萃取精馏分离异丁醇-乙酸异丁酯共沸物的研究

摘要

乙酸异丁酯是一种重要的工业原料，主要用作硝化纤维和漆的溶剂，以及化学试剂、调制香料。在酸性催化剂的作用下，乙酸和异丁醇发生酯化反应生成乙酸异丁酯，在此过程中，异丁醇和乙酸异丁酯在101.3kPa时形成异丁醇摩尔分率为0.875的二元共沸物，用普通精馏很难实现二者分离。本文选择二甲基亚砜作为分离此共沸物的萃取剂，并对连续萃取精馏分离异丁醇-乙酸异丁酯进行了详细的研究。 实验测定了异丁醇-二甲基亚砜、乙酸异丁酯-二甲基亚砜二元体系和异丁醇-乙酸异丁酯-二甲基亚砜三元体系在101.3kPa下的汽液平衡数据，结果表明二甲基亚砜可以增加乙酸异丁酯对异丁醇的相对挥发度，并且能打破二者共沸，是萃取精馏分离异丁醇-乙酸异丁酯的有效萃取剂。实验数据通过了改进的Herington和Wisniak热力学一致性校验。利用Aspen Plus V8.6软件对二元实验数据进行回归，得到NRTL，UNIQUAC和Wilson活度系数模型的二元交互作用参数，并利用得到的参数预测了二元体系和三元体系的汽液平衡数据，预测数据与实验数据能够很好地吻合。 利用Aspen Plus软件，分析三元物系的残余曲线和汽液平衡关系，建立了基本的稳态模拟流程，对萃取精馏塔和溶剂回收塔的设备和操作条件进行了灵敏度分析。对萃取精馏塔，分析了萃取剂进料位置、溶剂比、萃取剂进料温度、回流比、原料进料位置、总塔板数对塔顶乙酸异丁酯纯度和塔底再沸器热负荷的影响；对溶剂回收塔分析了回流比、进料位置、进料温度、总塔板数对塔顶异丁醇和塔底再沸器热负荷的影响，确定了较优的设备和操作参数。 以年总费用（TAC）为优化目标，建立了稳态流程模拟，在此基础上，设计了2种不同的控制方案，结果表明R/F控制方案能够较好的控制进料组成和流量扰动，控制效果优于回流比恒定控制方案。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1共沸物及其分离方法

1.2萃取精馏分类

1.3萃取剂相关概念

1.4萃取精馏的过程模拟及控制

1.5异丁醇-乙酸异丁酯共沸物分离研究现状

1.6本课题研究内容

第二章 汽液平衡实验和数据回归

2.1汽液平衡实验

2.2实验结果与讨论

2.3间歇萃取精馏分离异丁醇-乙酸异丁酯实验研究

2.4本章小结

第三章 稳态萃取精馏过程模拟

3.1残余曲线分析

3.2稳态流程模拟

3.3灵敏度分析

3.4本章小结

第四章 萃取精馏过程优化与控制

4.1萃取精馏过程设计与经济性分析

4.2控制结构设计

4.3本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