精餾塔模擬與分析48-65
• 4.1 簡捷設(shè)計(jì)48-55
• 4.1.1 “三塔”模型的簡捷設(shè)計(jì)48-52
• 4.1.2 “二塔”模型的操作參數(shù)確定52-53
• 4.1.3 完全熱耦合塔的操作參數(shù)確定53-55
• 4.2 預(yù)分餾塔模擬與分析55-58
• 4.2.1 塔內(nèi)汽液相組成分布56-57
• 4.2.2 塔內(nèi)溫度分布57
• 4.2.3 塔內(nèi)汽液相摩爾流量分布57-58
• 4.3 主塔模擬與分析58-62
• 4.3.1 塔內(nèi)汽液相組成分布59-60
• 4.3.2 塔內(nèi)溫度分布60
• 4.3.3 塔內(nèi)汽液相摩爾流量分布60-62
• 4.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析62-64
• 4.4.1 技術(shù)分析62
• 4.4.2 經(jīng)濟(jì)分析62-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 5 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 致謝72-73
• 個(gè)人簡歷73

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