己二酸二甲酯隔板反应精馏的研究

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己二酸二甲酯(DMA)不仅是一种精细化工产品,而且是一种重要的有机化工原料。在增塑剂、高档涂料、合成树脂以及洗涤剂等生产过程中被广泛应用,尤其是工业加氢制取1,6-己二醇的主要原料,市场需求巨大。然而现阶段DMA产能较低,远不能满足市场需求,导致DMA的市场价格一直居高不下。现阶段生产DMA工艺,存在产能低下,投资成本高昂,环境污染严重,工艺路线长且复杂等问题,阻碍了DMA产能的提高。本文研究目的在于探究传统工艺的不足,提高反应与分离过程的耦合程度,开发高效节能的隔板反应精馏工艺。本研究的主要内容可以概述如下:1)对甲醇和己二酸合成DMA反应进行研究,包括催化剂的筛选、反应热力学研究、反应动力学研究以及确定最佳的反应条件。首先,对催化该反应的树脂类催化剂进行筛选,分别对阳离子交换树脂活性、稳定性、选择性等相关性质进行实验探究,筛选出NKC-9型大孔阳离子交换树脂催化剂。然后,在NKC-9型催化剂的条件下,进行了该反应的热力学研究,得到了反应平衡常数。其次,通过动力学实验,拟合得到了关于NKC-9型催化剂催化甲醇和己二酸酯化反应的反应动力学方程。最终确定了最佳的反应条件为醇酸比7.5,反应温度73℃,催化剂用量为酸质量的17%,为流程模拟计算提供了基础数据。2)对传统三塔工艺进行研究。首先,通过探究研究物系(反应混合物)中各物质性质,选取合适的物性方法,并通过拟合实验数据及物性估算得到适应物系的NRTL方程二元交互作用参数。其次,通过相图进行了工艺流程的概念分析,论述了三塔工艺的构建过程。然后,对该工艺进行稳态模拟计算,得到了塔板数、回流比、进料位置等工艺参数,并探究回流比、操作压力等操作条件对反应精馏塔的影响。最终发现,该工艺存在甲醇进料量需要很大程度的过量和DMA产品质量受到限制两大不足。3)进行反应精馏小试试验。通过小试试验证实了反应物己二酸在反应精馏过程中能够实现近100%的转化率。此外,探究了回流比和进料量对反应精馏塔的影响,试验结果表明,反应精馏塔催化效果随回流比的增大逐渐提高;己二酸的进料量存在上限,当超过上限时,反应精馏塔将无法实现己二酸的完全转化。4)提出了高效隔板反应精馏工艺。首先通过重新规划三塔工艺中各塔的分离任务,并通过相图分析确定规划的合理性,得到了一种双塔工艺,并对该工艺进行模拟计算,结果表明双塔工艺较三塔工艺节能效果明显提高,这为高效隔板反应精馏的提出提供了理论基础;然后对双塔工艺进行设备集成得到了更为节能高效的隔板反应精馏工艺(RDWC),通过模拟计算结果可知,RDWC工艺较三塔工艺节能60.401%,节能潜力巨大,同时避免了三塔工艺所存在的甲醇严重过量和DMA质量差的不足。
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