乙酸乙酯反应精馏生产工艺模拟研究

上海化工　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｕ　、’ｏ１．３１　Ｎｏ．１０　０ｒｔ．２ＯＨＤ６　母　进　乙酸乙酯反应精馏生产工艺模拟研究　张丽琴　吴云龙　曾义红　上海吴泾化工有限公司　（上海摘要２００２４１）　以实际生产数据为基础，运用化工稳态模拟计算软件ＡＳＰＥＮ　ＰＬＵＳ，在建立现有乙酸乙酯酯化工艺仿真　模型的基础上，对现有工艺进行改进，采用催化剂循环的方式，建立了生产乙酸乙酯的反应精馏新体系的　计算机仿真模型。模拟研究结果表明：乙酸乙酯的带循环反应精馏新工艺是可行的，在相同的进料条件、相　同的设备规格下，相比于现有生产工艺，新工艺提高生产能力约２４％，同时降低了能耗和节省了设备投资。　关键词　乙酸乙酯中图分类号反应精馏仿真模拟　ＴＱ４１３．２　０引言　乙酸乙酯是一种非常重要的有机溶剂，具有优　异的溶解能力及快干低毒的性能，可作为纤维、　乙基纤维、涂料、印刷、油墨、胶粘剂、医药、食品、香　精香料等的溶剂。　业应用提供理论基础。　１　模拟部分　１．１仿真模型的建立　分别建立乙酸乙酯酯化塔生产流程仿真模型和　反应精馏生产流程仿真模型，如图ｌ、图２所示。　日前国内乙酸乙酯生产主要采用的方法是以　９８％浓硫酸为催化剂连续酯化法生产的工艺路线，　单股进料，乙酸和乙醇进入反应釜在硫酸的作用下　进行酯化反应，生成乙酸乙酯和水，反应得到的粗酯　再经精馏塔精制得到最终产品。以传统生产工艺合　成乙酸乙酯时，提纯难度高、能耗大、产率低且纯度　不高：　Ｄｏｍｉｎｇｏｓ等曾提出双进料反应精馏流程的设　想，乙酸从塔的上部引入后先起分离剂作用，到达反　应段时又作为反应原料，它能够实现在一个塔内同　时进行化学反应和产物分离过程。相对于反应过程　与精馏过程分别进行的工艺而言，反应精馏过程的　优越性非常明显，它能够突破化学平衡，使反应向目　标生成产物的方向进行，可跨越共沸组成，大大提高　了反应转化率和选择性，使生产能力得到了大幅度　提高，得到的产品纯度更高。　本文主要以化工过程模拟软件ＡＳＰＥＮ　ＰＬＵＳ　１　０．２为：［具，在对上海吴泾化工有限公司现有的反　图１　现有酯化塔仿真模型　在图１所示现有酯化工艺流程中，催化剂和新　鲜进料醋酸、乙醇一起进入塔釜，在塔釜内进行酯化　反应，反应生成物在精馏塔内进行分离，即反应过程　与精馏过程是分别进行的。在图２所示反应精馏的　流程中，塔釜采用釜式再沸器，催化剂一次性加入塔　釜，塔底物料Ｌ经冷却除水后，剩余物料（富含醋酸、　Ｈ　Ｓ０　以及一定的乙醇、乙酸乙酯）全部循环到塔的　应与精馏分别进行的工艺流程进行仿真研究基础　上，对酯化法生产乙酸乙酯的反应精馏工艺过程进　行了稳态模拟研究，以探讨该工艺技术的可行性和　可能达到的技术指标，为反应精馏生产工艺实现工　第一作者简介：张丽琴女１９６９年生中部，与新鲜进料醋酸混合，一起由第８块板进入酯　化塔内，乙醇则从靠近塔底的第４０块板加入，从醋　硕士　工程师　主要从事￣Ｌ－Ｖ－生产管理　维普资讯 http://www.cqvip.com

第ｌＯ期　张丽琴等：乙酸乙酯反应精馏生产Ｌ艺模拟研究　表１　一个大气压下共沸物组成的实验值和计算值比较　图２反应精馏新工艺的仿真模型　酸加料板到塔釜形成反应精馏段，而此板以上则为　分离段。　２．１．２现有酯化塔仿真模型模拟结果与生产实际数　据比较（见表２）　表２现有酯化塔仿真模型模拟结果与生产实际数据比较　１．２仿真模拟计算参数的设置　在仿真模拟计算过程中，保持原料进料条件、设　备和操作参数与现有生产流程一致，以现有的　８００　ｍｍ酯化塔单塔生产工况为例，设置如下：　原料投料量：乙醇２１０　ｋｇ／ｈ（含乙醇９５％，水分　５％）；醋酸２９０　ｋｇ／ｈ（其中含醋酸９９％，水分ｌ％）。　设备参数：塔径０．８　ｉｎ；填料高度１４　ｍ；等板理　论高度０．２８　ｍ。　操作参数：塔顶压强３　ｋＰａ；全塔压降７　ｋＰａ；塔　釜温度１１０　ｏＣ；回流比４．８（质量）。　由表２可见，酯化塔塔顶组成中，关键组分乙酸　乙酯浓度误差控制在５％以内，通过参数整定，所建　立的仿真模型能够很好地反应实际生产过程：在此　基础上，利用模拟计算来对带循环反应精馏生产乙　酸乙酯新工艺进行仿真研究是可行的。　２．２现有生产工艺与反应精馏两种工艺模拟结果　的对比　等效板上持液量由下式计算得ＮＩ．Ｉ：　１　’　Ｌｉｑｕｉｄ—ｈｏｌｄｕｐ＝　一１Ｔ（ｄ）×ＨＥＴＰ×１１בＰ　式中：ｄ表示塔径，ｍ；　ＨＥＴＰ表示等板高度，ｍ；　１１指规整陶瓷填料的空隙率，文献值为７５％；　在相同的进料条件、相同的设备规格下，对两种　工艺下塔顶馏出物的主要指标模拟结果的对比见表　３。由表３可见，采用双进料、催化剂循环的反应精馏　工艺，相比现有的生产工艺能有效提高反应转化率，　使乙酸乙酯产能提高了约２４％，而总的冷、热负荷　仅增加了７．２％，即单位产能的能耗降低了１３．５％：　２．