精馏分离甲缩醛和三聚甲醛的合成产物及过程模拟

摘要

本文主要研究了聚甲氧基二甲醚(PODEn，n为聚合度）的分离过程。采用精馏法对PODEn混合物进行分离，通过实验与模拟相结合的方式，优化了分离过程的工艺操作条件。
　　首先，在全回流的条件下，用环己烷-正庚烷二元体系测定了填料塔的等板高度（HETP）以及它与塔釜加热功率之间的关系，得出填料传质效率最高时对应的理论板数为13块，并使用甲醇测定了填料塔塔顶汽液流量与塔釜加热功率之间的关系，实验测得的甲醇汽化热与文献值相比较，其相对误差为6％，由此表明实验装置在操作过程中是比较稳定的。
　　接着，在本科研室前序研究的基础上，用甲醇、甲缩醛混合液（甲缩醛质量分数为88%）与三聚甲醛为原料，改性P/Hβ为催化剂，在反应压力4 MPa条件下，制备出用于精馏分离过程的原料，即甲缩醛与三聚甲醛的反应混合物，其组成主要是PODE2-8、未反应完全的原料甲醇、甲缩醛以及三聚甲醛。
　　然后，对于PODEn的分离工艺路线拟采用三个连续精馏（装置塔C1-C3）分离工艺技术，在塔C1的塔顶分离出未反应的原料甲醇、甲缩醛；在塔C2的塔顶分离出PODE2产品；未反应的原料三聚甲醛和产品PODE3-8分别由塔C3的塔顶和塔釜采出。通过精馏分离实验考察了进料位置和回流比对分离结果的影响，得出较优的操作条件是：
　　塔C1，原料处理量为4800mL/h，回流比为1，下端进料（对应第9块理论板）；
　　塔C2，原料处理量为2500mL/h，回流比为9，中间进料（对应第6块理论板）；
　　塔C3，原料处理量为1500mL/h，回流比为6，下端进料（对应第9块理论板）。
　　同时，借助于Aspen Plus v8.4软件，分别用UNIFAC、Wilson和UNIQUAC三种物性估算方法，依照实验条件对PODEn的分离路线分别进行了简捷计算和设计计算。结果表明塔C1和C2用UNIFAC物性方法计算结果与实验结果最吻合，塔C3用三种物性方法计算结果相近，表明它们都能够用于对塔C3的模拟。
　　在热力学基础上，物性方法选择UNIFAC模型，依照工业产品要求分别对精馏塔C1-C3进行了模拟，并运用灵敏度分析法分别考察了进料位置，回流比及理论塔板数对分离结果和塔顶、塔釜热负荷的影响，由此得出精馏塔C1-C3优化后的工艺条件分别为：
　　塔C1，原料处理量为5012g/h，理论塔板数为14块，第8块塔板进料，回流比为2.0；
　　塔C2，理论塔板数为52块，第30块塔板进料，回流比为11；
　　塔C3，理论塔板数为37块，第17块塔板进料，回流比为5.0。模拟结果为精馏分离甲缩醛和三聚甲醛的合成产物的工业化设计和实际操作提供了借鉴。

目录

声明

1 绪论

1.1 聚甲氧基二甲醚

1.2 聚甲氧基二甲醚应用研究现状

1.3 聚甲氧基二甲醚生产工艺

1.4 国内外发展现状

1.5 选题的目的和意义

1.6 本文研究的主要内容

1.7 本章小结

2 填料塔等板高度（HETP）的确定及表征

2.2 实验方法

2.3 实验流程及操作步骤

2.4 等板高度的（HETP）计算方法

2.5 填料塔表征——液相流量和汽相流量

2.6 实验结果与讨论

2.7 本章小结

3 精馏实验

3.1 实验仪器及试剂

3.2 实验操作方法

3.3 分析方法

3.4 实验前的准备

3.5 精馏实验（塔C1）

3.6 精馏实验（塔C2）

3.7 精馏实验（塔C3）

3.8 本章小结

4 物性方法确定

4.1 Aspen Plus精馏模块

4.2 模拟计算与结果比较

4.3 本章小结

5 工艺条件确定

5.1 流程模拟(塔C1)

5.2 流程模拟(塔C2)

5.3 流程模拟(塔C3)

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果