AspenPlus模拟一种新的甲缩醛生产工艺

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黄碧慧，白

鹏，叶秀丝

（天津大学化工学院，天津３０００７２）

擅要：提出了一种新的生产工艺，考虑了将甲缩醛的反应部分从精馏塔中“取出”的连续催化精馏过程，并使用过程模拟软

件ＡｓｐｅｎＰｌｍ对重要的工艺参数进行了优化，对工艺过程进行模拟计算。结果表明所提出的工艺方案具有一定的可行性。

关键词：蛔Ｐｌｕｓ模拟；新工艺；甲缩醛

中圈分类号：ＴＱ４２０．６７；ＴＱ０３２．４１

文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—４３２０（２０呕）Ｓ１—０１５９一∞

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气相中轻组分多，因此考虑将气相物流在液相物流的下方进料。由于反应原料中甲醇过量，因此从反应器中流出的物流中除了生成的产物甲缩醛和水

甲缩醛由于具有溶解性好、低沸点、与水相溶性好等特点…１，而被广泛应用于工业生产过程中。目

前国内外大多甲缩醛生产装置均采用催化精馏工艺【２］２。现有工艺【３］将反应与分离两部分操作结合在一起，因此需要将催化剂以一定的方式装入填料塔中，这样对操作的要求就比较高，填装和拆卸填料塔都比较困难；同时催化剂在此过程中同时又作为填料，使得其作用机理复杂，不易改进。本文针对上述

问题，提出了将此工艺的反应部分从精馏塔中“取

外，还有过量的甲醇。则进入精馏塔中主要成分包

括：甲醇、水、甲缩醛，则必需有３股出料，即塔底采

出大部分水，塔顶采出产品甲缩醛，塔中采出反应过

量的甲醇，甲醇返回反应釜进行循环利用。

缩醛

出”的连续催化精馏过程方案，并用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ软件对此过程进行模拟计算，结果表明此过程具有一定

的可行性。

ｌ甲缩醛合成反应流程

１．１合成反应

ｌ—连续反应釜；２—精馏塔

永

甲缩醛的合成化学反应式为：

图１甲缩醛反应流程图

２０－１３０Ｈ＋ＨＣＨＯ千ｊＣＨ３０ＣＨ２０ＣＨ３＋８２０

工业过程中，为了使甲醛反应完全，一般使原料

中甲醇过量。１．２反应流程

反应流程图见图１。它主要由２部分组成：连续反应釜和精馏塔。甲醇和甲醛以一定的比例流入连续反应器中，反应器的出料一股为气相（甲缩醛和

此工艺把反应釜独立出来，这样便于操作，容易

分别对反应过程和精馏过程的操作条件进行改变，

达到提高反应转化率和产品收率的目的；同时催化剂的研究可以不考虑其作为填料的功能，使研究过

程更为简便。

２模拟方法和参数

２．１模拟方法选择

本过程由２个主体部分构成，一个为精馏塔部

甲醇），另一股为液相（甲缩醛、水、甲醇），因２股物

流组分、状态不同，于是分别在塔的不同位置进料，

收稿日期：卸８一ｃ１５一１５

作者简介：黄碧慧（１９８４一），女，硕士生；白鹏（１９６１一），男，博士．教授，主要从事科研和教学工作，通讯联系人，ｈｂｈ血＠１６３．ｃｏｎｌ。

万方数据　

・１６０・

现代化工

第２８卷增铷（１）

分，选用基于平衡理论的ＲＡＤＦＲＡＣ严格计算模型模拟；另一个为反应器部分，考虑到此反应为非均相

的连续反应，因此选用连续搅拌罐式反应器模型。

化学反应类型为可逆反应，使用ＮＲＴＬ方程计算此体系在１个大气压下的气液平衡数据和文献【４］中实验得出数据大致相符，因此该模拟采用ＮＲＴＬ方程。

２．２模拟参数

在建立模拟过程之前要确定一些模拟参数，原料组成见表１。反应器的模拟用的是动力学模型，一些反应动力学参数［５］５见表２。因为反应模拟得到的结果与所输的动力学参数有关，动力学参数的大小与反应条件密不可分，反应条件不同其动力学参数也不一样。本文仅从模拟角度出发，寻找最优

条件。

表１原料组成

３优化模拟条件

３．１反应部分模拟条件

不同的催化剂有不同的反应动力学参数，进而影响反应的转化率，现有研究主要侧重催化剂的研究。而其反应温度，已经有研究表明［６］最适宜的温度为５５℃；反应压力为常压；反应体积根据物料衡算式直接计算得到的。

