作业帮化学工程硕士学位论文开题报告[1]
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/04/26 05:45:39 报告
化学工程硕士学位论文开题报告[1]报告
论文题目：酸烯法生产醋酸仲丁酯的模拟优化与节能研究
论文选题的目的和意义(题目来源、国内外发展动态、预期的应用价值、社会效益)：
醋酸仲丁酯,即乙酸仲丁酯,也称醋酸另丁酯、醋酸第二丁酯、乙酸1-甲基丙酯, 英文名称 sec-butyl acetate (SBAC)、2-butanol acetate，是醋酸丁酯的四种异构体之一。醋酸丁酯是一类无色、易燃、具有果实味的液体，可溶解多种树脂及有机物，醋酸仲丁酯与其它异构体的性能在大多数情况下都相似，现已被广泛作为香料、溶剂、医药、萃取剂组分、反应介质组分、金属漆清洗剂组分等。醋酸仲丁酯的醇酯化法生产工艺早已有之。70年代前，国内外均有生产，美国Union Oil Company的Amosco曾有溶剂用醋酸仲丁酯销售。由于原料仲丁醇价格偏高，而且酯化反应速率慢，平衡转化率也较低，生产技术难度大，因此醋酸仲丁酯逐渐被醋酸正丁酯、醋酸正丙酯等溶剂取代。80年代后，随着MTBE的发展，出现大量副产正丁烯，推动了醋酸-丁烯一步加成法合成醋酸仲丁酯工艺的发展，2006年，世界首套1万吨/年丁烯法醋酸仲丁酯装置在湖南中创化工投产，至2013年醋酸仲丁酯年产能达到85万吨，预计2014年将达到150万吨。
现装置均采用醚后碳四与过量醋酸反应，工艺路线为醚后碳四经过精制除去有含杂质、提高正丁烯含量，与过量醋酸反应，反应产物进入脱碳四塔脱出不反应碳四，剩余反应产物利用共沸精馏手段分离过量醋酸得到粗酯产品，而后进行精制得到最终产品。
1) 加成反应
2) 叠合反应
在烯酸加成工艺中，丁烯的叠合是不希望发生的副反应，是物料结焦、变黑的基础。丁烯二聚与三聚的反应式如下：
酸烯加成为放热反应，目前此部分热量由冷却水移走，造成能量浪费，王聪对冷却水的用量做了优化研究，张志炳等提出采用催化精馏塔利用此部分热量作为加热热源，但受催化精馏设备本身的限制未工业化;共沸精馏是利用低沸点共沸将醋酸(沸点118℃)与醋酸仲丁酯(112℃)分离，采用水作为共沸剂，共沸剂添加量影响分离能耗，胡先念、潘罗其、赵薇等对此做了相应研究;化工精馏塔再沸器产生的蒸汽凝水(0.7MPaG、140℃)作为低温热源装置利用率低，需要加以综合利用，沈潺潺等对常压蒸馏装置低温余热的回收进行了研究;装置加热全部靠外供热源、冷却/冷凝全部靠外供冷源，能源消耗大、成本高，采用夹点技术与Aspen plus模拟技术相结合对装置换热系统进行优化，杨锦、李军、梁搏云、白玫、刘德申等分别对环氧氯丙烷、醋酸乙烯、MTBE及裂解、碳酸二甲酯装置进行了换热网络优化模拟。
根据调查，现醋酸仲丁酯装置单吨产品蒸汽能耗为2.2吨，若经过节能优化单吨蒸汽能耗可降低0.5吨，蒸汽按照150元/吨计算，一套10万吨/年醋酸仲丁酯装置将年节约成本750万元，按照年150万吨产能计算，可为社会节约燃煤8万吨标煤，减少二氧化碳排放21.28万吨，带来巨大经济效益和社会效益。
研究方案(论文拟解决的问题、技术路线、实施方案)：
近年随着醋酸仲丁酯项目的发展，对其催化剂合成、工艺条件、设备选型、装置设计的研究越来越多，但在节能优化设计方面未见报道，本课题的主要任务是对装置进行节能优化设计，首先需要对技术路线、工艺条件等进行优化整合，利用Aspen plus对装置操作条件进行优化模拟;其次结合溴化锂余热制冷技术、HR余热回收技术、喷射式蒸汽混合器技术对装置低温热源进行回收利用，蒸汽凝水降温后回锅炉系统;最后利用夹点技术分析优化整个装置的换热网络。
表1 醋酸仲丁酯装置典型操作参数
反应单元 脱C4精馏塔 第一共沸精馏塔 第二共沸精馏塔 醋酸精制塔
操作温度/℃ 塔顶 70-150 30-60 60-100 70-90 100-150
塔底 100-200 100-300 100-300 125-200
操作压力/MPa 0.6-2 0.05-1 0.1 0.1 0.1
注：反应单元操作温度与催化剂活性密切相关，催化剂进入活性后期需要提高操作温度，但在实际操作用宜控制在110℃以下，最为经济。
研究计划进度：
20XX年11月～20XX年02月 ： 进行中外文献检索，查阅相关资料。
20XX年03月～20XX年04月 ： 设计方案，开题。
20XX年05月～20XX年11月 ： 装置模拟核算。
20XX年12月～20XX年01月 ： 整理数据，总结。
