基于带侧反应器的反应精馏过程模拟与分析

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1、南京工业大学硕士学位论文带侧反应器的反应精馏过程模拟与分析姓名：刘彬彬申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：乔旭；汤吉海200806‘摘要川llIIIIfIIffIlIlⅢ⋯

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9、⋯川Y2083421反应精馏是在一个设备中同时进行化学反应与精馏分离的化工集成过程，因其具有转化率高、选择性高、热集成度高和投资少等优点而受到学术界和工业界的广泛关注，并且在醚化、酯化、水解、缩合等反应体系中得到工业化应用，取得了显著效果。但是，在同一个设备中进行的反应精馏要求化学反应和精馏过程在相同的温度和压力等工况

10、条件下进行，限制了反应精馏的应用范围，并且反应能力与分离能力难以匹配，工程放大较难。为了解决上述问题，提出了在精馏塔外集成侧反应器的新型反应精馏过程，既保留了传统反应精馏耦合技术的优势又克服了其缺点。为了使得新型反应精馏集成过程达到传统反应精馏同样的效果，必须对侧反应器和精馏塔进行优化才能实现反应能力与分离能力的匹配。流程模拟是实现复杂化工过程计算和优化的重要手段，本文采用模拟软件ASp％PluS建立了带侧反应器的反应精馏(sRIm)的两种模拟计算方法：多回路循环模型和Murphree效率模型。在多回路循环模型中分

11、别用RADFRAC和RCSTR模块描述精馏塔和反应器，序贯模块法计算方法涉及多个循环流股的收敛，因而计算时间长，收敛不稳定。在Mu印hree效率模型中仍然将反应假设在塔内进行，并用Mu印hroe效率区分反应和分离，采用一个RADFI认C模块即可描述新型反应精馏集成过程，避免了循环流股的计算，计算效率和稳定性大大提高。分别以带5个和3个侧反应器的新型反应精馏集成过程对醋酸甲酯工业过程和醋酸正丁酯小试过程进行计算，对两种方法进行了具体的比较，两种方法计算得到的结果一致，但是Mu印llree效率模型从收敛方式、计算效率要

12、远远优于多回路循环模型。在建立Mu印hree效率模型基础上，分别以醋酸甲酯和醋酸丁酯过程为对象，从反应量、温度、液相摩尔流率和组成分布等方面对新型反应精馏集成过程与传统反应精馏进行了系统比较。结果表明，分别采用带5个和3个侧反应器的新型反应精馏集成过程用于醋酸甲酯和醋酸正丁酯过程，就可以达到传统反应精馏塔的等同效果，两者的总反应量和产品质量基本一致。由于SRlm过程的反应量集中在几个侧反应器中，在集成侧反应器的反应精馏段，由于反应量大带来了分离摘要段的组成分布与传统反应精馏段不一致，同时也表现为塔板温度在侧反应器附

13、近。上下波动。因此，新型反应精馏塔的工艺要求和操作条件同传统反应精馏塔有区别。在此基础上，进一步对SRlm过程中原料的进料位置、回流比和侧反应器体积等工艺参数进行敏感性分析，结果表明，工艺参数的确定需要综合考虑反应能力和分离能力的要求，并且不同集成位置的侧反应器影响的敏感性也有区别。最后，在固定塔板数和塔底再沸器热负荷的条件下，对侧反应器的体积和费用进行优化，结果表明，在分离能力固定后，需要有最佳的反应能力与其匹配，超过这一最佳值，增加反应体积对提高生产能力无效，反而增加了反应器的设备和能源费用。关键词：反应精馏侧

14、反应器模拟分析醋酸甲酯醋酸正丁酯HABSTRACTReactiVedistillationis觚inte伊atcdproc鹳s廿latachemicalreaction柚ddistillationseparationisca币edoutiIloneequipmentatas锄etilne，whichh舔a、衍despfeadan∞ti∞in∞ad锄ic蛐diIld峪trial6eld8bec挑seofit’sadv粕tag懿ofhigllconvc稻ionrate，higllselcctiVi坝hi曲heatint

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16、'、)Irllichis托strictedwim．mnamwliIIli讽锄dhaveⅡle岫matI出cdc印adtyofreaction柚ds印删ion锄d廿ledi硒cultyofscalingup·nerefore，a∞Velreactivedistillati∞processwiⅡlsiderea咖r(SI∞)w勰putf．0九vard，wmchn