催化反应精馏合成ε-己内酯过程的工艺设计毕业论文

 2021-04-12 08:04

摘 要

随着社会的发展,化工行业技术的提升,Ɛ-己内酯在人们生活中正发挥着越来越大的作用。例如可以生成聚Ɛ-己内酯,可以用于薄膜改性,一次性餐具等。因此开发一种新型的,高效的,低能耗的生产工艺以及技术也成为了一个热点。

本设计名为Ɛ-己内酯的工艺设计,设计目标为年产两百吨。采用的是两段反应精馏技术。反应精馏在处理混合体系,且目标产物或想要排出的产物挥发度既不是最高也不是最低时,且一个反应的产物是另一个反应的反应物时有很好的效果。本设计通过使用Aspen Plus进行模拟,可以取得很多参数如塔径,塔高,理论板数,各塔板上的物流情况、温度粘度等物性参数,同时也可以通过Aspen Plus进行换热器的设计,节约了不少的时间,也降低了很多成本。并且也可以得到冷凝器与在沸器的热负荷等。不用通过手算,来计算能量的变化。本设计为Ɛ-己内酯的工艺设计提供了良好的参考。

关键词:Ɛ-己内酯;反应精馏;模拟;节能;

Abstract

With the development of society and the improvement of technology in the chemical industry, Ɛ-caprolactone is playing an increasingly important role in people's lives. For example, polyfluorene-caprolactone can be produced, which can be used for film modification, disposable tableware, and the like. Therefore, the development of a new, efficient, low-energy production process and technology has also become a hot spot.

The design design is called Ɛ-caprolactone, and the design goal is to produce 200 tons per year. A two-stage reactive distillation technique is employed. The reactive rectification has a good effect in treating the mixed system, and the volatility of the target product or the product to be discharged is neither the highest nor the lowest, and the product of one reaction is the reactant of the other reaction. The design can be simulated by using , and many parameters such as tower diameter, tower height, theoretical number of plates, logistics conditions on various trays, temperature viscosity and other physical parameters can be obtained. The heat exchanger can also be designed by . It saves a lot of time and also reduces a lot of costs. Also, the condenser and the heat load in the boiler can be obtained. Calculate the change in energy without counting it by hand. This design provides a good reference for the process design of Ɛ-caprolactone.

Key words: Ɛ-caprolactone; reactive distillation; simulation;energy saving;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 用途 1

1.1.1 热塑性聚Ɛ-己内酯 1

1.1.2 聚己内酯多元醇以及聚己内酯多元氨的用途 1

1.1.3 Ɛ-己内酯共聚物 2

1.2 Ɛ-己内酯的物化性质 2

1.3 Ɛ-己内酯的生产工艺 2

1.3.1 过氧酸氧化工艺 2

1.3.2 H2O2氧化法 3

1.3.3 O2/空气氧化法 4

1.3.4 采用微生物或生物酶发酵氧化环己酮生成Ɛ-己内酯 4

1.3.5 催化氧化工艺 5

1.4 反应精馏 5

1.4.1 反应精馏塔设计 6

1.4.2 单反应段反应精馏塔 6

1.4.3 多反应段反应精馏塔 7

第2章 Ɛ-己内酯的生产工艺 9

2.1 在生产过程中所采用Ɛ-己内酯的生产方法及机理 9

2.2 Ɛ-己内酯的生产工艺流程简图 10

2.3 反应单元 11

2.4 分离单元 11

第3章 反应及分离过程的Aspen模拟 12

3.1 进入反应精馏塔的物料的物性参数 12

3.2 基本参数选择及设置 12

3.2.1 单元的选择 12

3.2.2 物性方法的选择 13

3.2.3 进料方式选择 13

3.2.3 精馏方式选择 13

3.2.4 模拟流程的确定 13

3.2.5 模拟流程思路 14

3.3 模拟过程 14

3.4 精馏塔的模拟计算 16

3.5 模拟过程中所得到的结果及所得到的参数 16

3.6 物料衡算与能量衡算 17

第4章塔的设计 19

4.1 塔径的计算 19

4.1.1 反应精馏塔的塔径计算 19

4.1.2 精馏塔的塔径计算 19

4.2 塔高的计算 19

4.2.1 反应精馏塔的塔高计算 19

4.2.2 精馏塔的塔高计算 20

4.3 反应精馏塔的溢流装置的设计 20

4.3.1 出口堰的堰长设计 20

4.3.2 弓形降液管宽度与面积的计算 20

4.3.3 进口堰及受液盘 22

4.4.4 塔板布置 22

4.4.5 浮阀数目与排列 22

4.4.6 塔板流体力学验算 23

4.4 精馏塔的设计 25

4.4.1 塔板数 25

4.4.2 汽、液相流率 25

4.4.3 塔的截面积 26

4.4.4 堰及降液管的设计 26

4.4.5 停留时间 26

4.4.6 堰高 26

4.4.7 降液管底隙高度 27

4.4.8 塔板设计 27

4.4.9 水力学计算 28

4.4.10 负荷性能图 29

第5章 塔的附属设备的选型及设计 31

5.1 换热器的设计 31

5.2 附件以及附属设备 32

5.2.1 主要接管尺寸 32

5.2.2 塔壁厚及封头的设计 32

5.2.3 压力校核 34

第6章 总结 35

参考文献 36

致谢 36

第1章 绪论

1.1 用途

Ɛ-己内酯是一种无毒的,主要作为单体来制备高性能聚合物[1]。Ɛ-己内酯对一些有机高分子很好的溶解性[2]。 Ɛ-己内酯作为单体可用于生产热塑性聚己内酯,己内酯-丙交酯共聚物,低聚物等,也广泛用于医疗行业、人造皮革和涂料等。二十世纪三十年代 Ɛ-己内酯首次被人工合成[3]

1.1.1 热塑性聚Ɛ-己内酯

聚己内酯对环境十分友好,是十分环保的,可以在受到一定形变后变回原状、低温条件下依然保持一定柔软度,不会变脆、在潮湿环境下不易分解等诸多优点。这也使得热塑性聚己内酯的用途变得越来越多。

热塑性聚己内醋的熔点大概为600℃,在575℃下,具有良好的热塑性,并且对于人体低毒无害,广泛用于医疗行业,例如手术缝合线[4]

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