试析乙二醇单丁醚催化精馏合成工艺的动态数学模型及模拟研究

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1、谨以此论文献给所有支持和鼓励我的老师、同学和最可爱的朋友们!一于风娟一l鑫暑覆薅譬，，，；{‘●IlIlllj4，．《；．，}#；ii，1％7_,--醇单丁醚催化精馏合成工艺的动态数学模型及模拟研究学位论文完成日期：指导教师签字：答辩委员会成员签字：＼鼎删独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均

2、已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者躲j嘲签字嗍水6月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)靴敝储麟：j嘲签字日期州

3、。年6月，7日导师擀鸳带冲a广')Vl。f签字日期≯／辞妇＼，乃、摘要乙二醇单丁醚催化精馏合成工艺的动态数学模型及模拟研究摘要反应／催化精馏是上世纪80年代发展起来的一种新兴化工过程强化技术。该技术将反应和分离这两个化学工程领域中最为关键的过程耦合于同一设备单元中，被认为是革新传统单元操作的代表性技术和过程强化的先驱者。针对环氧乙烷深加工行业的技术创新要求及现有乙氧基化工艺存在的副产物多、能耗高等问题，辽宁奥克化学股份有限公司提出并开展了催化精馏法合成乙二醇单丁醚的研究开发工作，建成了中试规模的催化精馏塔，

4、并开展了装置数学模型和模拟研究工作。以此项目为背景，在先前稳态数学模型和模拟研究的基础上，本文开展催化精馏塔动态数学模型和模拟研究工作，旨在为装置的工艺试验、改进设计、操作控制和模拟放大等奠定理论基础。论文的主要研究内容及得出的结论如下：(1)建立了基于平衡级的催化精馏塔动态数学模型和基于Aspen模拟平台的动态模拟方法；(2)对半间歇操作模式的催化精馏塔进行了模拟计算。结果表明，半间歇操作模式下催化精馏塔的最优操作参数为：操作压力0．2MPa，环氧乙烷进料速率0．036-,-0．04kmol·h～。反应5

5、小时后，正丁醇和环氧乙烷的总摩尔比为1．6：1，环氧乙烷转化率可达到99％以上，丁醇的转化率达到了91％以上，而单醚对环氧乙烷的选择性达到87％，体现了催化精馏工艺的优越性。模拟结果与实验结果比较表明，模型预测的塔内温度分布及塔釜产品组成和试验数据基本一致，表明所采用的模拟算法具有较高的准确性和可靠性；(3)对连续操作催化精馏塔的开车过程进行了模拟计算。模拟结果表明，连续操作的催化精馏塔开车过程中，从关键反应物EO进料开始到操作达到稳定，回流罐、再沸器内的汽液相组成、热负荷、温度、塔内汽液相流量、反应速率等

6、均有呈现明显的动态分布。回流罐内各变量在整个开车过程中变化较为迅速，达到稳定所需的时间较短，约2．5小时，而再沸器各变量的变化趋势较平缓，达到稳定需5小时。该研究将为指导工业装置的开车和控制奠定理论基础。摘要(4)对环氧乙烷进料扰动的影响进行了初步研究。针对体系特点，提出了两种控制方案。研究表明，在给体系施加相同扰动的情况下，以再沸器热负荷控制塔釜液位，以塔顶回流量控制塔顶回流罐液位的控制方案可使系统在10小时内重新回到新的稳定状态，且整个过程各参数发生较少的波动；而以再沸器热负荷控制第九级塔板温度，以正丁

7、醇进料量控制塔顶回流罐淤的控制方案可使系统在扰动发生后立即作出响应，但需在12小时后方可回归稳定，且该过程中各参数均发生较大的波动，但新的稳定状态下各参数的值与原来的稳定状态相差不大。两种控制方案均可使系统在进料流量扰动士20％时单醚选择性仍可在87％以上，表明了控制方案的有效性。关键词：乙二醇单丁醚；催化精馏；环氧乙烷；动态模拟ⅡAbstractDynamicModelandSimulationofCatalyticDistillationfortheSynthesisofEthyleneGlycolMo

8、nobutylEtherReactive／Catalyticdistillationisanewlydevelopedprocessintensificationtechniquesinthefieldsofchemicalprocessresearchanddevelopmentwhichhasbeendevelopedsince1980s．Itintegrateschemicalreactionandsepa