化学工程专业优秀论文化学工程专业优秀论文 丙酮吸收乙烯酮制备醋酸异丙烯酯反应分丙酮吸收乙烯酮制备醋酸异丙烯酯反应分离过程及设备的研究离过程及设备的研究关键词：乙烯酮关键词：乙烯酮 醋酸异丙烯酯醋酸异丙烯酯 汽汽- -液相平衡液相平衡 搅拌塔搅拌塔 分离纯化分离纯化 生产工艺生产工艺 丙酮丙酮摘要：醋酸异丙烯酯是一种生产乙酰丙酮等重要化工产品的中间体，通过醋酸 裂解生成乙烯酮，再由丙酮吸收反应制备，其现有的生产工艺还存在着许多亟 待解决的问题，如装置复杂，单耗高等。本文针对这些问题，系统地研究了工 业用釜式反应器和塔式反应器在吸收反应过程中的应用，对分离纯化过程进行 了模拟计算以及实验研究，提出了适合上述反应器的连续生产工艺，从而达到 简化流程、降低能耗、提高产率的目的。 本文的主要内容和结论如下： (1)对丙酮吸收乙烯酮反应过程进行了实验室研究。乙烯酮的吸收效率随着吸收 温度的升高有所提高，最高接近 85，平均在 81左右，反应 8 小时后，吸收 液中醋酸异丙烯酯的浓度接近 70。 (2)对工业用机械搅拌釜式反应器在吸 收反应过程中的应用进行了研究。采用一组封闭式八弯叶圆盘涡轮桨与两组 Rushton 六直叶涡轮桨组合，通过对创新结构搅拌桨的应用，确保乙烯酮气体 有良好的分散效果，并能有效降低乙烯酮输送时的系统压力，减少其自聚反应 产生的副产物。冷模实验结果表明，当转速220r/min 时，可以产生足够的真 空度以达到抽吸气体的效果；实践证明，工业用机械搅拌釜的吸收效果要明显 好于实验室小试实验结果，经过 7 个小时反应后，釜内的醋酸异丙烯酯浓度即 达到了 75，乙烯酮的平均吸收效率稳定在 87左右。 (3)对多级涡盘式气 -液搅拌吸收塔的流体力学进行了系统的研究。以水-氮气为物系的冷模实验研 究表明：在本文实验的操作范围内，平均气含率 g 随着连续相流速、分散相 流速及搅拌转速的增加而增大，而连续相流速的变化对气含率的影响相对较小； 由于液速较小，Sauter 平均气泡直径 d32 受其影响非常小，而随着气速的增加 而增大，随着搅拌转速的增加而减小；连续相轴向扩散系数 Ec 随着连续相流速、 分散相流速的增加而增大，随着搅拌转速的增加先减小后增大。根据冷模实验 结果得到了上述设备操作参数的经验关联式。 平均气含率的关联式为： Sauter 平均气泡直径的关联式为： 连续相的轴向扩散系数关联式为： 以 上经验关联式的操作范围是：uc=1.384.42104 m/s，ud=5.5317.6810- 2 m/s，NR=1.6713.33 rpS。 (4)对多级涡盘式气.液搅拌吸收塔的连续吸 收反应过程进行了研究。结果表明在丙酮连续吸收乙烯酮反应过程中，采用多 级涡盘式气，液搅拌吸收塔做为反应器具有较高的吸收效率，在液速 2.21104 m/s，气速 8.8410-2 m/s，转速 8.33rps，并达到稳定操作时，吸 收液出料中醋酸异丙烯酯的含量已经达到 78.48，此时料液在塔内的停留时 间仅为两个小时，乙烯酮吸收效率在 93以上。 (5)对丙酮-醋酸异丙烯酯、 2-丁酮-醋酸异丙烯酯体系在 101.3kPa 下，及醋酸.醋酸异丙烯酯体系在 60.0 kPa 下的恒压汽，液相平衡数据进行了测定。其中对于醋酸-醋酸异丙烯酯体系， 由于醋酸的强缔合作用，第二维里系数计算中采用化学理论与 Hayden- O#39;Connell 方程来考虑其非理想性。汽-液相平衡实验数据通过热力学 一致性检验。选用 Wilson、UNIQUAC、NRTL 三个方程对实验数据进行了关联， 将关联结果与实验结果进行比较发现，三个方程对上述三个体系的关联结果都 很好。对本文所研究的三个体系采用 UNIFAC、UNIFAC-Dortmund 和 UNIFAC-Lyngby 基团贡献法进行了汽-液相平衡的预测，并与实验值进行了比较，这三 种方法对丙酮.