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摘 要

用Aspen Plus V9.0流程模拟软件对异丁烯两步法制MMA工艺进行设计，介绍流程模块的选取、组分输入、物性方法的选择以及工艺参数的设置；本次模拟主要对异丁烯的氧化、甲基丙烯醛的氧化酯化及甲基丙烯酸甲酯的精制等模块进行设计与优化，考察每个工艺工段的流量、组分、反应条件、转化率、产品流量；运用Aspen Plus软件模拟上述条件的影响结果，分析影响MAL转化率的因素并对其进行分析说明。

关键词：异丁烯；甲基丙烯酸甲酯；模拟优化；灵敏度分析；Aspen Plus

The Process Design and Sensitivity Analysis of 60,000-ton MMA in Isobutylene Method

Abstract

Using Aspen Plus V9.0 process simulation software to design the MMA process of the two-step process of isobutylene, the selection of process module, the selection of component input, physical method and the setting of process parameters were introduced , the simulation is mainly for the oxidation of isobutene, oxidation of methyl acrolein esterification and refining of methyl methacrylate (mma) module to carry on the design and optimization, each process section of traffic, composition, reaction conditions, conversion rate and product flow; Using Aspen Plus software to simulate the effects of the above conditions, the factors affecting MAL conversion rate were analyzed and analyzed.

Keywords: Isobutylene; Methyl Methacrylate; Simulation Optimization; Sensitivity Analysis; Aspen Plus

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 MMA合成方法 1

1.3 异丁烯法合成MMA 2

1.3.1 异丁烯法合成MMA原理 2

1.3.2 异丁烯两步氧化法的优点 2

1.4 Aspen Plus数据库 2

1.5物性方法的选择 3

1.6 产品质量标准 4

1.7 本课题研究目的及方案 4

第二章 Aspen Plus流程模拟 5

2.1 流程的建立 5

2.3 Aspen流程模拟 6

2.3.1 甲基丙烯醛合成工段 6

2.3.2 甲基丙烯酸甲酯合成工段 11

第三章 Aspen Plus流程模拟 15

3.1粗甲基丙烯醛流量对MAL转化率的影响 15

第四章 总结 18

致谢 19

参考文献 20

第一章 前言

1.1 课题背景及意义

在人们对全球气候变暖和环境问题高度关注的背景下，众多工业化国家提出：大力发展新能源汽车、控制传统燃油使用、解决汽车尾气污染的方案，一部分国家还制定了关于停止使用传统燃油汽车的日程计划。中国一直是负责任大国，积极倡导以及参与全球环境治理，在发展新能源汽车领域已经走在了世界前列，将改进现状燃油汽车的排放问题与大力推广新能源汽车方案同时进行，加快了环保项目进程。面对能源的需求变化，出现了一个资源利用问题：在传统燃油和燃油添加剂需求量急速下降的情况下，应该怎样充分利用石油及其相关产物中的C4馏分。

对于中国来说，在未来某一时间段，全面推广乙醇汽油，不再使用传统燃油和燃油添加剂，如何充分利用C4馏分中异丁烯生产出使用价值高、市场需求量大的下游产品。

甲基丙烯酸甲酯是一种有机化合物，英文缩写名MMA，用作原料于化工行业极为重要，以甲基丙烯酸甲酯作原料可制作透明塑料及有机玻璃。

甲基丙烯酸甲酯（MMA）在聚合领域和共聚领域应用较多，对于不同领域的应用采用不同的聚合工艺，使用的引发剂为游离型（有机过氧化物、偶氮化合物）或离子型。通过本体聚合可以制有机玻璃。甲基丙烯酸甲酯可用于建筑行业的制材，高级装饰的材料，各电气部件的封装，光信息材料等。由乳液聚合可以制作各种涂料、油漆、防水剂、粘合剂、粘度助剂等。甲基丙烯酸甲酯也可以用作交联剂替代苯乙烯，稀释不饱和的聚酯树脂，还可当作改性剂用于天然以及合成橡胶。 甲基丙烯酸甲酯在有机玻璃行业至关重要，在其他许多领域的应用也是非常广泛。目前在医学行业医疗器材大多为甲基丙烯酸甲酯制作的高分子材料制品以及高分子药物。^[1]

1.2 MMA合成方法

甲基丙烯酸甲酯合成的四种常见方法：丙酮氰醇法、乙烯法、异丁烯两步氧化法以及改进丙酮氰醇法。

1. 丙酮氰醇法：丙酮氰醇合成甲基丙烯酸甲酯是由丙酮和氢氰酸在碱性催化剂的存在下发生反应，反应得到丙酮氰醇，产物再与硫酸发生反应得到甲基丙烯酰胺硫酸盐，水解后再与甲醇发生酯化反应得到粗甲基丙烯酸甲酯，再经过精制得到高纯度的甲基丙烯酸甲酯。^[3]
2. 乙烯法：乙烯法的工艺是先对乙烯进行气相氢甲酰化反应得到丙醛，再与甲醛发生缩合反应得甲基丙烯醛。然后经过直接氧化法，氧化到甲基丙烯酸，甲基丙烯酸再与甲醇发生酯化反应得到甲基丙烯酸甲酯。^[4]
3. 异丁烯氧化法：在催化剂存在下异丁烯经空气氧化反应得到甲基丙烯酸，然后与甲醇进行酯化反应得到产品。^[5]
4. 改进丙酮氰醇法：改进丙酮氰醇法首先是氢氰酸与丙酮发生反应生成丙酮氰醇，丙酮氰醇经过水合反应生成α-羟基异丁酰胺，之后产物与甲酸反应得到α-羟基异丁酸甲酯和甲酰胺，α-羟基异丁酸甲酯再脱水得甲基丙烯酸甲酯，而甲酰胺会分解成氢氰酸和水，并循环大部分氢氰酸，保证原料供应
   充足。^[6]

1.3 异丁烯法合成MMA

异丁烯氧化合成甲基丙烯酸甲酯主要有三种工艺路线：①异丁烯首先氧化到甲基丙烯酸，再酯化到甲基丙烯酸甲酯，此工艺先经过氧化得到相对应的醛，再氧化得到酸，两者是不同的氧化动力学；②异丁烯经过氧化反应得到甲基丙烯醛，再氧化得到甲基丙烯酸，再酯化为甲基丙烯酸甲酯；③异丁烯第一步氧化生成甲基丙烯醛，在经过氧化以及酯化生成甲基丙烯酸甲酯。^[3][7]

异丁烯改进方法是异丁烯作原料，氧化生成的甲基丙烯醛在下一工序中氧化、酯化反应同时进行，跳过甲基丙烯酸合成制甲基丙烯酸甲酯这步工序。与其他方法比较，这种方法具有简单的工艺流程、原料异丁烯来源充足广泛，催化剂具有高活性、高选择性、使用寿命长，原子利用率及反应收率高，没有污染、成本较低的优势，市场竞争力强。^[8]

1.3.1 异丁烯法合成MMA原理

异丁烯两步氧化法反应主要是：第一步异丁烯与氧气、水、氮气发生氧化反应得到甲基丙烯醛，第二步甲基丙烯醛再经过氧化酯化反应得到产品甲基丙烯酸甲酯。

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