３．２精馏部分模拟条件

分离过程的模拟主要对精馏塔的进料位置和侧线采出量２个操作进行讨论。３．２．１进料位置

对于此过程，液相流进料位置的选择至关重要。由于出反应器的气相中主要物质为甲缩醛，并且物

料大部分为液相，所以精馏塔分离的重点在于液相

各组分的分离，因此主要考虑液相流股的进料位置。

万　

方数据在保证精馏段有足够塔板数来分离甲醇和甲缩醛的

前提下，采用灵敏度分析法，讨论进料位置与塔顶甲

缩醛的关系，从而确定适当的进料位置达到最优的

分离效果。结果见图２。

图２不同进料位置下塔顶甲缩醛浓度的

变化曲线

从图中可得，随着进料塔板数的增加塔顶甲缩

醛浓度增大，当液相进料位置为第２６块时塔顶甲缩

醛浓度最大。３．２．２侧线采出量

侧线采出量也是一个重要的可变操作参数。若采出量过大，则塔内的液体流量变小，有可能影响塔

内汽液两相的接触，减弱传质过程，进而影响分离效

果。但是如果采出量太小，甲醇不能很好的被循环

利用，而且有可能使塔顶甲醇含量过多。

图３塔顶甲缩醛浓度随侧线采出量变化的曲线

从图３中可得，采出量在３１—３４ｋｉｍＬ／ｈ范围

内，塔顶甲缩醛都有较高的浓度。

除此考虑了上述两个操作因素之外，还确定气

相进料位置，回流比等其他模拟条件，如表３。

表３精馏塔模拟计算条件

４模拟结果

４．１反应器模拟结果

反应在５５。Ｅ、０．１ＭＰａ下进行，模拟结果见表４。由于流程中有一股用于回收甲醇的循环物流流

入进料罐中，进料中含有少量的甲缩醛。

２（３０８筇６用爨磬戆等：Ａ坼臌Ｐｌｕｓ模拟一种簌鲢举纥醛生产工艺

裹４反应器模拟结果

・１６１・

从浓度分布图中可以看出在第１３—１７块板上

甲缩醛与甲醇得到较好分离。此时可在精馏段的某

个位置引出一股物流流回反应器中，从图４中可以

看出第１７块板的位置为塔中甲醇浓度的最高点，引

出此股物流能起到循环利用甲醇的作用。图４的模

拟的结果很好的符合了所预测情况。

４．２精馏塔模拟结果

根据所选择的塔模拟条件得到模拟计算结果见表５。

裹５精馏塔模拟计算结果

５结论

连续反应釜与精馏塔联用的精馏工艺具有一定的可行性，可以较好的实现甲缩醛的反应与精馏连

续进行。模拟结果表明，当塔操作条件为：理论塔板数３０块、液相进料板为第２６块塔板、气相进料板为第２８块塔板，侧线采出在第１７块塔板，回流比为５，

采出量取３３ｈｎｏ／／ｈ时，循环物流中甲醇的摩尔分数

为９５．２％，精馏塔分离效果较好。该结果对甲缩醛

生产工艺的改进具有一定的指导意义。

从模拟结果可以看出，塔顶出料中已不含有甲

参考文献

［１］田恒水，朱云峰，郝哗，等．第十五届全国化肥甲醇技术年会［ｃ］．

青岛：中国化工学会，２００６．２１—２４．

［２］自鹏，刘劲松，杨志才，等．催化精馏技术的应用［Ｊ］．化工科技，

醛和水，循环物流中甲醇含量很高，此塔能达到分离的要求。图４是塔内的浓度分布图。

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撇。１０（４）：５４—５７．

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ａｃｉｄ［Ｊ］．ｃ‘班ｐ衄

Ａｐｐｌｉｅｄ凸眦ｉ邮，２００７，２４（６）：８２３—８２６．

［４］ＰｅｒｒｙＲＨＰｅｔｒｙ．化学工程手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９２．［５］秦学洵，潘晓红，吴指南．甲缩醛合成的本征动力学研究［Ｊ］．华

