“背包式”反應(yīng)精餾的模擬與優(yōu)化.pdf

1、傳統(tǒng)反應(yīng)精餾是將化學(xué)反應(yīng)與精餾分離結(jié)合在同一設(shè)備中進(jìn)行的一種耦合過(guò)程，它具有簡(jiǎn)化流程、降低操作費(fèi)用、增大可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、增加主反應(yīng)的選擇性等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醚化、酯化、水解、縮合等反應(yīng)體系中，但其局限性是要求體系的反應(yīng)條件和分離條件一致。為了擴(kuò)大反應(yīng)精餾技術(shù)的應(yīng)用范圍，提出了在精餾塔外配置反應(yīng)器的背包式反應(yīng)精餾概念，外置反應(yīng)器的形式、體積、操作條件等可以根據(jù)要求調(diào)節(jié)使其在最佳條件下操作，既保留了傳統(tǒng)反應(yīng)精餾耦合技術(shù)的優(yōu)勢(shì)又克服

2、了其缺點(diǎn)。但是有關(guān)背包式反應(yīng)精餾裝置的反應(yīng)能力和分離能力匹配問(wèn)題研究較少，本文通過(guò)建立“背包式”反應(yīng)精餾的模擬模型和優(yōu)化模型探討反應(yīng)能力和分離能力的匹配問(wèn)題。 針對(duì)背包式反應(yīng)器與精餾塔耦合過(guò)程中循環(huán)流股多，模擬計(jì)算收斂難度大的缺點(diǎn)，本文將背包反應(yīng)器看作一塊沒(méi)有分離能力的塔板插入到精餾塔中，引入Murphree板效率，對(duì)普通分離板和背包反應(yīng)器進(jìn)行區(qū)分，采用ASPEN PLUS的RadFrac模型描述這個(gè)復(fù)雜耦合過(guò)程的模擬模型。在固

3、定精餾塔塔板數(shù)的情況下，討論了背包反應(yīng)器個(gè)數(shù)和間隔位置、進(jìn)料位置、回流比和催化劑量等因素對(duì)醋酸甲酯合成的影響，初步探索了反應(yīng)能力和分離能力的匹配問(wèn)題。模擬結(jié)果表明在采用五個(gè)背包反應(yīng)器，反應(yīng)器之間間隔四塊分離塔板的配置下，在適宜條件下可以使醋酸總轉(zhuǎn)化率達(dá)到96.3％。 因?yàn)楸嘲椒磻?yīng)精餾裝置的反應(yīng)能力和分離能力是相互影響的，本文在固定分離能力的前提下，對(duì)反應(yīng)能力進(jìn)行優(yōu)化，研究反應(yīng)能力和分離能力的匹配問(wèn)題。具體的對(duì)于醋酸甲酯合成過(guò)程

4、，固定精餾塔的分離能力（塔板數(shù)45塊，塔底再沸器負(fù)荷6590kJ/s），對(duì)給定催化劑量進(jìn)行優(yōu)化分配，使反應(yīng)能力最大。優(yōu)化計(jì)算采用ASPEN PLUS中的SQP算法。優(yōu)化結(jié)果為：進(jìn)出料的流率為280kmol/h，催化劑總量為6000kg時(shí)，催化劑優(yōu)化分配比平均分配時(shí)反應(yīng)能力增加了560mol/h；在催化劑總量為6000kg時(shí)通過(guò)對(duì)反應(yīng)能力的分配，限制產(chǎn)品含量不低于95％時(shí)，處理量由原來(lái)的280kmol/h增加到309kmol/h。

5、 將上述“背包式”反應(yīng)精餾的模擬模型和優(yōu)化算法應(yīng)用于醋酸丁酯的合成過(guò)程研究，固定精餾塔的分離能力（45塊分離塔板，塔底再沸器負(fù)荷1808kJ/s），醋酸和丁醇進(jìn)料流率50kmol/h，塔底產(chǎn)品采出速率為49.6kmol/h，第一個(gè)背包反應(yīng)器與精餾塔第15塊塔板連接，醋酸從第1個(gè)背包反應(yīng)器進(jìn)料，甲醇從第2個(gè)背包反應(yīng)器進(jìn)料，背包反應(yīng)器之間間隔四塊塔板，分水器中油相返回率為0.95，催化劑量為9000kg進(jìn)行分配，優(yōu)化計(jì)算的產(chǎn)品含量比平均分配