20XX年02月～20XX年04月 ： 撰写论文，准备答辩工作。
预期成果及创新之处：
1、装置单吨能耗降到报告
论文选题的目的和意义(题目来源、国内外发展动态、预期的应用价值、社会效益)：
醋酸仲丁酯,即乙酸仲丁酯,也称醋酸另丁酯、醋酸第二丁酯、乙酸1-甲基丙酯, 英文名称 sec-butyl acetate (SBAC)、2-butanol acetate，是醋酸丁酯的四种异构体之一。醋酸丁酯是一类无色、易燃、具有果实味的液体，可溶解多种树脂及有机物，醋酸仲丁酯与其它异构体的性能在大多数情况下都相似，现已被广泛作为香料、溶剂、医药、萃取剂组分、反应介质组分、金属漆清洗剂组分等。醋酸仲丁酯的醇酯化法生产工艺早已有之。70年代前，国内外均有生产，美国Union Oil Company的Amosco曾有溶剂用醋酸仲丁酯销售。由于原料仲丁醇价格偏高，而且酯化反应速率慢，平衡转化率也较低，生产技术难度大，因此醋酸仲丁酯逐渐被醋酸正丁酯、醋酸正丙酯等溶剂取代。80年代后，随着MTBE的发展，出现大量副产正丁烯，推动了醋酸-丁烯一步加成法合成醋酸仲丁酯工艺的发展，2006年，世界首套1万吨/年丁烯法醋酸仲丁酯装置在湖南中创化工投产，至2013年醋酸仲丁酯年产能达到85万吨，预计2014年将达到150万吨。
现装置均采用醚后碳四与过量醋酸反应，工艺路线为醚后碳四经过精制除去有含杂质、提高正丁烯含量，与过量醋酸反应，反应产物进入脱碳四塔脱出不反应碳四，剩余反应产物利用共沸精馏手段分离过量醋酸得到粗酯产品，而后进行精制得到最终产品。
1) 加成反应
2) 叠合反应
在烯酸加成工艺中，丁烯的叠合是不希望发生的副反应，是物料结焦、变黑的基础。丁烯二聚与三聚的反应式如下：
酸烯加成为放热反应，目前此部分热量由冷却水移走，造成能量浪费，王聪对冷却水的用量做了优化研究，张志炳等提出采用催化精馏塔利用此部分热量作为加热热源，但受催化精馏设备本身的限制未工业化;共沸精馏是利用低沸点共沸将醋酸(沸点118℃)与醋酸仲丁酯(112℃)分离，采用水作为共沸剂，共沸剂添加量影响分离能耗，胡先念、潘罗其、赵薇等对此做了相应研究;化工精馏塔再沸器产生的蒸汽凝水(0.7MPaG、140℃)作为低温热源装置利用率低，需要加以综合利用，沈潺潺等对常压蒸馏装置低温余热的回收进行了研究;装置加热全部靠外供热源、冷却/冷凝全部靠外供冷源，能源消耗大、成本高，采用夹点技术与Aspen plus模拟技术相结合对装置换热系统进行优化，杨锦、李军、梁搏云、白玫、刘德申等分别对环氧氯丙烷、醋酸乙烯、MTBE及裂解、碳酸二甲酯装置进行了换热网络优化模拟。
根据调查，现醋酸仲丁酯装置单吨产品蒸汽能耗为2.2吨，若经过节能优化单吨蒸汽能耗可降低0.5吨，蒸汽按照150元/吨计算，一套10万吨/年醋酸仲丁酯装置将年节约成本750万元，按照年150万吨产能计算，可为社会节约燃煤8万吨标煤，减少二氧化碳排放21.28万吨，带来巨大经济效益和社会效益。
研究方案(论文拟解决的问题、技术路线、实施方案)：
近年随着醋酸仲丁酯项目的发展，对其催化剂合成、工艺条件、设备选型、装置设计的研究越来越多，但在节能优化设计方面未见报道，本课题的主要任务是对装置进行节能优化设计，首先需要对技术路线、工艺条件等进行优化整合，利用Aspen plus对装置操作条件进行优化模拟;其次结合溴化锂余热制冷技术、HR余热回收技术、喷射式蒸汽混合器技术对装置低温热源进行回收利用，蒸汽凝水降温后回锅炉系统;最后利用夹点技术分析优化整个装置的换热网络。
表1 醋酸仲丁酯装置典型操作参数
反应单元 脱C4精馏塔 第一共沸精馏塔 第二共沸精馏塔 醋酸精制塔
操作温度/℃ 塔顶 70-150 30-60 60-100 70-90 100-150
塔底 100-200 100-300 100-300 125-200
操作压力/MPa 0.6-2 0.05-1 0.1 0.1 0.1
注：反应单元操作温度与催化剂活性密切相关，催化剂进入活性后期需要提高操作温度，但在实际操作用宜控制在110℃以下，最为经济。
研究计划进度：
20XX年11月～20XX年02月 ： 进行中外文献检索，查阅相关资料。
20XX年03月～20XX年04月 ： 设计方案，开题。
20XX年05月～20XX年11月 ： 装置模拟核算。
20XX年12月～20XX年01月 ： 整理数据，总结。
20XX年02月～20XX年04月 ： 撰写论文，准备答辩工作。
预期成果及创新之处：
1、装置单吨能耗降到报告