醋酸异丙烯酯、2-丁酮-醋酸异丙烯酯两个体系的预测结果与实 验值的偏差较小；而由于醋酸的强缔合作用，对醋酸-醋酸异丙烯酯体系的预测 结果偏差较大。 (6)在汽-液相平衡数据的基础上，对吸收液的分离过程进行 模拟计算及实验优化，建立了常压精馏脱丙酮-减压精馏脱醋酸工艺流程，用于 精制醋酸异丙烯酯。最终产品中醋酸异丙烯酯含量达到了 99.68。对脱醋酸 塔的侧线出料进行了研究，结果表明，侧线出料可有效降低对脱丙酮塔的分离 要求，且产品中醋酸异丙烯酯浓度超过了 99.8，使工艺操作弹性更大，能耗 更小。为减少物料损失，针对脱醋酸塔塔釜液设计了间歇回收塔，分段回收物 料。正文内容正文内容醋酸异丙烯酯是一种生产乙酰丙酮等重要化工产品的中间体，通过醋酸裂 解生成乙烯酮，再由丙酮吸收反应制备，其现有的生产工艺还存在着许多亟待 解决的问题，如装置复杂，单耗高等。本文针对这些问题，系统地研究了工业 用釜式反应器和塔式反应器在吸收反应过程中的应用，对分离纯化过程进行了 模拟计算以及实验研究，提出了适合上述反应器的连续生产工艺，从而达到简 化流程、降低能耗、提高产率的目的。 本文的主要内容和结论如下： (1) 对丙酮吸收乙烯酮反应过程进行了实验室研究。乙烯酮的吸收效率随着吸收温 度的升高有所提高，最高接近 85，平均在 81左右，反应 8 小时后，吸收液 中醋酸异丙烯酯的浓度接近 70。 (2)对工业用机械搅拌釜式反应器在吸收 反应过程中的应用进行了研究。采用一组封闭式八弯叶圆盘涡轮桨与两组 Rushton 六直叶涡轮桨组合，通过对创新结构搅拌桨的应用，确保乙烯酮气体 有良好的分散效果，并能有效降低乙烯酮输送时的系统压力，减少其自聚反应 产生的副产物。冷模实验结果表明，当转速220r/min 时，可以产生足够的真 空度以达到抽吸气体的效果；实践证明，工业用机械搅拌釜的吸收效果要明显 好于实验室小试实验结果，经过 7 个小时反应后，釜内的醋酸异丙烯酯浓度即 达到了 75，乙烯酮的平均吸收效率稳定在 87左右。 (3)对多级涡盘式气 -液搅拌吸收塔的流体力学进行了系统的研究。以水-氮气为物系的冷模实验研 究表明：在本文实验的操作范围内，平均气含率 g 随着连续相流速、分散相 流速及搅拌转速的增加而增大，而连续相流速的变化对气含率的影响相对较小； 由于液速较小，Sauter 平均气泡直径 d32 受其影响非常小，而随着气速的增加 而增大，随着搅拌转速的增加而减小；连续相轴向扩散系数 Ec 随着连续相流速、 分散相流速的增加而增大，随着搅拌转速的增加先减小后增大。根据冷模实验 结果得到了上述设备操作参数的经验关联式。 平均气含率的关联式为： Sauter 平均气泡直径的关联式为： 连续相的轴向扩散系数关联式为： 以 上经验关联式的操作范围是：uc=1.384.42104 m/s，ud=5.5317.6810- 2 m/s，NR=1.6713.33 rpS。 (4)对多级涡盘式气.液搅拌吸收塔的连续吸 收反应过程进行了研究。结果表明在丙酮连续吸收乙烯酮反应过程中，采用多 级涡盘式气，液搅拌吸收塔做为反应器具有较高的吸收效率，在液速 2.21104 m/s，气速 8.8410-2 m/s，转速 8.33rps，并达到稳定操作时，吸 收液出料中醋酸异丙烯酯的含量已经达到 78.48，此时料液在塔内的停留时 间仅为两个小时，乙烯酮吸收效率在 93以上。 (5)对丙酮-醋酸异丙烯酯、 2-丁酮-醋酸异丙烯酯体系在 101.3kPa 下，及醋酸.醋酸异丙烯酯体系在 60.0 kPa 下的恒压汽，液相平衡数据进行了测定。其中对于醋酸-醋酸异丙烯酯体系， 由于醋酸的强缔合作用，第二维里系数计算中采用化学理论与 Hayden- O#39;Connell 方程来考虑其非理想性。汽-液相平衡实验数据通过热力学 一致性检验。