用Aspen Plus模拟醋酸正丁酯反应精馏工艺过程.pdf

第23卷第1期
广东石油化工学院学报
Vol23 No
2013年2月
Joumal of Guangdong University of Petrochemical Technology
Feb.2013
用 Aspen Plus模拟醋酸正丁酯反应精馏工艺过程
王丽,吴世逵,吴剑锋,周博煊
(广东石油化工学院化エ与环境エ程学院,广东茂名525000)
摘要:利用 Aspen Plu对醋酸正丁酯的合成工艺流程进行了模拟计算。选用反应精馏技术,用强酸性阳离子交换树脂取代
硫酸,在反应精馏塔中一次完成反应和分离,取代原有的分步流程,可连续生产出9.9%的高纯度醋酸正丁酯。
关键词: Aspen Plus;模拟;反应精馏;醋酸正丁酯;生产工艺
中图分类号:10018
文献标识码:A
文章编号:2095-2562(2013)01-0001-03
醋酸正丁酯是具有水果香味的无色液体,在化工、制药、制革、香料等行业应用广泛,既可用作塑料、喷
漆、硝化棉、人造皮革等的溶剂,也可用作萃取剂及分析试剂,目前国内市场供不应求。传统的醋酸正丁
酯合成工艺常用硫酸催化酯化。但由于硫酸腐蚀性强,酯化过程需在搪瓷反应器中进行,而且搪瓷传热性
能差、釜中反应速度慢,因而生产效率较低;另外,由于硫酸的强氧化性导致副反应增加,不但增加了原料
消耗,而且使后续工序分离困难。目前采用固体酸代替硫酸的研究较多,但由于催化剂在酯化釜内容易粉
化以及杂质积累而降低催化效果,因而难以实现工业化。
本文以强酸性阳离子交换树脂取代碗酸,用 Aspen Plus模拟了连续反应精馏生产工艺。
1 Aspen Plus计算方法选择
1.1单元模块选择
っでmP大型模拟软件配有较完整的物性数据和各种物性方法活用于化学、炼油、天然气て气体分
合成燃料等化工行业的流程模拟和优化节能
Pus提供了塔设备的多种计算方法,有捷算法
严格法,还有专门针对炼油厂的计算方法。本文选择 Rad Frac模块计算反应精馏塔。 Rad frac是一个严
格模型,可用于模拟所有类型的多级气一液分离操作。对气液两相存在强非理想性的物系和理想物系都
能实现良好的模拟效果2-?。可利用 Rad Frac模块设计、校核板式塔或填料塔。对于板式塔,软件一样带
有若干种类常规板式的数据库,包括浮阀和泡罩;对于填料塔,软件带有若干种类常规填料的数据库,包括
乱堆填料和规整填料。
1.2热力学方程选择及反应动力学方程
采用加入二元参数后的NRL方程模拟计算,由于本体系中含有醋酸,故选择 Aspen Plus中含有醋酸
影响的NRTL-HOC模型。 Aspen Plus中的20个内置物性体系模型库中不含有醋酸与丁醇及醋酸正丁酯
的交互作用参数,故需将两组物系的气液平衡数据找合后得到交互作用参数,再使用 Aspen Plus进行模拟
计算。以强酸性阳离子交换树脂为催化剂,醋酸和丁醇合成醋酸正丁酯的宏观反应动力学方程为
=6.29×10°
BOH t HOAC
6.17
收稿日期:2012-09-30;修回日期:2012-10-29
基金项目:广东省自然科学基金资助项目(S201104000765);广东石油化工学院博土启动项日(5119);广东高校石油化工污染控
制与清洁生产工程技术开发中心(203517)
作者简介:王丽(1983-),女,湖北洪湖人,讲师,博士,主要从事绿色化学与可再生资源研究。
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广东石油化工学院学报
2013年
其中,正反应速率常数k,=6.29×10e-J-mol--min-4;活化能E。=53643-mol~1;BOAC代表醋酸正
丁酯;BOH代表丁醇;HOAC代表醋酸。
2エ艺介绍与计算结果
2.1工艺流程
用 Aspen Plus2006绘制出模拟连续催化反应精馏生产醋酸正丁酯工艺流程见图1,流股编号见表1
在图1中,方框内数字1为醋酸进料物流,醋酸经过加压预热到142℃,从塔的第1块塔板进料;2为另
股进料物流正丁醇经过加压预热到138℃,从塔的第28块塔板进料;3为醋酸、正丁醇、醋酸正丁酯和水的
出料物流,为从反应与精馏出来的粗产品,输送到冷凝器;4为从冷凝器冷凝后的粗产品出料物流,从冷凝
器冷凝后流进分水器。5为醋酸正丁醇、醋酸正丁酯和水的进料物流,经过分水器的有机相从塔的第1块
塔板进料;6为废水出料物流,从分水器分层后的水相经过管线排放到污水处理池进行处理。7为醋酸正
丁酯出料物流,经过反应与精馏后得到纯度很高的醋酸正丁酯。
236340
340
冷凝器
醋酸进料
水器
废水出料
精馏段
应
反应段
Temperature/℃
2
了醇进料
塔
Pressure/am
提馏段
〉て Mass Flow Rate/
B2-反应精馏塔;B3-冷凝器;B4-分水器
图1酷酸正丁酯出料工艺流程图
表1流股编号
Stream ID
B4
B4
B3
B4
反应精馏模块如图2所示,模块B2参数设置
为:反应精馏塔总塔板数为35,反应相态为气液相。
36340〈
表2为反应参数,精馏段为第1-2块塔板,反应段
?
为第3-28块塔板,提馏段为第29-35块塔板,反
应相态为液相。塔压参数:反应精馏塔第一段、第
二段压力均设置为常压1.01 atr
精馏段
表2反应参数
反
Segment Number(S
3-28
了应
反应段
精
Reaction Paragraph-ld Used
R
塔
teacting
提馏段
Number of Reaction: 1
Number of Reaction: 2
176
Equilibrium= 0
Equilibrium=0
Reacti
Kinetic= 1
Kinetic=1
醋酸正丁酯出料
Conversion=0
Conversion=0
图2反应精馏模块(B2)
2.2计算结果
通过 Aspen Plus i模拟出来的各流股参数如表3所示。