乙酸乙酯是目前应用广泛的重要化工溶剂,由于其具有低毒性和环境友好性,将逐渐替代苯、甲苯等有毒、强致癌溶剂,其市场需求量也将越来越大。乙酸酯等有机溶剂的生产属于典型的以热加工过程为主,具有高能耗、高物耗等过程工业特点的能量密集型工业过程。传统的酯化生产用能改进通常针对单个工艺过程或设备,缺乏系统整体考虑观念以及借助热力学分析理论从源头消除酯化工艺过程用能瓶颈,改进潜力和效果十分有限。 传统乙酸乙酯液相酯化反应生产工艺受化学平衡限制,共沸物多,且反应产物乙酸乙酯、水部分互溶且互溶度大,导致分离流程复杂,生产过程能耗、物耗高,环境污染严重等问题。因此,应用热力学原理指导乙酸乙酯生产新工艺的研究,开发新型的节能工艺新流程,将有效地解决传统乙酸酯生产过程能耗和环境污染问题。经过热力学系统分析,反应产物乙酸乙酯、水移出与生成比例不一致,乙酸乙酯、水互溶度大导致后续分离困难是乙酸乙酯生产过程能耗高的本质原因。 研究开发高效带水剂ML,带水比例约为26mol水/mol带水剂,设计带有侧线抽出的复杂酯化塔流程,从中段侧线抽出高效带水剂与水形成的共沸物,实现产品的比例移出,有效地突破化学平衡的限制,降低粗酯循环回流量,提高过程效率,降低能耗。同时通过在分相器中加入助剂如水,破坏乙酸乙酯-水、乙酸乙酯-水-乙醇体系的液-液平衡,降低了粗酯含水量和含醇量,从源头降低后续分离过程能耗,并借助相平衡等理论,分析了加水强化液-液分相的微观和宏观机理。借助流程模拟软件Aspen Plus,选择合理的反应动力学模型和热力学模型对乙酸乙酯合成新流程进行了全流程模拟,并对模拟计算结果进行了能量分析。 带水剂工艺流程将传统的酯化工艺流程作了大幅度精简,将原来的4塔(酯化塔、精制塔、脱水塔、回收塔)2釜(酯化釜,成品釜)流程减少至3塔(酯化塔,汽提塔,回收塔)1釜(酯化釜)流程,大大减少了设备投资；同时由于流程的简化,运行操作及管理费用也大为减少,提高了产品的市场竞争力。本文从核心工艺过程改进高度出发,研究节能型生产流程集成创新与优化的策略和方法,通过反应、分离等核心工艺过程耦合、能量集成,从源头降低工艺总用能与过程火用损耗。通过和传统生产工艺的对比,新的生产工艺不仅提高了酯化釜酯化反应转化率,降低了过程能耗,并且减轻了后续分离提纯等过程的操作强度。与传统酯化工艺相比,带水流程新工艺体系有机相中含水量质量分率降低至0.0426,单位乙酸乙酯产品能耗下降40～50％,酯化塔火用效率提高10％以上,同时简化了工艺环节和减少了设备投资,证明带水流程新工艺的可行性和节能降耗的优越性。本文同时采用NRTL-HOC模型对反应蒸馏生产乙酸乙酯新流程进行了模拟优化,该工艺流程简单,能有效提高酯化反应转化率,产品质量高,但能耗和塔顶水含量仍偏高,并将模拟计算结果进行了能量分析和火用分析。 两种乙酸乙酯生产新工艺特别是带水流程新工艺的工业实际应用将有效地解决国内乙酸酯生产企业所面临的严峻的能源与环境问题,对提高产品的质量和市场竞争力以及企业的经济效益有着十分重要的现实意义,因此具有广泛的应用价值和市场开发前景。