反应精馏制备甲缩醛的过程模拟与优化.pdf

第 4 0卷第 1 2期 2 0 1 1 年 1 2月 应用化工 Ap p lie d C h e mica l I n d u s t r y Vo 1 4 0 No 1 2 D e c 2 0 1 1 痧痧痧痧 2 应用技术2 驴 g 争 沪 2 声 反应精馏 制备 甲缩醛 的过程模拟与优化 颜康 樊亚娟 常州工程 职业技术学院 化工系 江苏 常州2 1 3 1 6 4 摘要 使用 A s p e n P lu s l1 1模拟甲醇与甲醛反应精馏制备甲缩醛的过程 模拟过程采用了 N R T L模型 对进料温 度 进料位置 回流比进行了灵敏度分析 得到了较佳工艺参数为 进料温度 4 O 进料醇醛摩尔比2 3 进料位置 为第 9 块塔板 回流比8 模拟得到了反应精馏塔的温度和浓度分布 对于甲缩醛的工业化生产有着重要的作用 关键词 甲缩醛 反应精馏 模拟 优化 A s p e n P l u s 中图分类号 T Q 0 2 1 8 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 3 2 0 6 2 0 1 1 1 2 2 2 1 4 0 3 S imu la t io n a n d o p t imiz a t io n o n pr e p a r in g m e t h y la l v ia r e a ct iv e d is t illa t io n N K a n g N Y a j u a n D e p a r t m e n t o f C h e mi ca l E n g i n e e r in g C h a n g z h o u I n s t it u t e o f E n gi n e e r in g T e ch n o lo g y C h a n g z h o u 2 1 3 1 6 4 C h in a Ab s t r a ct e p r o ce s s i n wh ich me t h y la l w a s s y n t h e s iz e d f r o m me t h a n o l a n d f o r ma ld e h y d e b y r e a ct iv e d is t illa t i o n w a s s t i mu la t e d wi t h As p e n P lu s l 1 1 N RT L mo d e l wa s u s e d in t h e s imu l a t i o n s e n s i t iv e a n a ly s is wa s ca r r ie d o u t i n f e e d t e mp e r a t u r e f e e d s t a g e a n d r e fl u x r a t io p r o ce s s p a r a me t e r s we r e o b t a in e d f e e d t e mp e r a t u r e 4 0 o C mo la r r a t io o f me t ha n o l t o f o rm a ld e h y d e 2 3 f e e d s t a g e is t he 9t h s t a g e r e fl u x r a t i o 8 T e mp e r a t u r e a n d co n ce n t r a t i o n d is t r i b u t io n w e r e o b t a in e d b y s imu la t i o n i t i s v e r y imp o r t a n t i n t h e in d u s t r y p r o ce s s o f me thy la 1 Ke y wo r d s me t h y l al r e a ct iv e d is t i lla t io n s t imu la t i o n o p t imiz a t io n As p e n P lu s 甲缩醛具有优 良的理化性能 即良好的溶解性 低沸点 与水相溶性好 广泛应用于化妆品 药品 家 庭用品 汽车用品 杀虫剂 皮革上光剂 清洁剂 橡 胶工业 油漆和油墨等 同时 甲缩醛具有 良好的去 油污能力和挥发性 作为清洁剂 可以替代 F 1 1 和 F ll3及含氯溶剂 是替代氟里 昂 减少挥发性有机 物 V O C s 排放 降低大气污染的环保产品 催化蒸馏工艺是 目前可逆反应 中应用最广泛 的 反应精馏塔可 以使反应和分离在一个塔里进行 这样可以大大提高转化率 2 甲缩醛合成反应是 一 个典型的可逆反应 甲缩醛合成体 系中的各物质 的相对挥发度的大小顺序是 甲 缩 醛 甲 醇 甲 醛 水 反应目标产物甲缩醛容易从塔顶得到很好的 分离 因此 反应精馏制备甲缩醛是合理 的 1 模拟模型的建立 初定反应精馏塔的板数为 2 O 塔顶冷凝器为全 回流 回流 比 5 流股 1 为摩尔流率为 1 0 k m o l h的 甲醇与甲醛混合物 甲醇摩尔分率为 4 o 甲醛为 6 0 进料位置为第 6块塔板 进料方式为 A b o v e s t a g e 冷凝 器压 力为 1 b a r 第 2块 塔板压力 为 1 2 b a r 进料方式 A b o v e s t a g e 流程见图 1 模拟 模型采用 N R T L模 型 采用 A s p e n P lu s中的 R A D F R A C模块模拟反应精馏塔 图 1 甲缩醛的生产流程图 F i g 1 P r e p a r a t io n fl o w s h e e t o f me t h y l al 