３参数的优化　在对反应精馏新工艺过程仿真模拟的基础上对　酯化塔的填料层高度进行了优化计算。　‘ｐ为持液量占填料体积百分比，一般取４＿２％。　热力学方程：汽相选用ＮＲＴＬ—ＨＯＣ方程，液相　活度系数采用ＮＲＴＬ方程计算。　２模拟结果及分析　２．１模型的验证　２．１．１热力学模型和参数的验证　共沸物的实验组成和共沸点温度数据均采用文　献［５］所收集的实验数据。该体系沸物的组成和温　经过模拟计算，得到其塔顶馏出物中ＥＡ组分　质量流量为３５８．７　ｋｇ／ｈ，纯度达到８８％。为更清楚地　度的实验值与回归计算值进行比较，见表ｌ。　由表ｌ可见计算值与实验值吻合良好，误差在　５％之内，热力学模型和参数的选择是合理的，下面　的模拟计算即采用此热力学模型和参数　看到塔内各板上的反应情况，将各组分的质量浓度　变化量沿塔的分布情况如图３所示。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３１卷　表３两种工艺酯化塔塔顶馏出物的主要指标对比　蛏　Ｏ．３　Ｏ．２　Ｏ．１　１　塔板数　图４优化后塔内浓度分布　０．９　０＋８　０．７　０．６　针对上述分析，反应段理论板数可减少２０％。　孙ｓ　０　４　０．３　０＋２　０．１　０　５　ｌ０　ｌ５　２０　２５　３Ｕ　３ｂ　４Ｕ　４ｂ　５０　这样可节省２０％的填料成本，从而提高填料利用　率。　４结论　（１）分析了现有的酯化法生产乙酸乙酯工艺流　程，并建立了相应仿真模型。通过参数整定，所建立　的仿真模型能够很好地反应实际生产过程，其中酯　化塔塔顶组成中，关键组分乙酸乙酯浓度误差控制　在５％以内。　塔板数　图３填料高度为１４　ｍ时塔内各组分浓度随塔的　分布剖形图　从图３可以看出：（１）从第９块板到塔顶ＥＡ的　（２）在此基础上，对反应精馏新工艺的酯化过　程进行了仿真研究。相比于现有生产工艺，在相同的　浓度迅速升高，表明分离过程正在快速有效的进行；　（２）第１５～３５块板各组分浓度变化不大，尤其是第　１５～２５块板，组分浓度几乎不变，此塔段反应已基　本停滞，反应基本完成，可以考虑适当减少反应段塔　板数。根据图３塔内浓度分布的分析，拟先将反应精　馏塔反应段由４１块降为３１块，其他参数均不变。经　过模拟计算，得到其塔顶馏出物中ＥＡ组分的纯度　也可达到８８％，与之前计算结果相差无几。其塔内　组分浓度分布如图４所示。　进料条件、相同的设备规格下，新工艺提高了生产能　力约２４％，设备费用降低，而单位产能的能耗降低　了１３．５％。　（３）经过参数的优化，可节省２０％的填料，进一　步发掘新工艺的生产潜能。　参考文献ｆ略）　收稿日期：２００６年７月　Ｔｈｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｅ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ　ＥｔｈｙＩ　Ａｃｅｔａｔｅ　ｚｈ帆ｇ　Ｌｉｑｉｎ　Ｗｕ　Ｙｕｎｌｏｎｇ　ｚｅ　Ｙｉｈｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｄａｔａ　ｏｆ　ａ　ｐｌａｎｔ，ｕｓｉｎｇ　ａ　ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ａｓｐｅｎｐｌｕｓ，ａ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ｎｅｗ　ＲＤ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｍｏｄｅｌｅｄ　ａｎｄ　ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　Ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｂｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ａｎ　ｒｅｃｙｃｌｄ　ｓｔｒｅａｍ，ｅ　ｒｉｃｈｉｎＨＡｃａｎｄＨｚＳＯ４，ｆｒｏｍｔｈｅｂｏｔｔｏｍ　ｏｆｔｈｅＲＤ　ｃｏｌｕｍｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｄｔｅｈａｔｔｈｅＲＤ　ｓｙｓｔｅｍｉｓ　ａｖａｉｌａｂｌｅｗｉｈ　ｔ２４％ｍｏｒｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ａｎｄ　Ｃａｎ　ｍｉｎｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｈｅ　ｔｏｖｅｒａｌｌ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｔｈｙｌ　Ａｃｅｔａｔｅ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