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2010,20(4)李蒙ASPEN模拟反应精馏生产醋酸甲酯及工业化探讨3

计

术

ASPEN模拟反应精馏生产醋酸甲酯及工业化探讨

李蒙*中国石化集团南京工程公司南京211100

摘要采用AspenPlus软件模拟催化反应精馏生产醋酸甲酯的工艺过程。考察操作压力、醋酸进料位置、回流比和醋酸/甲醇进料比对反应精馏塔塔顶醋酸甲酯纯度的影响。得出反应精馏塔优化操作条件为：操作压力1atm、醋酸在第5块板进料、回流比为1.9、酸醇比为1.6。在模拟计算的基础上，初步探讨工业化装置设计的技术关键点。

关键词反应精馏醋酸甲酯ASPEN过程模拟工业化

1概述

反应精馏是蒸馏技术中的一个特殊领域，是化学反应与精馏分离相耦合的化工单元过程。按照反应是否使用催化剂，可将反应精馏分为催化反应精馏和无催化剂的反应精馏，按所用催化剂的相态又可分为均相催化反应精馏和非均相催化反应精馏。

反应精馏的早期研究始于上世纪20年代。从30年代中期到60年代初，大量的研究工作都为针对某些特定体系的工艺探索，而且局限于板式塔中均相反应的研究。80年代后，反应精馏模拟计算的研究异常活跃，为优化操作和设计工业装置提供了极为有力的工具1。反应精馏工艺与传统生产工艺相比，具有选择性高、转化率高、生产能力高、产品纯度高、流程简单、投资少、操作费用低、能耗低等特点，因此反应精馏技术引起了业界的极大关注。

经过快速发展，合成甲基叔丁基醚(MT-BE)和MTBE裂解生产高纯度异丁烯的反应精馏工艺过程都已实现工业化。近年来，醋酸甲酯(MeOAc)合成与水解的催化反应精馏工艺是国内外研究和开发的热门课题，醋酸甲酯水解的催化反应精馏工艺的研究取得了一定的进展3-4),由福州大学、天津大学和福建纺织化纤集团有限公司共同开发的醋酸甲酯水解催化精馏工艺在较大程度上克服了分离流程复杂，设备投资高，分

离能耗高等传统工艺的弊端。国外Eastman公司已经建设了使用催化反应精馏工艺技术制醋酸甲酯的工业化装置。国内对催化反应精馏工艺制醋酸甲酯的研究也较多，但大部分局限于实验室的小试装置，目前仅有河北工业大学李柏春等在上海焦化厂中试车间进行了中试试验，但国内尚未见到有催化反应精馏工艺制醋酸甲酯工业化装置的报道。本文在已进行试验数据?~9的基础上，采用AspenPlus软件模拟醋酸甲酯催化反应精馏工艺过程，并探讨工业化过程可能遇到的若干问题，为醋酸甲酯催化反应精馏工艺过程应用在工业化装置上提供设计基础。现在该反应精馏技术已应用在我国目前规模最大的醋酐装置原料醋酸甲酯的制备过程中。

2催化反应精馏制备醋酸甲酯

2.1基本判据

判断工艺过程是否适用于反应精馏技术有以下基本依据2]:

(1)可用精馏方法来分离反应物和产物。

(2)化学反应过程必须是液相反应，催化剂应该充分润湿或采用均相催化剂。

(3)主反应时间不能过长，否则会要求精馏塔持液量很大，而影响精馏塔效率。

(4)反应温度应和泡点温度一致，在系统操作压力下，主反应的反应温度和目的产物的泡

*李蒙：注册化工工程师。南京工业大学化学工程专业在读工程硕士。一直从事化工工艺设计工作。联系电话：(025)E-mail:sndilm@126.com,limeng@cn。

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4CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2010,20(4)

点温度要接近，以使目的产物能及时从反应体系中移出，提高产物收率。

(5)反应不应为强吸热过程，否则会对精馏的传质和传热平衡造成严重影响，使塔板分离效率减低，甚至使精馏操作无法顺利进行。

(6)催化剂使用寿命要长。

2.2醋酸和甲醇反应制醋酸甲酯

醋酸和甲醇酯化制醋酸甲酯的工艺过程有以下特点：

(1)在醋酸甲酯合成体系中，醋酸沸点最高，其次为水和甲醇，醋酸甲酯沸点最低，精馏为得到醋酸甲酯的可行方法。

(2)反应为液相反应，采用硫酸为催化剂。

(3)主反应时间一般为2.2~2.5h?]。

(4)醋酸甲酯在常压下的泡点为57.1℃,在2bar压力下的泡点为78.0℃,反应温度与目的产物的泡点温度能匹配，随着操作压力