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 2 9 修改稿日期 2 0 1 l 1 0 3 1 基金项目 2 0 1 1 常州工程职业技术学院院级科研课题 K J Y 2 0 1 1 0 4 作者简介 颜康 1 9 8 4一 男 江苏常州人 常州工程职业技术学院教师 工学硕士 从事催化与化工过程的模拟研究 电 话 0 5 1 9 8 6 3 3 2 0 4 5 E m a i l g u a n g li y s i n a co m 第 1 2期 颜康等 反应精馏制备甲缩醛的过程模拟与优化 2 结果与讨论 2 1 进料 温度 流股 1的进料温度为 自变量 以流股 2中的 甲 缩醛的质量分数为因变量的函数作图 见 图2 进料温度 图 2 温度灵敏度分析图 F ig 2 S e n s it iv it y a n a ly s is ch a r t o f t e mp e r a t u r e 由图2可知 当进料温度 在 4 0 7 0 cC 时 流股 2的甲缩醛的质量分数随流股 1的进料温度上升而 下降 到 7 8 时出现一个最大值 这可能 是 因为提 高了温度 可以增加反应速率 但温度过高后 使易 挥发的反应原料甲醇和甲醛汽化加剧 汽化 加剧是 对正反应不利的 所 以 存在理论上的最大进料温 度 与模拟结果相近 考虑能量成本和实际操作的 控温难度 合适的进料温度是 4 O c 2 2进料配比 以甲醇与 甲醛 的摩尔 比为 自变量 以流股 2中 的甲缩醛的质量分数为因变量的函数作 图 见 图 3 蠡 咖 萑 l 鸯 l 薯辩毒 l l 00 l 毒 臻 蠡 嘲I 魑 锱 婚 图 4 进料位 置灵 敏度分析 图 F i g 4 S e n s i t i v it y a n a ly s i s ch a r t o f f e e d s t a g e 由图4可知 进料位置在第9 块塔板时 甲缩醛 的质量分数最大 故合适的进料位置为第 9 块板 2 4回流比 以反应精馏塔 的回流 比为 自变量 流股 2中的 回流 比 图 5 回流比灵敏度分析图 F ig 5 S e n s it iv it y a n a ly s is ch a r t o f r e fl u x r a t io 由图 5可知 回流 比在 2 8时 回流 比与甲缩 醛的质量分数呈正 比关系 到了回流 比8时 出现了 甲缩醛质量分数的最大值 为了提高流股2中的甲 缩醛的质量分数 回流比定在 8较合适 2 5 塔的温度分布和浓度分布 为了更好的进行热回收和确定出料板位置 化 工设计人员必须清楚的了解整个精馏塔的温度分布 和浓度分布 引 为此 模拟得到了精馏塔的温度分 布和浓度分布 见图6 图 7 塔板 图6 反应精馏塔的温度分布图 F i g 6 T e mp e r a t u r e d is t ri b u ti o n ch a r t o f rea ct i v e d i s t i ll a t i o n co l u mn 2 2 1 6 应用化工 第4 o卷 垂 髓 塔 板 图7 反应精馏塔的浓度分布图 气相 F i g 7 T e mp e r a t u r e d i s t r ib u t i o n ch a r t o f r e a ct iv e d i s t i l la t i o n co l u m n g a s p h a s e 图 6展示的是 甲缩醛反应精馏塔的温度分布 这可以让设计人员对该塔的热量进行梯级利用 3 结论 经过模拟计算 反应精馏制备甲缩醛不仅是可 行的 而且是制备高浓度甲缩醛有效的 便捷的途 径 经过灵敏度分析 得到了最佳的工艺过程参数 反应温度为 4 0 最佳进料位置是第 9块塔板 进 料醇醛 比为 2 3 最佳 回流 比为 8 参考文献 邵利 周明 浆料催化精馏制备甲缩醛 D 上海 华东 理工 大学 2 0 0 5 尹芳华 钟璩 现代分离技术 M 北京 化学工业出 版社 2 0 o 9 7 8 8 4 张霞 刘世燕 催化精馏制 甲缩醛 J 内蒙古石油化 工 2 0 0 8 6 2 9 3 0 伍钦 梁坤 板式精馏塔设计 M 北京 化学工业出 版社 2 0 1 0 5 3 5 4 成都科技大学化学工程系 第六届化学工程学校际学 术报告会中国化工学会化学工程学会 1 9 9 1年年会论 文集 C 成都 成都科技大学出版社 1 9 9 1 3 4 4 3 6 4 上接第 2 2 1 3页 2 O O 0 m L 置于超声波清洗器中 在 5 0 下超声 3 0 m in 其它过程与方法 1 3相同 进行加标 回收 实验 结果见表 2 表 2 回收率测定结果 T a b le2 Re s u lt s o f r e co v e r y r a t e 3 结论 超声波可以提高含硒样品的消解效率 大大缩 短消解时间 并将超声波同时作用于硒的络合萃取 过程 使得整个检测过程更为简单 该方法操作十 分简便 分析速度快 精密度好 回收率高 可以广泛 应用于食品中硒含量的分析检测 文中对红薯中硒含量进行检测 发现红薯中含 有一定量的硒物质 红薯是人们餐桌上常见的食 品 可以用来开发富硒食品 参考文献 1 杨克敌 微量元素与健康 M 北京 科学出版社 2 0 0 3 2 5 6 2 5 8 2 钟岩 初丽伟 王丽娟 氢化物发生 原子荧光光谱法测 定香菇中硒 J 理化检验 化学分册 2 0 0 9 4 5 1 O 1 2 0 3 1 2 0 5 3 张秀武 李永华 杨林生 等 温控湿法消解 I C P MS测 定全血中铅镉硒砷汞 5种微量元素 J 光谱学与光 谱分析 2 0 1 0 3 0 7 1 9 7 2 1 9 7 4 4 王雪影 杨殿来 林琳 等 黄海牡蛎中锌和硒含量的测 定 J 分析化学 2 0 0 5 3 3 1 2 1 8 1 2 1 8 1