以甲酸为夹带剂两步法制备环己醇的“背包式”反应精馏过程模拟研究

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环己醇是一种重要的有机溶剂和化工中间体,我国主要用其生产己二酸以及作为化工中间体用于生产酰胺类化合物。  当前,工业上生产环己醇的方法主要为环己烷氧化法,该工艺首先由苯完全加氢制备环己烷,随后环己烷与空气氧化得到环己醇和环己酮,但是此工艺的环己烷单程转化率极低。日本Asahi公司创新了一种新型环己醇生产工艺,即苯部分加氢技术生成环己烯,然后环己烯与水发生水合反应生产环己醇,但是基于环己烯在水中溶解度及反应的平衡转化率极低,且环己烯直接水合工艺存在需水量大、环己烯的转化率低、高能耗等缺点。通过羧酸与环己烯进行加成反应进一步水解制备环己醇工艺得到越来越多的研究学者的认可,该工艺具有反应速率快、环己醇收率高的特点。  论文首先基于gPROMS平台通过数学建模构建了“背包式”反应精馏模型,并在操作参数、设备参数以及物性参数相同的条件下对传统反应精馏集成技术(RD)与“背包式”反应精馏(DCSR,Reactive distillation coupled with side reactors)进行了对比。结果发现RD与DCSR集成工艺具有一致性,并且验证了本文建立的“背包式”反应精馏模型的准确性。  然后,基于gPROMS平台构建了甲酸和环己烯加成反应合成甲酸环己酯的常压反应-减压精馏集成工艺。进料流率均为10 mol.h-1,以环己烯转化率为优化目标对该工艺过程进行了参数优化得到了最佳的参数为:反应精馏塔的操作压力为10 kpa、催化剂装填量0.3kg、反应精馏塔的提馏段塔板数为4块板、反应器的间隔塔板数为1块板、“背包式”反应器台数为两台、塔釜再沸热负荷130W,此时酯化塔塔底的环己烯转化率达到了0.999。  最后,基于gPROMS平台进一步构建了甲酸环己酯的水解反应生产环己醇的“背包式”反应精馏集成工艺。水的进料流率为10 mol.h-1,以甲酸环己酯的转化率以及塔底环己醇的摩尔分率为目标,对该工艺过程优化得到了最佳的参数为:反应精馏塔的操作压力为10 kpa、催化剂装填量0.3 kg、反应精馏塔的提馏段塔板数为8块板、反应器的间隔塔板数为1块板、“背包式”反应器台数为两台、塔釜再沸热负荷500 W,此时水解塔塔底的甲酸环己酯转化率为0.998,环己醇的摩尔分率为0.995。  根据对酯化与水解工艺优化所得到的操作参数与设备参数,通过数学建模构建了甲酸与环己烯进行酯化进而水解的工艺流程,最终在水解塔的塔底得到了摩尔分率为99.5%的环己醇产品。为以甲酸为夹带剂的两步“背包式”反应精馏生产环己醇的工艺放大奠定了基础。
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