《化工工艺与设备设计》丙烯醇分离单元模拟与优化

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1、丙烯醇分离单元模拟与优化化82第八小组1设计目标丙烯醇的合成是醋酸丙烯酯法生产ECH的第二个工段，包括醋酸丙烯酯水解反应系统和丙烯醇分离单元。来自醋酸丙烯酯合成工段的粗醋酸丙烯酯（含有水、醋酸丙烯酯、少量醋酸及轻组分），在水解反应系统屮部分转化为丙烯醇。水解反应产物进入丙烯醇分离单元，分离出丙烯醇送往氯化工段，未反应的醋酸丙烯酯返回水解反应器，同时回收醋酸循环回氧乙酰化反应器。丙烯醇分离单元的设计目标如下：（1）丙烯醇的精制，主要是实现丙烯醇与醋酸丙烯酯的清晰分割；（2）水解反应副反应醋酸的回收；（3）轻组分杂质的脱除；（4）未反应

2、醋酸丙烯酯循环。2分离方案（1）物性分析丙烯醇的分离是整个工艺的难点。由于丙醇醇、醋酸丙烯酯和水存在比较复杂的共沸关系，因此如何进行组分切割是分离方案的关键。首先利用Aspen分析了各组分及共沸物的沸点关系（latm）,如下表:纯物质沸点/°c共沸物组成（摩尔分数）沸点/°c醋酸（AA）118.2水0.717水一AAC94.0水100AAC0.283醋酸丙烯酯（AAC）104水0.556水—AAL8&6丙烯醇（AAL）97AAL0.444从表中数据可以得到，醋酸是该体系的最重组分，且不会形成共沸物，可以在某个塔的塔底得到纯净的醋酸。

3、丙烯醇在四种纯物质中沸点最低，但由于其与水形成的共沸物是该体系的最轻组分，所以无法（实际上也不需要）得到纯的丙烯醇，可以将丙烯醇■水的共沸物从某个塔的塔顶憎出。醋酸丙烯酯纯物质虽沸点较高，但同样可与水形成沸点较低的共沸物。因此，在丙烯醇和醋酸丙烯酯的分离中，应该利用它们与水的共沸物性质的差异。(2)分离方案根据各组分的沸点差异，初步确定了如下的分离方案：丙烯醇产品共沸物AAC,AAL,水AAL,水水解反应产物AAC,AA,AAL,水循环醋酸AAAAC,AAL,水循环醋酸丙烯B8AAC,水水解反应产物首先进入醋酸回收塔，AAC和AAL

4、与水的共沸物从塔顶馆出，在塔底得到较为纯净的醋酸循环回氧乙酰化反应器。考虑到氧乙酰化反应和水解反应可能产生的轻组分杂质，醋酸回收塔塔顶共沸物在轻组分塔屮脱除轻组分后,进入丙烯醇精制塔。利用AAC冰和AAL■水两种共沸物沸点差异，在丙烯醇精制塔塔顶得到纯净的丙烯醇水溶液，塔底采出醋酸丙烯酯和水，循环回水解反应器。3模拟计算及优化(1)醋酸回收塔T-201首先利用RadFrac模块对醋酸回收塔进行了初步的尝试。在回流比为3的条件下，得到塔顶采出量与塔底AAC、AAL浓度的关系如右：54321oGoaa0.0随镭出量增加，塔底AAL含逐渐

5、下降，这是容易理解的，因为AAL-水共沸物是该体系的最轻组分。但塔底AAC含量却有一个先上升后下降的趋势。可从进料组成分析这一过程：组分AAAACH20AAL摩尔流量kmol/hr64.2113.2126.959.9摩尔分数0.1760.3110.3480.164随镭出量增加，塔顶最先得到的AAL-H20共沸物，为蒸出59.9kmol/hr的AAL,需要同时蒸出75kmol/hr的水，其后蒸出的应为AAC-H20共沸物，但蒸出113.2kmol/hr的AAC,需要携带287kmol/hr的水，显然,进料中的水是不够的。塔内实际会发牛

6、的过程是先憎出AAC-H20的共沸物，当釜液中的水耗尽时，开始憾出AAC的纯物质。在这种情况下，发现塔底AAC浓度很难达到很低的数值，分离效果不佳，且塔的操作温度提高，再沸器、冷凝器的负荷较大。造成上述情况的原因是没有考虑到蒸出的共沸物冷凝后分相的问题。在实际过程中，冋流罐中的液体如果分为两相，则冋流和采出将难以操作和控制。通常的做法是用倾析器代替回流罐，倾析为两相后一相作为回流，而另一相作为产品釆岀。于是，将「201塔顶憾出气休冷凝后倾析为两相，水相作为回流，而油相送往轻组分塔。在这种情况下，富含AAC、AAL的共沸物不断从塔顶抽

7、出，而水相回流保证了塔釜的水量，可以不断携带出含水的低沸物。通过模拟计算比较在上述两种情况下「201的若干参数（以相同的醋酸冋收量作为基准）。分离效果（摩尔分数）能耗/KW设备参数参数非水相回流水相回流塔底AAC塔底AAL再沸器负荷冷凝器负荷塔径/m5.48E-037.17E-0513497.8-13135.93.81.00E-051.14E-096180.0-6357.61.6对「201塔的设计结果可总结如下：塔顶懈出共沸物冷凝后倾析为两相，富含AAC、AAL的油相送往轻组分塔，水相冋流保证了不断将AAC以沸点较低的共沸物形式从塔

8、顶采岀。通过设计规定“塔底AAC摩尔分数收敛塔模块，在塔底得到醋酸质量分数约97%的含水醋酸（其它杂质含量几乎为零，这里没有将水完全除去，因为该流股醋酸循环回氧乙酰化反应器，含有少量水不会对反应产生影响）oT-201塔顶可冋收49.9