南理工大学学报，１９９５，２１（１）：２３—２９．

１一甲缩醛；２一甲醇；争＿水；４一甲醛

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图４精馏塔内的浓度分布图

ｐｅ羽ｐ嘶赫［Ｊ］．ＭｅｍｂｒａｎｅＳｅｉｅｒｃｅ，２００３，２１７：１．５９—

１７１．■

低温精馏法丙烯回收工艺

申请号：２００４１００７５５８９．８

申请（专利权）人：姜勇；张云杉；杨树防

摘要：低温精馏法丙烯回收工艺，涉及石化领域小本体聚丙烯工业生产中对弛放气中丙烯回收，其方案是，液相丙烯储罐排放气，首先通过再生干燥设备，深度脱水，使其露点低于一７０℃；然后进入低温精馏系统；经低温精馏塔冷却

运行费用低、经济效益好等特点。可用于工业化丙烯回收。

催化精馏合成二芳基碳酸酯的工艺和装置

申请号：２００４１００１２９００．４申请（专利权）人：华中科技大学

摘要：针对传统的酯交换法合成二芳基碳酸酯工艺中

转化率低、产物分离困难等不足，本发明提供一种实现苯

酚、取代苯酚或芳香醇类与碳酸二甲酯酯交换反应合成二芳基碳酸酯及甲醇、碳酸二甲酯共沸物的分离一体化的工艺。该工艺中采用合成反应和精馏相互偶合的反应装置，装置中反应釜和加压精馏塔相互连接，组成一套催化精馏

使气体温度由２０℃冷却至负４５．７０ｃｃ，使其中大部分丙烯

变为液相，得到回收；冷凝下来的液相丙烯通过精馏塔流回再沸釜，在其中蒸出部分成为精馏塔的气相回流；在精馏塔的作用下，脱除了液态丙烯中溶解的氧、氮等气体杂质；当釜中回收量达到一定程度时，可将所回收的丙烯输送到成品储罐中去；完成回收过程。本工艺具有丙烯回收率高、杂质少、

偶合反应体系。使反应物碳酸二甲酯得到充分有效的利

用，提高了二芳基碳酸酯的产率，简化了工艺流程，降低了生产成本。

万方数据　

Aspen Plus模拟一种新的甲缩醛生产工艺

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

黄碧慧， 白鹏， 叶秀丝， HUANG Bi-hui， BAI Peng， YE Xiu-si天津大学化工学院,天津,300072现代化工

MODERN CHEMICAL INDUSTRY2008，28(z1)0次

参考文献(6条)

1. 田恒水. 朱云峰. 郝晔 查看详情[会议论文] 2006

2. 白鹏. 刘劲松. 杨志才 催化精馏技术的应用[期刊论文]-化工科技 2002(04)

3. Guan Xiaowei. Li Weimin. Gu Meijuan One-step synthesis of dimetboxymethane catalyzed by toluene-p-sulfonic acid[期刊论文]-Computers and Applied Chemistry 2007(06)4. Perry R H Perry 化学工程手册 1992

5. 秦学洵. 潘晓红. 吴指南 甲缩醛合成的本征动力学研究 1995(01)

6. Carretier E. Ph Moulin. Beaujean M Purification and dehydration of methylal by pervaporation 2003

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本文首先在热力学方法的选择上，采用Aspen Plus化工模拟软件中的数据回归系统分别对醋酸一水一醋酸正丁酯等物系进行相平衡数据回归计算。将软件模拟值和文献值进行比较，确定了各分离物系合适的热力学计算方法。

其次，考察了Aspen Plus模拟本工艺的可行性。对单塔的模拟计算得到了每个塔合适的操作参数。将模拟计算得到的数据与工厂数据比较，结果表明模拟数据与工厂数据基本吻合，证明了模拟工作的可行性。并对每个塔进行了优化，确定了优化的操作条件。

由于原工艺中MeOAc的水解率仅为28.5％～31％，从而造成整个回收装置的能耗较高。为了达到节能降耗的目的，本文提出了采用催化反应精馏技术的PVA生产回收新工艺流程。通过对新旧工艺流程模拟结果的比较表明，采用新工艺不仅提高了MeOAc的水解率，约为53.31％，而且也可以节约5.9t/h的蒸汽和7.6t/h的工艺用水，估计每年可带来478万元的经济效益。

最后本文对提出的新工艺流程作了进一步研究。由于催化反应精馏塔操作参数对MeOAc水解率影响因素众多，还存在改进的地方，而且催化反应精馏塔的引入使得设备增多、工艺流程更为复杂，因此为了优化工艺流程，本文通过计算提出了两种节能优化方案，一是只改变催化反应精馏塔的进料位置；二是除改变催化反应精馏塔的进料位置以外，舍弃固定床反应器简化流程。模拟计算结果表明优化后的工艺流程MeOAc水解率可以达到58％以上，且为进一步节能提供了良好的基础。

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