基于醋酸甲酯催化精馏水解模拟研究及参数优化

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1、湘潭大学硕士学位论文醋酸甲酯催化精馏水解模拟研究及参数优化姓名：朱福勇申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：刘跃进20070501摘要聚乙烯醇生产过程中副产大量的醋酸甲酯。醋酸甲酯价值低、分离提纯困难且市场需求量少，因此工业上把醋酸甲酯水解成醋酸和甲醇，经分离提纯后，甲醇用于醋酸乙烯聚合工段，醋酸再用于醋酸乙烯合成。由于醋酸甲酯水解工艺尚未完善，对醋酸甲酯水解工艺的改进已成为各PVA厂家扩大生产、降低成本的关键。本文简要介绍了醋酸甲酯水解工艺，着重介绍了醋酸甲酯催化精馏水解工艺技术的研究及应用进展。本文以00

2、1×7（732）强酸性苯乙烯阳离子交换树脂为催化剂，在消除外扩散及催化剂粒度影响下，对不同反应温度、摩尔水酯比和催化剂浓度下反应组分浓度随时间的变化进行了实验测量。根据反应机理建立了醋酸甲酯拟均相与非均相水解动力学模型，对动力学模型进行了参数估计及模型筛选，为使用001×7（732）阳离子交换树脂醋酸甲酯水解工艺模拟计算和操作工艺分析提供了实验依据。本文以湖南某PVA厂的醋酸甲酯催化精馏水解工艺为研究对象，根据醋酸甲酯水解反应的特点及催化精馏原理，建立了醋酸甲酯催化精馏水解塔模型。采用001×7（732）阳离子交

3、换树脂水解醋酸甲酯的非均相动力学模型，结合厂方提供的原始操作数据，采用序贯二次规划法(SQP)确定了模型参数，模拟计算出醋酸甲酯总水解率和全塔浓度、温度分布，计算结果与实际值吻合较好。通过对醋酸甲酯催化精馏水解塔进行模拟计算，分析了塔板理论级数、总水酯摩尔比、反应温度、进料位置、进料量以及回流进料比等参数对醋酸甲酯总水解率的影响。采用序贯二次规划法(SQP)，以最高醋酸甲酯水解率为目标函数，进行操作参数优化，得到最佳的操作参数，并用此法计算出不同进料量时的最优操作参数。结果表明最佳操作参数条件下催化精馏塔中醋酸甲

4、酯的水解率与现有工艺相比能提高22.6%以上。针对现有工艺存在的不足提出工艺改进方案，并对改进方案进行模拟计算，结果表明，改进工艺要优于现有工艺。关键词：醋酸甲酯催化精馏水解数学模型模拟优化IAbstractThetechnologyforthehydrolysisofmethylacetateisintroducedbriefly,andtheprogressofresearchandapplicationsofcatalyticdistillationofmethylacetatehydrolysisisin

5、troducedindetail.Thereactionkineticexperimentsformethylacetatecatalytichydrolysiswith001×7(732)cation-exchangeresinwerecarriedoutinabatchstirredreactor,aftertheaffectionsofdiffusionbothinsideresinholesandoutsideresinsurfaceswereeliminated.Basedonsomeexperimen

6、talphenomenaandabsorptioncharacteristicsofsomecomponentsoncatalyticsitesintheprocessofhydrolysisreaction,onepseudo-homogeneousandtwoheterogeneoushydrolysiskineticmodelswereestablished,andtheparameterestimationwasdonewiththeregressedmethodusingthereactionkinet

7、icexperimentaldata.Aoptimalheterogeneoushydrolysiskineticmodelwhichshowedagoodagreementwithexperimentaldatawasobtained.Themodelwasbasedontheproposedmechanismthatbothmethylacetateandwaterwereabsorbedoncatalyticsitesandthesurfacereactionwastherate-controllingst

8、ep.Accordingtothemodel,someoperationparametersofmethylacetatecatalytichydrolysiswith001×7(732)cation-exchangeresinsuchasreactiontemperature,catalystconcentration,themolarratioofwatertoMeO