醋酸合成反应器的动态模拟与优化

论文摘要

本文针对甲醇低压羰基化制醋酸装置的动态流程模拟进行了系统研究,并重点研究了醋酸合成反应器。由于醋酸分子间的缔合效应,使得醋酸体系的非理想性非常严重。醋酸不仅在液相具有较强的非理想性,且在汽相中即使在较低压力下也具有非常明显的缔合效应。因此,本文采用NRTL方程修正其液相的非理想性,而汽相中则引入了缔合校正因子来修正其非理想性。通过对醋酸合成过程的反应动力学及反应机理的分析,利用化学计量系数矩阵法确定了6个独立的化学反应方程。在此基础上对反应器进行了系统分析并提出了合理的简化假设,结合物料衡算和能量衡算等方程构建了合成反应器的数学模型。在数学模型求解过程中,选用了合适的欧拉法对此类常微分方程组进行求解。在动态模拟时,对整个工艺流程采用动态序贯模块法,将各个子系统模块依流程顺序连接成整体模型,进行统调来构成整个装置的数学模型。模拟结果表明,达到稳态时的结果与工业设计值偏差较小,符合工业反应器模拟精度要求,说明了数学模型的正确性。运用数学模型对醋酸合成反应器的操作条件进行优化,得出反应器较优反应条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 化工系统工程概述
• 1.1.1 基本任务与内容
• 1.1.2 基本方法与技术路线
• 1.2 化工过程流程模拟
• 1.2.1 化工流程模拟概述
• 1.2.2 流程模拟的基本方法
• 1.2.3 流程模拟系统的组成
• 1.2.4 化工流程模拟发展新方向
• 1.2.5 化工过程优化
• 1.3 醋酸合成技术及其发展状况
• 1.3.1 世界醋酸工业发展现状
• 1.3.2 醋酸的主要工业合成方法
• 1.3.2.1 乙醇氧化法
• 1.3.2.2 乙烯氧化法
• 1.3.2.3 甲醇羰基合成法
• 1.3.3 醋酸生产技术的最近进展
• 1.3.3.1 乙烷直接氧化工艺
• 1.3.3.2 乙烯直接氧化
• 1.3.3.3 合成气直接合成醋酸
• 1.3.3.4 甲酸甲酯异构法
• 1.3.3.5 甲烷氧化工艺
• 1.3.3.6 生物催化工艺
• 1.3.4 我国醋酸工业发展建议
• 1.4 论文研究的目的和意义
• 第二章 醋酸合成工艺简述及简图
• 2.1 工艺流程简述
• 2.2 工艺流程简图
• 第三章 基础物性计算
• 3.1 正常沸点和凝固点的估算
• 3.2 临界性质估算
• 3.3 热力学参数的估算
• 3.4 标准沸点下液体摩尔体积的估算
• 3.5 偏心因子的估算
• 3.6 密度估算
• 第四章 醋酸缔合体系相平衡模型
• 4.1 汽相模型
• 4.2 液相模型
• 4.3 汽液相平衡
• 第五章 系统分析及数学模型
• 5.1 醋酸合成反应
• 5.2 反应机理与反应动力学
• 5.2.1 反应机理
• 5.2.2 反应动力学
• 5.3 独立反应数分析
• 5.4 反应器数学模型
• 5.4.1 模型建立
• 5.4.2 模型求解
• 5.5 精馏塔数学模型
• 5.5.1 精馏塔数学模型的建立
• 5.5.2 数学模型求解
• 5.6 醋酸生产工艺全流程动态模拟
• 5.6.1 动态模拟的特点
• 5.6.2 动态模拟的数学描述
• 5.6.3 动态模拟序贯模块法原理
• 5.6.4 全流程动态模拟计算步骤
• 第六章 模拟结果与讨论
• 6.1 模拟结果比较
• 6.2 操作条件的优化
• 6.2.1 反应温度
• 6.2.2 反应压力
• 6.2.3 水浓度
• 6.2.4 碘化锂浓度
• 6.2.5 醋酸甲酯浓度
• 6.2.6 碘甲烷浓度
• 6.2.7 铑浓度
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者和导师简介
• 北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书