酯交换法制备醋酸正丁酯的催化精馏实验研究及过程模拟

摘要

醋酸甲酯(MeOAc)作为一种化工原料，其主要用途是作为硝基纤维素和醋酸纤维素的快干性溶剂；还可以作为油漆涂料、人造革和香料制造的原料以及用作油脂的萃取剂等，但与同族其它酯类相比，其需求量不是很大。它在工业生产中，往往作为副产品大量出现，如聚乙烯醇(PVA)生产过程中有大量的副产物醋酸甲酯，据估计，每生产一吨PVA将副产1.5～1.7吨的醋酸甲酯。目前，PVA生产厂家均采用将其水解生成醋酸和甲醇的方法加以利用，因醋酸和甲醇可用作生产PVA的原料。醋酸正丁酯为无色透明液体，是重要的有机溶剂、萃取剂和脱水剂，在工业上用途广泛。本文采用酯交换法将醋酸甲酯转化为醋酸丁酯，可以为醋酸甲酯提供一种效益更高的利用方法。 本论文对反应动力学进行实验研究，计算出活化能及指前因子，为后续的精馏实验及模拟提供依据。通过催化精馏实验，改变操作条件，考察进料方式、进料组成、回流比及进料总量等操作条件的变化对醋酸甲酯转化率的影响，并根据结果选择最优的操作条件。在实验范围内，催化精馏过程适宜的操作条件为：回流比10；进料醇酯摩尔比3:1；进料总量22mol/h；进料采用重组分正丁醇在反应段上部进料，轻组分醋酸甲酯在反应段下部进料。 借助ASPEN PLUS软件对反应精馏制醋酸正丁酯的过程进行模拟计算，将模拟值与实验值进行对比，从而验证计算的可靠性。进一步模拟优化，以模拟计算结果为依据，为后续的实验研究提供指导依据。结果显示，该模拟结果与实验值的相对误差最大不超过8％，在可接受范围内，故认为模拟值是可靠的。分别改变正丁醇和醋酸甲酯的进料位置，结果表明，反应段的长度越大转化率越高。增加反应段的理论塔板数，在实际实验中则表现为反应段与填料段交叉排列，能提高醋酸甲酯的转化率。

目录

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第一章文献综述

1.1反应精馏技术的发展概况

1.2反应精馏技术的工艺特点

1.3反应精馏技术的应用范围

1.4反应精馏的基础研究

1.4.1反应动力学

1.4.2化学相平衡

1.4.3传质

1.5反应精馏的工程研究

1.5.1催化剂构件

1.5.2过程模拟

1.6本文的研究目的、研究内容

1.6.1本文研究工作的目的、意义

1.6.2本文研究工作的主要内容

第二章反应动力学研究

2.1实验部分

2.1.1实验原料

2.1.2实验装置

2.1.3实验步骤

2.1.4分析方法

2.1.5定量计算方法

2.1.6校正因子的测定

2.1.7实验操作条件

2.2结果与讨论

2.2.1活度的计算

2.2.2各因素对反应的影响

2.2.3动力学方程

2.3本章小结

第三章催化精馏实验研究

3.1实验原料及性质

3.2实验装置及主要设备

3.3实验步骤

3.4结果与讨论

3.4.1进料方式的影响

3.4.2回流比的影响

3.4.3进料摩尔比的影响

3.4.4进料总量的影响

3.5本章小结

第四章催化精馏过程的模拟和优化

4.1化工模拟软件ASPEN PLUS

4.1.1 ASPEN PLUS模拟软件发展简史及特点

4.1.2模拟计算中常用的热力学模型

4.2反应精馏塔数学模型

4.3模拟流程图和模拟条件

4.4模拟值与实验值的对比

4.5工艺条件优化

4.6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