酰化反应制备丁酸酐反应精馏过程的研究

作     者：耿春霞 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李柏春

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：丁酸酐 反应精馏 连串反应 动力学 过程模拟 

摘      要：近年来丁酸酐的市场需求量逐渐增大,传统间歇生产工艺无论在产能还是产品质量等方面均存在诸多缺陷。本文利用反应精馏技术,对酰化反应制备丁酸酐的反应精馏过程进行研究。乙酸酐与丁酸的反应为连串反应,乙酸丁酸酐为中间产物,本文合成并精制中间产物,精制后乙酸丁酸酐的含量大于99%,测定饱和蒸汽压与温度之间的关系,获得安托尼参数A,B,C分别为35.37247,16797.8,250.7983。测定常压下乙酸丁酸酐的沸点T=185℃,平均摩尔蒸发热为49814.2J/mol.实验研究反应温度、反应时间、酸酐比因素对乙酸酐转化率、丁酸酐产率的影响。确定较适宜的反应条件为:反应温度70℃、反应时间40min、酸酐比为2.5:1。测定并拟合50℃-80℃范围内动力学方程,得到反应的活化能E,E,E,E分别为59.16 KJ·mol,51.57 KJ·mol,49.96 KJ·mol,54.83 KJ·mol。使用Aspen Plus软件,选择NRTL-HOC热力学方程,在实验获得的动力学数据基础上,对制备丁酸酐过程进行模拟和过程优化。得到酰化反应制备丁酸酐反应精馏过程适宜的条件为:全塔理论级数为18,回流比1.5,进料酸酐比2.5:1,丁酸进料位置为第5块,乙酸酐进料位置为第12块板。设计塔身尺寸为φ50mm×1700mm,内装φ3mm×3mm的316L不锈钢θ网环填料,填料层总高度约1.5m的玻璃塔进行实验。乙酸酐和正丁酸分别从塔4/5,2/5处进料,酸酐比为2.5:1,回流比为1.5。此条件下乙酸酐转化率可达98.88%,塔釜丁酸酐含量为83.802%,精制后得到99.9%丁酸酐。实验值与模拟计算值有良好的一致性,相对误差5%,在允许范围之内,验证了模拟计算的可靠性。