论文部分内容阅读
煤基乙二醇生产工艺中，产物分离的难点在于合成产物中1,2-丁二醇与乙二醇沸点接近，且形成共沸物，难以分离，从而降低了乙二醇的收率及产品纯度。本课题组针对此共沸物的分离进行了深入的研究，提出了丙醛缩醛化学循环法分离乙二醇和1,2-丁二醇共沸体系，但该工艺中涉及到的多个反应动力学数据的缺失，是限制该工艺工业化应用设计的关键因素。因此，本文采用KRD001阳离子交换树脂为催化剂，对该反应体系进行了反应动力学研究，同时进行了相应的固定床反应器实验研究，结合AspenPlus软件预测混合反应过程，与实验结果进行对比优化，以便更好的运用到丙醛缩醛化学循环法分离乙二醇和1,2-丁二醇的工艺中。
首先，在间歇釜式反应器中，采用KRD001阳离子交换树脂为催化剂，对乙二醇和丙醛、1,2-丁二醇和丙醛以及1,2-丁二醇和2-乙基-1,3二氧戊环的三个反应动力学开展研究，在消除了内外扩散的影响后，探究了催化剂用量、反应温度、反应物摩尔比等因素对各反应速率及转化率的影响，并计算出了三个反应的反应热。在此基础上，建立了拟均相反应动力学模型，通过MATLAB编程回归实验数据，得到了丙醛与乙二醇、丙醛与1,2-丁二醇、1,2-丁二醇与2-乙基-1,3二氧戊环三个反应的动力学方程。
随后，进一步在固定床反应器中进行了乙二醇与1,2-丁二醇混醇原料和丙醛进行竞争缩醛反应的实验，分别探究反应温度、空速以及进料摩尔比等操作参数对竞争反应选择性的影响，并且发现合理控制丙醛的进料量，可以有效实现乙二醇和1,2-丁二醇转化率差值的变化，即丙醛对乙二醇和1,2-丁二醇的反应存在选择性差异的最大点。
最后，采用AspenPlus软件的平推流反应器RPlug模型，利用前面获得的反应动力学数据模拟乙二醇与1,2-丁二醇混醇原料与丙醛在固定床反应器中的反应条件优化，通过与固定床反应器中的实验数据进行对比，验证模型的准确性。进一步利用验证后的模型对反应条件进行优化，优化结果为Prop和EG的摩尔比为0.4，空速0.50h-1，反应温度10℃时，RSD值达到最小值0.3316。最终实现丙醛对乙二醇和1,2-丁二醇选择性差异的最大值，研究结果对丙醛缩醛化学循环法分离乙二醇和1,2-丁二醇的工艺设计提供基础数据。
首先，在间歇釜式反应器中，采用KRD001阳离子交换树脂为催化剂，对乙二醇和丙醛、1,2-丁二醇和丙醛以及1,2-丁二醇和2-乙基-1,3二氧戊环的三个反应动力学开展研究，在消除了内外扩散的影响后，探究了催化剂用量、反应温度、反应物摩尔比等因素对各反应速率及转化率的影响，并计算出了三个反应的反应热。在此基础上，建立了拟均相反应动力学模型，通过MATLAB编程回归实验数据，得到了丙醛与乙二醇、丙醛与1,2-丁二醇、1,2-丁二醇与2-乙基-1,3二氧戊环三个反应的动力学方程。
随后，进一步在固定床反应器中进行了乙二醇与1,2-丁二醇混醇原料和丙醛进行竞争缩醛反应的实验，分别探究反应温度、空速以及进料摩尔比等操作参数对竞争反应选择性的影响，并且发现合理控制丙醛的进料量，可以有效实现乙二醇和1,2-丁二醇转化率差值的变化，即丙醛对乙二醇和1,2-丁二醇的反应存在选择性差异的最大点。
最后，采用AspenPlus软件的平推流反应器RPlug模型，利用前面获得的反应动力学数据模拟乙二醇与1,2-丁二醇混醇原料与丙醛在固定床反应器中的反应条件优化，通过与固定床反应器中的实验数据进行对比，验证模型的准确性。进一步利用验证后的模型对反应条件进行优化，优化结果为Prop和EG的摩尔比为0.4，空速0.50h-1，反应温度10℃时，RSD值达到最小值0.3316。最终实现丙醛对乙二醇和1,2-丁二醇选择性差异的最大值，研究结果对丙醛缩醛化学循环法分离乙二醇和1,2-丁二醇的工艺设计提供基础数据。