异丙醇(IPA)是一种重要的有机溶剂和工业原料,广泛地应用于医药、涂料、油墨和化学中间体等领域。目前,国内外异丙醇的主要合成方法是丙烯直接水合,然而水合法单程转化率低,使得异丙醇的生产能耗高。近年来,随着绿色环保固体酸催化剂的开发,乙酸和丙烯酯化合成乙酸异丙酯的生产成本大幅度降低,使得通过乙酸异丙酯酯交换反应合成异丙醇成为一种更具竞争力的工艺路线。为此,本文对酯交换反应精馏合成异丙醇的新工艺进行了稳态建模、优化以及动态控制研究,以期为该工艺的工业化应用提供设计依据。本文的研究内容主要包括以下几方面:(1)采用Aspen Plus软件对整个工艺流程进行稳态建模及经济优化。选择NRTL方程描述系统的热力学性质,对于Aspen Plus中缺少的部分二元交互参数,采用文献中的实验数据回归得到。以年度总费用(TAC)最小为目标函数,对反应精馏合成IPA的新工艺进行经济优化,确定系统的最优操作参数。(2)采用Aspen Dynamics软件,研究新工艺的动态行为和控制策略。针对新工艺的动态特性,提出三种全流程的控制方案。其中,基础控制方案CS-1在进料流量士10%的扰动下,虽然可以保持系统稳定,但副产品乙酸甲酯的纯度和乙酸异丙酯转化率的稳定值低于设定值要求;以控制方案CS-1为基础提出两种改进的控制方案。动态响应结果表明,即使在进料量±10%和±20%干扰下,采用T-R/D串级控制和进料比例控制相结合的控制策略,可以有效的保持系统稳定,并达到预期的控制要求。(3)在TAC优化的基础上,对IPA合成新工艺进行热集成研究,提出两种热集成方案:HP-LP热集成和HP-RD热集成。稳态模拟结果表明,两种热集成方案可分别节能8.5%和20.55%,节能效果比较显著。(4)采用Aspen Dynamics软件,研究热集成方案的动态行为和控制策略。根据两种热集成方案的特点,分别提出了对应的全流程控制策略,分别在±10%和±20%进料量干扰下,考察系统的鲁棒性。动态响应结果表明,在进料量±20%波动下,两热集成控制策略都能保持系统的稳定,产品纯度保持在99.5wt%以上,IPAc转化率不低于99.7%。