选用 Wilson、UNIQUAC、NRTL 三个方程对实验数据进行了关联， 将关联结果与实验结果进行比较发现，三个方程对上述三个体系的关联结果都 很好。对本文所研究的三个体系采用 UNIFAC、UNIFAC-Dortmund 和 UNIFAC- Lyngby 基团贡献法进行了汽-液相平衡的预测，并与实验值进行了比较，这三 种方法对丙酮.醋酸异丙烯酯、2-丁酮-醋酸异丙烯酯两个体系的预测结果与实 验值的偏差较小；而由于醋酸的强缔合作用，对醋酸-醋酸异丙烯酯体系的预测 结果偏差较大。 (6)在汽-液相平衡数据的基础上，对吸收液的分离过程进行模拟计算及实验优化，建立了常压精馏脱丙酮-减压精馏脱醋酸工艺流程，用于 精制醋酸异丙烯酯。最终产品中醋酸异丙烯酯含量达到了 99.68。对脱醋酸 塔的侧线出料进行了研究，结果表明，侧线出料可有效降低对脱丙酮塔的分离 要求，且产品中醋酸异丙烯酯浓度超过了 99.8，使工艺操作弹性更大，能耗 更小。为减少物料损失，针对脱醋酸塔塔釜液设计了间歇回收塔，分段回收物 料。 醋酸异丙烯酯是一种生产乙酰丙酮等重要化工产品的中间体，通过醋酸裂解生 成乙烯酮，再由丙酮吸收反应制备，其现有的生产工艺还存在着许多亟待解决 的问题，如装置复杂，单耗高等。本文针对这些问题，系统地研究了工业用釜 式反应器和塔式反应器在吸收反应过程中的应用，对分离纯化过程进行了模拟 计算以及实验研究，提出了适合上述反应器的连续生产工艺，从而达到简化流 程、降低能耗、提高产率的目的。 本文的主要内容和结论如下： (1)对丙 酮吸收乙烯酮反应过程进行了实验室研究。乙烯酮的吸收效率随着吸收温度的 升高有所提高，最高接近 85，平均在 81左右，反应 8 小时后，吸收液中醋 酸异丙烯酯的浓度接近 70。 (2)对工业用机械搅拌釜式反应器在吸收反应 过程中的应用进行了研究。采用一组封闭式八弯叶圆盘涡轮桨与两组 Rushton 六直叶涡轮桨组合，通过对创新结构搅拌桨的应用，确保乙烯酮气体有良好的 分散效果，并能有效降低乙烯酮输送时的系统压力，减少其自聚反应产生的副 产物。冷模实验结果表明，当转速220r/min 时，可以产生足够的真空度以达 到抽吸气体的效果；实践证明，工业用机械搅拌釜的吸收效果要明显好于实验 室小试实验结果，经过 7 个小时反应后，釜内的醋酸异丙烯酯浓度即达到了 75，乙烯酮的平均吸收效率稳定在 87左右。 (3)对多级涡盘式气-液搅 拌吸收塔的流体力学进行了系统的研究。以水-氮气为物系的冷模实验研究表明： 在本文实验的操作范围内，平均气含率 g 随着连续相流速、分散相流速及搅 拌转速的增加而增大，而连续相流速的变化对气含率的影响相对较小；由于液 速较小，Sauter 平均气泡直径 d32 受其影响非常小，而随着气速的增加而增大， 随着搅拌转速的增加而减小；连续相轴向扩散系数 Ec 随着连续相流速、分散相 流速的增加而增大，随着搅拌转速的增加先减小后增大。根据冷模实验结果得 到了上述设备操作参数的经验关联式。 平均气含率的关联式为：Sauter 平 均气泡直径的关联式为： 连续相的轴向扩散系数关联式为： 以上经验关 联式的操作范围是：uc=1.384.42104 m/s，ud=5.5317.6810-2 m/s，NR=1.6713.33 rpS。 (4)对多级涡盘式气.液搅拌吸收塔的连续吸收 反应过程进行了研究。结果表明在丙酮连续吸收乙烯酮反应过程中，采用多级 涡盘式气，液搅拌吸收塔做为反应器具有较高的吸收效率，在液速 2.21104 m/s，气速 8.8410-2 m/s，转速 8.33rps，并达到稳定操作时，吸收液出料中 醋酸异丙烯酯的含量已经达到 78.48，此时料液在塔内的停留时间仅为两个 小时，乙烯酮吸收效率在 93以上。 (5)对丙酮-醋酸异丙烯酯、2-丁酮-醋 酸异丙烯酯体系